近幾年手機(jī)的發(fā)展速度越來(lái)越快，除了不斷提高的硬件配置，還有一個(gè)現(xiàn)象讓很多人理解不能，那就是技能樹(shù)越來(lái)越歪的攝像頭。

比如這樣式的

以前的手機(jī)，只在背后有一個(gè)安安靜靜的攝像頭，一點(diǎn)也不出戲。而現(xiàn)在的手機(jī)，“二餅” “三筒”甚至“浴霸”層出不窮。這些讓手機(jī)變得越來(lái)越“丑”的攝像頭到底有啥用呢？

Light L16 16攝數(shù)碼相機(jī)，密恐的你怕了嗎？| theverge.com

雙攝手機(jī)上的倆攝像頭

都是干啥的？

要解釋三攝、四攝的原因，還得從雙攝說(shuō)起。雖然目前市面上支持雙攝的手機(jī)五花八門(mén)，但絕大部分都是一個(gè)主攝像頭搭配一個(gè)輔助攝像頭，根據(jù)拍照側(cè)重點(diǎn)不同，一般搭配方式有四種：

· 彩色攝像頭 + 黑白攝像頭

· 彩色攝像頭 + 彩色（景深）攝像頭

· 彩色（廣角）攝像頭 + 彩色（長(zhǎng)焦）攝像頭

· 彩色攝像頭 + 深度攝像頭

其中前三種是目前手機(jī)上最常見(jiàn)的搭配方式。這三種方式成像的本質(zhì)是將兩個(gè)攝像頭拍攝的圖片進(jìn)行處理與疊加，從而達(dá)到不同的成像效果。為了圖像處理的準(zhǔn)確性，兩張圖片的差異不能太大，所以所有的雙攝手機(jī)兩個(gè)攝像頭距離都很近。

彩色攝像頭+黑白攝像頭：實(shí)現(xiàn)更清晰的夜景拍照。

夜景條件下因?yàn)楣饩€太暗，我們拍出來(lái)的照片經(jīng)常是黑乎乎的一片，啥也看不清。想讓夜景條件下拍攝的照片更加清晰，就需要增加進(jìn)光量，增加進(jìn)光量的方式有三種：增大光圈、延長(zhǎng)曝光時(shí)間、提高ISO感光度。目前絕大多數(shù)手機(jī)上的光圈都是不可調(diào)節(jié)的。延長(zhǎng)曝光時(shí)間雖然能增加進(jìn)光量但會(huì)帶來(lái)抖動(dòng)的問(wèn)題，雖然目前大多數(shù)手機(jī)廠商都配備了光學(xué)防抖功能，但光學(xué)防抖的能力畢竟是有限度的。

抖成這樣可咋整？！| 圖蟲(chóng)創(chuàng)意

數(shù)碼相機(jī)本質(zhì)上是光電轉(zhuǎn)換，提高感光度，相當(dāng)于在光信號(hào)變成電信號(hào)時(shí)乘一個(gè)倍數(shù)，電子噪音也可能會(huì)被當(dāng)做正常信號(hào)記錄下來(lái)，這樣會(huì)增加照片上的噪點(diǎn)，使照片不清晰。

噪點(diǎn)一高，就成了這個(gè)熊樣 | 圖蟲(chóng)創(chuàng)意

當(dāng)物理性增加進(jìn)光量的方法在手機(jī)上遇到了瓶頸，就需要請(qǐng)出算法的力量了。

在這里首先要引出一個(gè)概念：拜爾濾色鏡（Bayer Filter）。目前數(shù)碼相機(jī)、掃描儀等設(shè)備的圖像傳感器大多使用它來(lái)制作彩色圖像。我們使用彩色攝像頭拍照時(shí)，自然光會(huì)被拜爾濾色鏡過(guò)濾，經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的排列和算法，最終生成彩色圖像。在這個(gè)過(guò)程中，光線是有損耗的。而黑白攝像頭沒(méi)有配備拜爾濾色鏡，會(huì)讓所有的光線都通過(guò)，獲得更高的進(jìn)光量，拍攝出來(lái)的圖像更加清晰，細(xì)節(jié)保留的更多。

夜景條件下，以清晰的黑白圖像為基準(zhǔn)與彩色圖像融合，就能得到一張效果更好的照片。

彩色攝像頭+彩色（景深）攝像頭，帶來(lái)優(yōu)美的背景虛化。

景深是啥？我們拍照時(shí)，被拍攝的物體（焦點(diǎn)）前后景物有一段清晰的范圍，這個(gè)前后范圍就是景深。單反拍攝人像或特寫(xiě)時(shí)，虛化背景，突出被拍攝主體就是通過(guò)調(diào)節(jié)景深做到的。

背景虛化特寫(xiě) | 作者供圖

單反實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)是通過(guò)調(diào)節(jié)鏡頭光圈做到的，前邊我們已經(jīng)說(shuō)過(guò)目前絕大多數(shù)手機(jī)上的光圈都是不可調(diào)節(jié)的。所以想要拍攝背景虛化的人像特寫(xiě)，在手機(jī)上又遇到瓶頸了，于是我們?cè)俅握?qǐng)出算法的力量。

首先我們先做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，閉上一只眼，左右手各拿一支筆，兩支筆保持水平并且和眼睛等高，然后將兩支筆筆尖對(duì)碰。是不是發(fā)現(xiàn)兩支筆尖經(jīng)常碰不到一起，但是如果兩只眼睛都睜開(kāi)，筆尖就總是能準(zhǔn)確的碰到一起。這個(gè)實(shí)驗(yàn)用的是三角定位法。三角定位法是利用2臺(tái)或以上的探測(cè)器在不同方位探測(cè)目標(biāo)，然后利用三角幾何原理確定目標(biāo)的位置和距離。

三角定位法 | csdn

雙攝手機(jī)模擬單反的虛化效果就是利用的三角定位法。首先利用兩個(gè)攝像頭確定出照片內(nèi)物體在空間上的前后距離，也就是景深信息；然后根據(jù)景深信息將照片中的物體劃分平面；最后根據(jù)需求選擇相應(yīng)的平面，比如人像模式下，選擇出人像所在的平面，然后對(duì)其他平面進(jìn)行虛化處理，就得到一張人像清晰但背景虛化的照片了。當(dāng)然這個(gè)虛化過(guò)程也需要強(qiáng)大的算法保證，在這里我們就不贅述了。
彩色（廣角）攝像頭+彩色（長(zhǎng)焦）攝像頭，提供更好的變焦能力。

廣角和長(zhǎng)焦是什么？廣角鏡頭焦距短視角大，適合拍攝面積很大的景物；長(zhǎng)焦鏡頭視角小但焦距大，適合拍攝距離較遠(yuǎn)的物體。通俗來(lái)說(shuō)，廣角拍的范圍大，長(zhǎng)焦拍的距離遠(yuǎn)。

廣角鏡頭（上圖）和長(zhǎng)焦鏡頭（下圖）拍攝的照片 | 圖蟲(chóng)創(chuàng)意

單反鏡頭改變焦距的方式是光學(xué)變焦，就是通過(guò)前后移動(dòng)鏡頭中的鏡片來(lái)改變視角和焦距。使用這種方式達(dá)到變焦的目的就必須在鏡頭中留出鏡片移動(dòng)的空間，所以一般變焦鏡頭的體積都很大。受限于手機(jī)的體積和厚度，光學(xué)變焦在手機(jī)上又雙叒叕遇到了瓶頸。

這種騷操作手機(jī)可來(lái)不了 | reddit

不對(duì)呀！有些人可能會(huì)問(wèn)，以前我那只有一個(gè)攝像頭的手機(jī)也可以變焦的呀！這就不得不提到另一種變焦方式了：數(shù)碼變焦。所謂的數(shù)碼變焦其實(shí)只是將取景器上其中一部分放大而已，這就不難解釋為啥以前的單攝像頭手機(jī)變焦后后圖片會(huì)變得不清晰了。

這種攝像頭的組合方式可以通過(guò)切換攝像頭與融合兩個(gè)攝像頭拍攝的照片來(lái)達(dá)到更好的變焦效果，獲取更清晰的變焦照片。這種方式依舊不是真正的光學(xué)變焦，但變焦效果比單攝像頭強(qiáng)了不少。

彩色攝像頭+深度攝像頭:可用于人臉識(shí)別、AR、三維空間測(cè)量等領(lǐng)域。

深度攝像頭是能測(cè)量被拍攝物體到鏡頭之間物理距離的攝像頭。這種組合方式可以獲得真實(shí)的三維圖像，在未來(lái)有很廣泛的應(yīng)用空間，但目前手機(jī)上使用的較少，就不過(guò)多介紹了。

所以回到我們最開(kāi)始的問(wèn)題，為啥手機(jī)上攝像頭越來(lái)越多了？

三攝、四攝的原理與雙攝是相同的，只不過(guò)在雙攝的基礎(chǔ)上，添加更多的攝像頭可以完成更加豐富的組合。

除此之外，攝像頭本身的成本是不高的，手機(jī)廠商通過(guò)更多攝像頭的組合可以用較低的成本營(yíng)造一種手機(jī)拍照很厲害，這很旗艦的感覺(jué)，更有利于手機(jī)的宣傳與銷(xiāo)售。

手機(jī)能否取代單反？

這些年手機(jī)的像素是越來(lái)越高，甚至都達(dá)到一億像素了，因此就有不少人說(shuō)：“手機(jī)拍照比肩相機(jī)”、“吊打單反”等。那么手機(jī)拍照真的可以取代單反嗎？像素是越高越好嗎？

手機(jī)能取代單反嗎？| 圖蟲(chóng)創(chuàng)意

答案是：No！

這就要請(qǐng)出一位重要的角色了：圖像傳感器。圖像傳感器就是把攝像頭接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電子信號(hào)的感光元件，對(duì)于拍照設(shè)備來(lái)說(shuō)，它就相當(dāng)于人的眼睛。所以圖像傳感器的好壞，基本上可以決定照片的好壞。但受限于目前的技術(shù)，手機(jī)上圖像傳感器的尺寸不能放大。

圖像傳感器基本就決定了照片的好壞 | 圖蟲(chóng)創(chuàng)意

我們平時(shí)說(shuō)的，相機(jī)2000萬(wàn)像素就是指圖像傳感器上有2000萬(wàn)個(gè)感光點(diǎn)。拍照時(shí)，感光點(diǎn)記錄下光線的明暗和顏色，生成一個(gè)像素，最終所有的像素共同組成一張照片。像素（感光點(diǎn)）越多，拍出來(lái)的照片放大后就越清晰。

這樣看起來(lái)好像像素越高越好呀，其實(shí)未必。對(duì)于同一個(gè)圖像傳感器，我們可以把它分割出2000萬(wàn)個(gè)感光點(diǎn)，也可以分割4000萬(wàn)個(gè)感光點(diǎn)。這樣雖然感光點(diǎn)數(shù)量多了，但每個(gè)感光點(diǎn)的面積卻小了，所以每個(gè)感光點(diǎn)能接收到的光線也變少了，而這會(huì)影響畫(huà)質(zhì)呈現(xiàn)。

所以，照片拍得好，最重要的一點(diǎn)就是圖像傳感器能接受并處理的光信號(hào)的量。攝影圈流行一句話：底大一級(jí)壓死人，就是指大尺寸圖像傳感器的成像質(zhì)量要壓死小尺寸圖像傳感器。至于手機(jī)為啥不能取代單反，這張把手機(jī)的圖像傳感器P到單反上（紅圈里的是手機(jī)的圖像傳感器）的圖片，可以說(shuō)是很精髓了。

手機(jī)的圖像傳感器和單反的對(duì)比 | 富士數(shù)碼

這“眼睛”一對(duì)比，簡(jiǎn)直比李榮浩和楊丞琳還要明顯了好嘛！

參考文獻(xiàn)

[1] https://snapshot.canon-asia.com/article/zh/lesson-5-what-is-iso-speed

[2]https://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filter

[3]https://en.wikipedia.org/wiki/Time_of_flight

[4]https://en.wikipedia.org/wiki/Charge-coupled_device

[5] https://en.wikipedia.org/wiki/CMOS

作者：半之

編輯：大琳砸

審核：steed

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