多攝像頭代替百萬像素

手機攝影已經經歷了一場無人能贏的百萬像素戰爭，因為智慧型手機感測器和尺寸的物理限制阻礙了進一步的小型化。 現在有一個類似比賽的過程，看誰能在鏡頭上放更多的東西（1）。 無論如何，照片的品質最終總是很重要的。

2018年上半年，由於推出了兩款新的相機原型機，提供多鏡頭技術的不知名公司Light——不是在當時，而是在其他智慧型手機型號上——聲名鵲起。 儘管正如 MT 當時所寫的那樣，該公司已經在 2015 年 型號L16 擁有十六個鏡頭 (1)，直到最近幾個月，相機的單元倍增才開始流行。

裝滿鏡頭的相機

Light 的第一款型號是手機大小的輕便（非手機）相機，旨在提供 DSLR 品質。 它拍攝的照片解析度高達 52 兆像素，焦距範圍為 35-150 毫米，低光照條件下品質高，景深可調。 由於在一個外殼中組合了多達十六個智慧型手機鏡頭，一切都變得可能。 這些眾多的鏡頭與智慧型手機中的光學元件沒有什麼不同。 不同之處在於它們被收集在一台設備中。

2. 多鏡頭燈光相機

在拍攝過程中，影像由十台相機同時記錄，每台相機都有自己的曝光參數。 以這種方式拍攝的所有照片都被組合成一張大照片，其中包含單次曝光的所有數據。 系統可以編輯最終照片的景深和焦點。 照片以 JPG、TIFF 或 RAW DNG 格式儲存。 市售的 L16 型號沒有典型的閃光燈，但可以使用機身內的小型 LED 照亮照片。

2015 年的首映引起了人們的好奇。 這並沒有引起很多媒體和大眾觀眾的注意。 不過，鑑於富士康是 Light 的投資者，進一步的發展並不令人意外。 簡而言之，其基礎是與台灣設備製造商合作的公司對此解決方案越來越感興趣。 富士康的客戶包括蘋果，特別是黑莓、華為、微軟、摩托羅拉或小米。

因此，2018 年，出現了有關 Light 在智慧型手機多相機系統方面的工作的資訊。 後來事實證明，這家新創公司正在與諾基亞合作，後者在 2019 年巴塞隆納 MWC 行動大會上推出了全球首款配備五個相機的手機。 模型 9 PureView的 (3)配備XNUMX個彩色攝影機及XNUMX個黑白攝影機。

Sveta 在 Quartz 網站上解釋說，L16 和諾基亞 9 PureView 有兩個主要區別。 後者使用更新的處理系統將各個鏡頭的照片拼接在一起。 此外，諾基亞的設計包括與 Light 最初使用的相機不同的相機，採用蔡司光學元件可以捕捉更多光線。 三個相機僅捕捉黑白光。

每個攝影機陣列的分辨率為 12 萬像素，可以更好地控制影像的景深，並允許用戶捕捉普通蜂窩攝影機通常看不到的細節。 此外，根據已發布的描述，PureView 9 能夠捕捉比其他設備多十倍的光線，並且可以產生總解析度高達 240 兆像素的照片。

多鏡頭手機迅速崛起

光並不是該領域唯一的創新來源。 韓國公司LG 於2018 年XNUMX 月發布的一項專利描述瞭如何結合不同的攝影機角度來製作一部微型電影，讓人想起Apple Live Photos 或來自Lytro 設備的圖像的創作，MT 幾年前也曾寫過這一內容，透過可調節的光場捕捉光場。視野。

根據LG的專利，該解決方案能夠結合來自不同鏡頭的不同資料集，從影像中剪切出物體（例如，在人像模式下，甚至完全改變背景）。 當然，目前這只是一項專利，沒有跡象表明 LG 計劃將其應用到手機中。 然而，隨著智慧型手機攝影大戰的不斷升級，具有這些功能的手機可能會比我們想像的更早上市。

正如我們在研究多鏡頭相機的歷史時會看到的那樣， 雙室系統根本不是什麼新鮮事。 然而，三個或更多攝影機的放置一直是過去十個月的主題。.

在主要手機製造商中，中國公司華為速度最快，向市場推出了三個相機的型號。 早在 2018 年 XNUMX 月，他就提議 華為P20 Pro (4) 提供三種鏡頭 - 常規鏡頭、單色鏡頭和遠攝變焦鏡頭，於幾個月後推出。 伴侶20，同樣配備三個攝影機。

然而，正如行動技術歷史上已經發生的那樣，你只需在所有媒體上大膽地引入新的蘋果解決方案，就可以開始談論突破和革命。 與第一個模型相同 iPhone'a 2007年，之前已知的智慧型手機市場“啟動”，第一款 iPad的 （但根本不是第一台平板電腦）2010年，平板電腦時代開啟，因此2019年5月，該公司推出的帶有蘋果標誌的多鏡頭iPhone「十一」（XNUMX）可以被認為是平板電腦時代的尖銳開端。多鏡頭智慧型手機時代。

11臨 歐拉茲 11 Pro Max 配備三個攝影機。 第一個鏡頭採用六片鏡頭，全片幅焦距為 26 毫米，相對光圈為 f/1.8。 該製造商表示，它配備了一個新的 12 萬像素感測器，具有 100% 像素聚焦，這可能意味著類似於佳能相機或三星智慧型手機中的解決方案，其中每個像素由兩個光電二極管組成。

第二個相機具有廣角鏡頭（焦距為13毫米，亮度為f/2.4），並配備解析度為12萬像素的矩陣。 除了所描述的模組之外，還有一個長焦鏡頭，其焦距是標準鏡頭的兩倍。 這是 f/2.0 光圈設計。 該感測器具有與其他感測器相同的解析度。 長焦鏡頭和標準鏡頭均具有光學影像穩定功能。

在所有版本中，我們都會找到華為、Google Pixel 或三星手機。 夜間模式。 這也是多鏡頭系統的典型解決方案。 它是指相機使用不同的曝光補償拍攝多張照片，然後將它們組合成一張雜訊更少、色調動態更好的照片。

手機中的攝像頭 - 它是怎麼發生的？

第一款拍照手機是三星 SCH-V200。 該設備於 2000 年出現在韓國的商店貨架上。

他能記得 二十張照片 解析度為0,35兆像素。 然而，該相機有一個嚴重的缺點——它與手機不能很好地整合。 因此，一些分析師認為它是安裝在同一機身中的獨立設備，而不是手機的組成部分。

在以下情況下情況完全不同 J-Phone'а，即夏普在上個千禧年末為日本市場準備的一款手機。 該設備以 0,11 兆像素的極低品質拍攝照片，但與三星的產品不同的是，照片可以無線傳輸並方便地在手機螢幕上查看。 J-Phone配備了可顯示256種顏色的彩色顯示器。

手機已迅速成為一種極其時尚的小玩意。 然而，這並不是歸功於三洋或J-Phone設備，而是歸功於行動巨頭的提議，主要是當時的諾基亞和索尼愛立信。

諾基亞7650 配備0,3萬畫素相機。 它是最早廣泛使用和流行的拍照手機之一。 他在市場上也表現出色。 索尼愛立信T68i。 沒有打電話之前它可以同時接收和發送彩信。 然而，與清單中先前評測的型號不同，T68i 的相機必須單獨購買並連接到手機上。

這些設備推出後，手機中的相機開始迅速普及 - 2003 年，全球相機銷量已超過標準數位相機。

2006年，全球超過一半的手機配備了內建相機。 一年後，有人首先提出了將兩個鏡片放在一個單元中的想法...

從行動電視到 3D，再到越來越好的攝影

與表面上的相反，多攝影機解決方案的歷史並沒有那麼短。 三星在其型號中提供 B710 (6)雙鏡頭早在2007年。 儘管當時人們更關注相機在行動電視中的功能，但雙鏡頭系統使在行動電視中捕捉攝影記憶成為可能。 3D效果。 我們無需佩戴特殊眼鏡即可查看該模型顯示器上的成品照片。

在那些年裡，3D 風靡一時，攝影機系統被認為是重現這種效果的機會。

LG擎天柱3D，於 2011 年 XNUMX 月首播，以及 HTC EVO 3D的，於 2011 年 3 月發布，使用雙鏡頭拍攝 3D 照片。 他們使用了與「常規」3D 相機設計者相同的技術，使用雙鏡頭來創建影像的深度感。 XNUMXD 顯示器增強了這一點，無需眼鏡即可觀看所擷取的影像。

然而，3D 卻只是曇花一現。 隨著它的消亡，人們不再將多攝影機系統視為立體成像工具。

至少不是大多數。 第一個提供兩個影像感測器的相機，其用途與今天的類似。 的HTC One M8 (7)，2014 年 4 月發布。 其 2 萬像素 UltraPixel 主感應器和捕獲輔助資料的 XNUMX 萬像素感應器旨在營造照片的深度感。

第二個鏡頭建立深度圖並將其包含在最終影像結果中。 這意味著能夠創造效果 背景模糊 ，只需觸摸顯示面板即可重新對焦影像並輕鬆管理您的照片，即使在拍攝後也能保持主體清晰並更改背景。

然而，當時並不是每個人都了解這項技術的潛力。 HTC One M8 或許不是市場失敗，但它也不是特別受歡迎。 這個故事中的另一個重要建築， LG G5，於 2016 年 16 月發布。 它配備了一個 8 萬像素的主感應器和第二個 135 萬像素的感應器，這是一個具有 XNUMX 度視野的廣角鏡頭，設備可以切換到該感應器。

2016年XNUMX月，華為與徠卡合作推出此機型。 P9，背面有兩個攝影機。 其中一個用於捕獲 RGB 顏色 ()，另一個用於捕獲單色細節。 正是在這款機型的基礎上，華為後來打造了前述的P20機型。

2016年也被推向市場 iphone 7 加 背面有兩個相機 - 均為 12 兆像素，但焦距不同。 第一台相機的變焦為 23 毫米，第二台為 56 毫米，這意味著進入智慧型手機長焦時代。 這個想法是讓用戶在不損失品質的情況下放大影像——蘋果希望解決智慧型手機攝影的一個主要問題，並開發了符合消費者行為的解決方案。 它還複製了 HTC 的解決方案，使用從兩個鏡頭的資料導出的深度圖提供散景效果。

20 年初華為 P2018 Pro 的出現意味著將迄今為止測試的所有解決方案整合到一台具有三個攝影機的裝置中。 RGB 和單色感測器系統中添加了變焦鏡頭，並使用 人工智能 它提供的不僅僅是光學元件和感測器的簡單總和。 還有令人印象深刻的夜間模式。 新型號取得了巨大成功，從市場意義上來說是一次突破，而不是鏡頭數量令人眼花繚亂的諾基亞相機或通常的蘋果產品。

作為手機配備多個相機趨勢的先行者，三星 (8) 也在 2018 年推出了三鏡頭相機。 原來是在模型裡 三星Galaxy A7.

8.三星雙鏡頭量產模組

然而，製造商決定使用常規、廣角和第三眼鏡頭來提供不太準確的「深度資訊」。 但另一個型號 銀河A9共有四種鏡頭可供選擇：超廣角鏡頭、長焦鏡頭、標準相機和深度感應器。

很多是因為 目前，三鏡頭仍然是標準配備。 除了 iPhone 之外，華為 P30 Pro 和三星 Galaxy S10+ 等品牌旗艦機型均採用後置三鏡頭。 當然，我們沒有計算前面較小的自拍鏡頭。.

谷歌似乎對這一切漠不關心。 他的 像素3 他擁有市場上最好的相機之一，只需一個鏡頭就可以完成“一切”。

Pixel 設備使用特殊軟體來提供穩定、縮放和深度效果。 結果不如使用多個鏡頭和感測器時的效果好，但差異很小，而谷歌的手機以出色的低光性能彌補了這一小差距。 然而，最近在模型中 像素4，就連谷歌也終於崩潰了，儘管它仍然只提供兩種鏡頭：普通鏡頭和長焦鏡頭。

不是後部

為智慧型手機添加額外的相機有什麼好處？ 根據專家介紹，如果他們以不同的焦距進行記錄，設置不同的光圈並捕獲整批影像以進行進一步的演算法處理（合成），與使用單一手機相機獲得的影像相比，這可以顯著提高品質。

照片更清晰、更細緻、色彩更自然、動態範圍更大。 低光性能也好得多。

許多了解多鏡頭系統功能的人主要將它們與模糊散景肖像的背景聯繫起來，即使景深以外的物體失焦。 但這還不是全部。

這種類型的相機執行越來越廣泛的功能，包括更準確的 XNUMXD 映射，引入 增強現實 以及更好的臉部和風景辨識能力。

在此之前，在應用程式和人工智慧的幫助下，智慧型手機光學感測器承擔了熱成像、從影像翻譯外文、識別夜空中的星座或分析運動員動作等任務。 多相機系統的使用極大地提高了這些高級功能的性能。 最重要的是，它將我們所有人聚集在一個整體中。

多目標解決方案的舊歷史顯示了不同的搜索，但難題始終是對資料處理、演算法品質和功耗的高要求。 對於現代智慧型手機來說，它使用了比以前更強大的視覺訊號處理器、節能的數位訊號處理器，甚至改進了神經網路功能，這些問題已經大大減少。

高水準的細節、更強大的光學功能和可自訂的散景效果現在是現代智慧型手機攝影要求的首要要求。 直到最近，為了完成這些任務，智慧型手機用戶還必須使用傳統相機來道歉。 今天不一定。

對於大型相機，當鏡頭尺寸和光圈尺寸足夠大以在像素失焦的地方實現模擬模糊時，美學效果可以自然地實現。 手機的鏡頭和感光元件 (9) 太小，無法自然發生（在模擬空間中）。 因此，正在開發軟體仿真流程。

使用影像處理中常用的多種模糊演算法之一對遠離焦點區域或焦平面的像素進行人為模糊。 每個像素與焦點區域的距離是透過拍攝兩張相距約 1 公分的照片來測量的最佳且最快的距離。

由於恆定的分割長度和同時拍攝兩個角度的能力（避免運動雜訊），可以對照片中每個像素的深度進行三角測量（使用多角度立體演算法）。 現在可以輕鬆估計每個像素相對於焦點區域的位置。

這並不容易，但是具有雙鏡頭的手機使這個過程變得更容易，因為它們可以同時拍照。 單鏡頭系統必須連續拍攝兩次照片（從不同角度）或使用不同的變焦。

有一種方法可以在不損失解析度的情況下放大照片 長焦 ( 光學的）。 目前，華為 P5 Pro 上智慧型手機的最大實際光學變焦為 30 倍。

有些手機使用混合系統，同時使用光學影像和數位影像，讓您放大而不會造成任何明顯的品質損失。 前面提到的 Google Pixel 3 使用極其複雜的電腦演算法來做到這一點，因此它不需要額外的鏡頭也就不足為奇了。 不過「四」已經介紹過了，沒有光學似乎也很難做到。

典型鏡頭設計的物理原理使得將變焦鏡頭安裝到高階智慧型手機的薄機身中非常困難。 因此，由於智慧型手機傳統的感光元件到鏡頭方向，手機製造商能夠將光學時間延長最多 2 到 3 倍。 添加長焦鏡頭通常意味著更厚的手機、更小的感光元件或使用可折疊光學元件。

跨越焦點的一種方法是所謂的 複雜光學 （10）。 相機模組感測器垂直位於手機中，面向鏡頭，光軸沿著手機機身延伸。 鏡子或棱鏡以正確的角度放置，以將場景中的光線反射到鏡頭和感測器。

10. 智慧型手機中的複雜光學元件

這種類型的第一批設計採用適合雙鏡頭系統的固定鏡子，例如 Falcon 和 Corephotonics Hawkeye 產品，它們將傳統相機和複雜的長焦鏡頭設計結合在單一裝置中。 然而，Light 等公司使用移動鏡子合成多個攝影機影像的專案也開始進入市場。

與長焦正好相反 廣角攝影。 廣角視圖取代了特寫鏡頭，更多地展示了我們面前的事物。 LG G5 及後續手機上引進了廣角攝影作為第二個鏡頭系統。

廣角選項對於捕捉激動人心的時刻特別有用，例如在音樂會的人群中或在太大而無法用窄鏡頭捕捉的位置。 它也非常適合拍攝城市景觀、高層建築和其他普通鏡頭無法看到的物體。 通常無需切換到一種或另一種“模式”，因為相機會隨著您靠近或遠離主體而切換，從而無縫地融入正常的相機內體驗。 。

據 LG 稱，50% 的雙鏡頭用戶使用廣角鏡頭作為​​主相機。

目前，全系列智慧型手機都配備了專為運動設計的感應器。 單色照片即黑與白。 它們最大的優勢是清晰度，這就是為什麼一些攝影師更喜歡它們的原因。

現代手機足夠智能，可以將這種清晰度與顏色感測器的資訊結合起來，產生理論上照明更準確的鏡頭。 然而，單色感測器的使用仍然很少。 如果它包含在套件中，通常可以與其他鏡頭隔離。 該選項可以在相機應用程式設定中找到。

由於相機感應器本身無法捕捉顏色，因此需要一個應用程式 彩色濾光片 關於像素大小。 因此，每個像素只記錄一種顏色——通常是紅色、綠色或藍色。

產生的像素總和用於建立可用的 RGB 影像，但在此過程中需要進行權衡。 首先是色彩矩陣造成的解析度損失，並且由於每個像素只接收一部分光線，因此相機不如沒有色彩濾鏡矩陣的裝置那麼靈敏。 這就是單色感測器為對品質敏感的攝影師提供幫助的地方，它可以以全解析度捕捉和記錄所有可用的光線。 將單色相機的影像與主 RGB 相機的影像結合，產生更詳細的最終影像。

第二個單色感測器非常適合此應用，但它不是唯一的選擇。 例如，Archos 生產的產品與常規單色類似，但使用了額外的更高解析度的 RGB 感測器。 由於兩台相機彼此偏移，因此對齊和合併兩個影像的過程仍然很複雜，最終影像通常不如高解析度的單色版本那麼詳細。

然而，與使用單一相機模組拍攝的照片相比，其結果是品質明顯提高。

深度感測器用於三星相機等，可以使用前置和後置相機實現專業的模糊效果和更高品質的擴增實境渲染。 然而，高階手機正在逐漸取代深度感測器，將這一過程整合到也可以偵測深度的相機中，例如具有超廣角或長焦鏡頭的裝置。

當然，深度感測器可能會繼續出現在更實惠的手機以及那些旨在無需昂貴的光學器件即可產生深度效果的手機中，例如 摩托G7.

擴增現實，即真正的革命

當手機使用多個相機的圖像差異來創建給定場景中的距離圖（通常稱為深度圖）時，它可以使用它來驅動 擴增實境應用程式 （擴增實境）。 例如，它將支援它在場景表面上放置和顯示合成物件。 如果這是即時完成的，物體將能夠變得栩栩如生並移動。

Apple 的 ARKit 和 Android 的 ARCore 都為多相機手機提供了 AR 平台。 

隨著具有多個相機的智慧型手機的普及而出現的新解決方案的最佳例子之一是矽谷新創公司 Lucid 的成就。 在某些圈子裡，他可能被稱為創造者 VR180 LucidCam 以及革命性相機設計背後的技術思想 紅色8K 3D. 

Lucid 專家創建了該平台 清晰的 3D 融合 （11），它利用機器學習和統計來快速即時測量影像的深度。 這種方法可以實現以前在智慧型手機上不可用的功能，例如擴增實境中的高級物件追蹤和使用高解析度影像的空中手勢。 

11.可視化技術Lucid

從該公司的角度來看，手機相機的普及對於內建在無處不在的手持電腦中的擴增實境感測器來說是一個非常有利的領域，這些手持電腦運行應用程式並始終連接到網路。 智慧型手機相機已經能夠識別並提供有關我們的目標的附加資訊。 它們使我們能夠收集視覺數據並查看放置在現實世界中的擴增實境物件。

Lucid的軟體可以將兩個相機的數據轉換為3D訊息，用於即時繪圖並記錄具有深度資訊的場景。 這使您可以快速創建 3D 模型和 XNUMXD 視訊遊戲。 當雙鏡頭智慧型手機僅佔市場的一小部分時，該公司利用 LucidCam 來探索擴大人類視覺範圍。

許多評論家指出，由於只關注多鏡頭智慧型手機的攝影方面，我們錯過了這種技術實際上可以帶來什麼。 以 iPhone 為例，它使用機器學習演算法掃描場景中的物體，創建地形和物體的即時 XNUMXD 深度圖。 該軟體使用它來將背景與前景分開，以選擇性地關注其中的對象。 由此產生的散景效果只是噱頭。 還有一些事情很重要。

對可見場景進行分析的軟體同時創建 進入現實世界的虛擬窗口。 透過手勢識別，用戶將能夠使用該空間地圖與混合現實世界自然地交互，手機的加速計和 GPS 數據可以檢測並驅動世界呈現和更新方式的變化。

所以 在智慧型手機上添加攝像頭，這是一項看似閒置的運動和競賽，看誰能付出最多，最終可能會徹底改變機器界面，然後，誰知道呢，人類互動的方式.

然而，回到攝影領域，許多評論家指出，多相機解決方案可能是許多類型相機（例如數位單眼相機）的最後一根稻草。 打破影像品質的障礙意味著只有專用的頂級攝影設備才能保留其存在的理由。 攝影機也會發生同樣的情況。

換句話說，配備各種類型相機的智能手機不僅會取代簡單的快照，而且會取代大多數專業設備。 這是否真的會發生仍然很難判斷。 到目前為止，他們認為它非常成功。

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