雙攝像頭系列原理深度剖析

如之前文章介紹，雙攝像頭的應(yīng)用主要分為：距離相關(guān)的應(yīng)用，光學(xué)變焦，暗光補償以及3D拍攝和建模。每種應(yīng)用的原理都有些不同，我們就分別介紹一下相關(guān)的原理：

距離相關(guān)應(yīng)用

人眼是很容易對一個物體的距離進行定位，但當人閉上其中一個眼睛后，定位能力就會下降很多。

雙攝像頭就是模擬人眼的應(yīng)用。

簡單的說，測距離的話，就是通過算法算出，被拍攝物體與左/右攝像頭的角度θ1和θ2，再加上固定的y值(即兩個攝像頭的中心距)，就非常容易算出z值(即物體到Camera的距離)

不過這也很容易推算，若兩個攝像頭中心距過小的話，可計算的物體距離就會很近。若想算出很遠距離，就必須讓左右攝像頭的距離拉遠。

光學(xué)變焦

光學(xué)變焦主要是左右攝像頭使用不同的FOV(可視角)，這樣兩個攝像頭取景不同。當用戶需要廣角照片，則用視角為85度的左攝像頭取景，獲得廣角效果。當用戶需要長焦照片，則用視角為45度的右攝像頭取景，獲得長焦效果。

為了使左右攝像頭拍攝的物體重疊度高，光學(xué)變焦的雙攝像頭模組不能像做距離應(yīng)用的攝像頭的模組那樣距離過大，而是需要將左右攝像頭擺得越近越好。

暗光增強

其實第二篇的時候，小編已經(jīng)簡單介紹過暗光增強的原理。一般來講，做暗光增強就是將兩個攝像頭一個用RGBG的標準攝像頭，一個用去掉RGBG 濾波片的黑白攝像頭。RGBG用來獲得物體的色彩，而黑白攝像頭用來獲得更好的進光量，來判斷被拍物體的光強強度。然后將兩個圖片融合即可獲得更好的暗光增強。

只是一般來說，有兩種融合方法：

1. 以黑白圖片為主體，將彩色圖片上獲取的每個像素的顏色貼至黑白圖片上，將兩種圖片融合。

2. 以彩色圖片為主體，將黑白圖片上獲取的每個圖像的光亮強度補償?shù)讲噬掌希瑢煞N圖片融合。

至于哪種方式更合適做融合，可能仁者見仁智者見智，就不在這展開討論了。

同樣，做暗光增強，為了讓左右攝像頭拍攝的物體重疊圖高，此類雙攝像頭模組也是要求越近越好。

需要說明的事，華為P9 其實選用的就是這個方式的模組。

當然有些業(yè)內(nèi)人士也表示這種算法目前做的效果并不明顯。暗光補償對用戶來的確很幫助，尤其拍夜景的時候。不過有些客戶認為索尼和三星的Dual PD技術(shù)就非常好，更愿意用Dual PD 攝像頭來做暗光補償。

到底是雙攝像頭還是Dual PD的暗光補償效果好，大家可以比較一下華為P9和三星的Galaxy S7 edge，就會有答案了。

3D拍攝和3D建模

3D拍攝和3D建模的算法其實跟距離應(yīng)用有點類似，只是它的精度要求更高，甚至有時會需要用紅外測距進行更準確的距離判斷。在這里小編就不詳細展開介紹了。

對ISP的要求

提到雙攝像頭的算法，不得不提到ISP(Image Signal Processing 圖像信號處理器)，ISP主要作用是對前端圖像傳感器輸出的信號做后期處理，主要功能有線性糾正、噪聲去除、壞點去除、內(nèi)插、白平衡、自動曝光控制等，依賴于ISP才能在不同的光學(xué)條件下都能較好的還原現(xiàn)場細節(jié)，ISP技術(shù)在很大程度上決定了手機的成像質(zhì)量。

功能機時代，ISP都是做在攝像頭上的，不同像素的攝像頭搭配不同性能的ISP。隨著手機攝像頭像素越來越高，對ISP性能的要求越來越高，若將ISP集成到攝像頭Sensor上，勢必造成攝像頭的模組過大，甚至影響拍照效果。所以智能機時代，ISP一般都是在主芯片SoC上。部分品牌客戶為了實現(xiàn)更好的效果，甚至不惜成本的外加一顆ISP用來達到更好更專業(yè)的拍照效果。

好的拍照算法就需要搭配好的ISP，ISP和算法相輔相成，缺一不可。而雙攝像頭對ISP性能要求更多。首先，為了使的左右攝像頭的信號能夠同時被處理，單一的ISP已經(jīng)無法滿足雙攝像頭的需求。這就需要雙路ISP實現(xiàn)此功能。

以暗光增強為例，彩色/黑白圖像分別進入各自的ISP通道和校準通道，然后將兩副圖片做匹配(如將兩幅圖片相同的部分提取出來，去除只有一個攝像頭拍到的部分)，然后通過遮擋，檢測，補償?shù)人惴?處理相關(guān)的圖片。最后將兩幅圖片融合起來，實現(xiàn)顏色的增強。當然實際上ISP配合算法做的事情，遠遠比這圖片上寫的要多。小編實在不知道，就不在這誤導(dǎo)大家了。

當然，在這里面也有一個小小的插曲。畢竟是兩個ISP，兩個ISP多少有一些處理速度，處理能力不同的問題。為了保證兩個ISP能在同一時間上取樣，就需要雙攝像頭拍出來的圖片是同一時間拍出來的。其中一個解決辦法就是讓Sensor有一個同步信號引腳。將兩個攝像頭的同步信號對接，在每次讀取圖片時，將圖片都打上一個時間戳，ISP通過時間戳，保證左右攝像頭拍出來的照片在同一時間拍攝，最終再進行融合。

攝像頭的接口

一般來講，目前的智能手機的攝像頭接口都是MIPI接口。之前手機平臺都只有2路MIPI接口，分別給前攝像頭和后攝像頭。做雙攝像頭，就要求平臺至少支持三路MIPI接口。其實在之前的高端平臺上，為了實現(xiàn)更高像素，已經(jīng)用雙路ISP了(比如為了支持16M的攝像頭，會用2路8M能力的ISP)，這類平臺很有可能只有兩路MIPI。但這個無法阻止工程師去做前單攝像頭+后雙攝像頭。

沒錯，加一個小小的Swtich，就可以輕松實現(xiàn)雙攝像頭。