隨著智能手機的興起，人們對手機的要求也變得越來越高，經(jīng)歷了“核”戰(zhàn)、屏幕大戰(zhàn)，各大廠商在手機市場中的較量終于進入到了用戶體驗的較量環(huán)節(jié)；而在系統(tǒng)優(yōu)化外，拍照水平的較量漸漸變?yōu)榱酥仡^戲，于是越來越多的廠商加入到了PK攝像頭的小戰(zhàn)場中，可謂是使出了渾身解數(shù)，而雙攝像頭這一名稱，也隨之誕生了。

那么什么是雙攝像頭呢？顧名思義，雙攝像頭即是由兩顆攝像頭組成的拍照系統(tǒng)。

雙攝像頭的功能

目前主流的雙攝像頭的功能。主要可以分為兩大類：

1.利用雙攝像頭產(chǎn)生立體視覺，獲得影像的景深，利用景深信息進行背景虛化，物體分割，3D掃描，輔助對焦，動作識別等應(yīng)用；

2.利用左右兩張不同的圖片信息進行融合，以期望得到更高的分辨率，更好的色彩，動態(tài)范圍等更好的圖像質(zhì)量或?qū)崿F(xiàn)光學(xué)變焦這個功能。

這兩類雙攝像頭功能對于攝像頭的硬件有著不同的要求，前者要求兩個攝像頭之間有更大的間距，這樣能夠得到更高的景深精度，因此前者的硬件希望兩個攝像頭間的距離比較遠才好；而后者因需要兩顆攝像頭的圖片疊加合成，所以在硬件設(shè)計的時候希望兩個攝像頭離得比較近，這樣在兩個圖像融合的時候才不會因為相差產(chǎn)生更多的錯誤，目前市面上還是以第二大類最為常見。

一、景深應(yīng)用

首先，我們需要獲得當(dāng)前場景的景深圖，其基本原理是三角定位，如下圖所示。

從公式中可以判斷Z的距離中d和X的大小很關(guān)鍵，兩個攝像頭間的距離T很重要，減少T的距離不僅會減少能測量的最大距離而且會減少相對景深間精度。

1.利用三角定位計算景深的最簡單的應(yīng)用-----計算物體距離。

2.背景虛化：景深應(yīng)用可以實現(xiàn)背景虛化功能，即在景深圖的基礎(chǔ)上將不同距離的物體進行虛化，模擬大光圈相機拍攝效果。

3.AR增強和動作識別：主要是利用兩個攝像頭進行手勢或者姿勢的識別。目前在3D交互領(lǐng)域比較常見，市場上比較常見的就是leap motion 還有微軟的 Kinect 都是類似的功能。在手機領(lǐng)域，亞馬遜曾在fire phone上實現(xiàn)類似的功能。

二．圖像合成

第二類功能都是通過將不同的圖片中的不同的信息，合成到一張圖片中，使合成之后的圖片得到更好的效果，此類應(yīng)用硬件設(shè)計中就會注意如何分別提供不同的信息。

1.像素合成：主要是利用多張圖片中在高頻部分不同的內(nèi)容生成一張清晰的圖片，雙攝可以通過兩張照片中不同的信息進行最后的增強，這就要求硬件設(shè)計時希望兩個攝像頭離的比較近，這樣在兩個圖像融合的時候才不會因為相差產(chǎn)生更多的錯誤。

2．HDR拍攝：對兩個Camera設(shè)置不同的曝光參數(shù)以得到不同曝光下的圖像，進行HDR合成。

3.夜拍效果改善：主要是利用兩顆攝像頭中一顆黑白攝像頭在低光下響應(yīng)較好，噪聲較小的特性，使其夜拍的時候降低了噪點，最新發(fā)布的華為P9就是采用這種雙攝系統(tǒng)；其雙攝像頭總進光量超iPhone6S 270%，這帶來的就是夜拍效果的提升；擁有超大的進光量，改善低光下響應(yīng)，降低了噪聲，使得夜拍成了P9主打功能之一。

4.雙攝系統(tǒng)還有一個非常強大的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)變焦功能：光學(xué)變焦（Optical Zoom）是數(shù)碼相機通過改變光學(xué)鏡片組結(jié)構(gòu)來改變鏡頭焦距，從而實現(xiàn)變焦，但是鏡片組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整體尺寸無法安置于手機中。而傳統(tǒng)手機鏡頭則是通過后端處理，把圖片內(nèi)的每個像素面積增大，從而達到放大的目的；即數(shù)碼變焦（DigitalZoom），它在拍攝遠處時，會造成圖片像素變低。而采用“一大一小”雙攝鏡頭，通過一顆近焦拍攝，一顆遠焦拍攝，中間由兩顆鏡頭共同拍攝；經(jīng)過后端軟件處理合成，能夠?qū)崿F(xiàn)類光學(xué)變焦功能，目前類光學(xué)變焦的雙攝普遍能達到2X~3X變焦拍攝。

現(xiàn)以13M+13M雙攝鏡頭進行舉例說明，兩顆lens規(guī)格如下：

類光學(xué)變焦有兩種計算方式：

①、以角度計算類光學(xué)變焦放大倍率，即

②、以等效焦距計算類光學(xué)變焦放大倍率，首先我們需要了解等效焦距的計算方法：

如上圖所示，等效焦距計算公式為： 

類光學(xué)變焦的放大倍率為：

從以上案例中，明顯可以看出長焦鏡頭的TTL要大于常規(guī)鏡頭的TTL，由于長焦鏡頭高度的限制，導(dǎo)致雙攝模組高度比常規(guī)單攝模組高，這對手機結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高的要求。

如果采用如下圖所示的潛望式的結(jié)構(gòu)，通過一塊鏡面將入射光轉(zhuǎn)90度角后射入lens，則能在不壓縮鏡頭TTL（鏡頭TTL與焦距成正相關(guān)）的前提下，盡量減小模組的高度。

雙攝的生態(tài)鏈

1.算法供應(yīng)商：

雙攝的算法是需要跟ISP配合的，兩者是相輔相成的。作為主流平臺供應(yīng)商，高通/聯(lián)發(fā)科都有自己的ISP，也都開發(fā)了自己的雙攝算法。Sony，Samsung，OV也都在積極開發(fā)自己的雙攝算法。其他供應(yīng)商，如core photonics、ArcSoft、X-Chip及Apple收購的Linx也都有自己的雙攝算法。

2.Sensor供應(yīng)商：

雙攝的Sensor，為解決兩個Camera同步拍攝的問題，就需要Sensor有同步信號，目前Sony、Samsung、OV、格科微這幾家能夠提供同步信號的Sensor。

3.模組供應(yīng)商

目前能做雙攝的模組廠有很多，但是真正具有量產(chǎn)經(jīng)驗的主要是舜宇、光寶這兩家，華為的雙攝機型主要是由舜宇和光寶來提供模組的。

雙攝技術(shù)的難點及未來

據(jù)旭日移動終端研究所人員分析稱，目前普及雙攝主要有兩大障礙：首先是算法資源稀缺，其次是制造難。雙攝較于普通的單攝產(chǎn)品，在制造上有著更高的難度，對技術(shù)和設(shè)備都有層次上的提升。對這個問題，行業(yè)做出不僅一次的探討，最終找到解決辦法——引進AA制程。話雖如此，但引進AA制程的過程中，產(chǎn)業(yè)也仍需要再次面臨高成本、高技術(shù)等新問題。同樣來看算法的問題，由于全球攝像頭產(chǎn)業(yè)中的算法資源較貧瘠，導(dǎo)致目前的雙攝像頭產(chǎn)品發(fā)展緩慢。即便如此，也不乏國際廠商追逐此技術(shù)的完善。

從目前市面上能看到的雙攝像頭手機來看，他的應(yīng)用還遠沒有被開發(fā)出來。摩根史坦利投資公司（Morgan Stanley）亞洲技術(shù)分析師Jasmine Lu稱：“我們認為雙攝像頭擁有廣闊的發(fā)展前景，我們堅信雙攝像頭技術(shù)不僅能夠縮小智能手機和單反相機的之間圖像差距，還能允許開發(fā)者設(shè)計以深度分析或者3D物體繪制等類型的殺手級應(yīng)用，我們期望雙攝像頭技術(shù)能夠觸發(fā)光學(xué)領(lǐng)域新一輪更新周期”。

（本文由舜宇光學(xué)提供）