雙攝像頭系列（3）原理深度剖析

雙攝像頭系列的文章，得到了不少讀者的歡迎。有讀者希望能了解一下雙攝像頭的原理。小編不才，看過不少雙攝像頭原理的文章，基本上都伴隨著濃濃的困意，最終做到了從入門到放棄。在這邊，小編只好用簡單粗暴的方式，跟大家聊聊雙攝像頭的原理，歡迎大家在留言處一起討論。

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

原創 | 雙攝像頭深度剖析 (1)：雙Camera都能做什麼？

原創 |雙攝像頭深度剖析 (2)：雙Camera的生態鏈

距離相關應用

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後，定位能力就會下降很多。

雙攝像頭就是模擬人眼的應用。

簡單的說，測距離的話，就是通過演算法算出，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。

光學變焦

光學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，光學變焦的雙攝像頭模組不能像做距離應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。然後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到彩色照片上，將兩種圖片融合。

至於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。

當然有些業內人士也表示這種演算法目前做的效果並不明顯。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技術就非常好，更願意用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建模的演算法其實跟距離應用有點類似，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。在這裡小編就不詳細展開介紹了。

對ISP的要求

提到雙攝像頭的演算法，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感測器輸出的信號做後期處理，主要功能有線性糾正、雜訊去除、壞點去除、內插、白平衡、自動曝光控制等，依賴於ISP才能在不同的光學條件下都能較好的還原現場細節，ISP技術在很大程度上決定了手機的成像質量。

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一般都是在主晶元SoC上。部分品牌客戶為了實現更好的效果，甚至不惜成本的外加一顆ISP用來達到更好更專業的拍照效果。

好的拍照演算法就需要搭配好的ISP，ISP和演算法相輔相成，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已經無法滿足雙攝像頭的需求。這就需要雙路ISP實現此功能。

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，然後將兩副圖片做匹配（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），然後通過遮擋，檢測，補償等演算法 處理相關的圖片。最後將兩幅圖片融合起來，實現顏色的增強。當然實際上ISP配合演算法做的事情，遠遠比這圖片上寫的要多。小編實在不知道，就不在這誤導大家了。

當然，在這裡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。

攝像頭的介面

一般來講，目前的智能手機的攝像頭介面都是MIPI介面。之前手機平台都只有2路MIPI介面，分別給前攝像頭和後攝像頭。做雙攝像頭，就要求平台至少支持三路MIPI介面。其實在之前的高端平台上，為了實現更高像素，已經用雙路ISP了（比如為了支持16M的攝像頭，會用2路8M能力的ISP），這類平台很有可能只有兩路MIPI。但這個無法阻止工程師去做前單攝像頭+後雙攝像頭。

沒錯，加一個小小的Swtich，就可以輕鬆實現雙攝像頭。

後記：

雙攝像頭，小編寫了三篇，終於寫完了。各位讀者如有什麼問題，可以在留言處留下您寶貴的意見和意見，或者你想知道的問題。若有機會，小編也願意跟你繼續討論攝像頭的奇妙世界。

作者：ICShare 創始人，手機行業十餘年老兵，感謝作者付出，如轉載不當，請聯繫後台刪除！
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