摄像头像素发展遇瓶颈
如何改善手机拍照效果？提升摄像头的有效像素无疑是最简单有效的手段。于是，从10万像素开始，手机的镜头逐步经历了30万→130万→320万→500万→800万→1300万→1600万→2070万像素的蜕变。如果以像素称王，那来自诺基亚的808PureView和Lumia1020无疑是“王中王”（图1），这两款手机都配备了破天荒的4100万像素摄像头。
然而，事实却证明诺基亚“跑偏了”，一方面是普通用户根本用不上这么高的像素；另一方面是，在自动拍摄模式下Lumia1020的拍照效果并不见得比同期的iPhone好多少。最终，业内逐渐形成了一个共识：更快的对焦速度、更好的降噪效果、更真实的色彩还原才是王道。于是，在接下来的一段时间里，手机厂商纷纷以摄像头的传感器型号（比如IMX278优于IMX214）、光圈大小（如F1.8大于F2.2）、是否支持激光/相位对焦技术为主打卖点，而像素值则停留在了1200万～2070万的区间中。
为什么2070万像素是一道坎？原因很简单，在智能手机普遍以“性感为美”的大环境下，手机的整体厚度决定了摄像头模组的厚度。回顾一下诺基亚808PureView和Lumia1020，它们的身材更适合生活在“大唐”年间（以肥/厚为美）。因此，想在摄像头模组厚度一定的情况下提升拍照效果，双摄像头技术就成为了历史的必然。
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不支持光学变焦一直是智能手机区别于传统DC的最大缺憾所在。还好，随着科技的发展，光学变焦已经不再局限于会明显增加摄像头模块厚度的“伸缩式”镜头，全新的“潜望式”镜头逐渐走向前台。华硕ZenfoneZoom就是首款支持“潜望式”光学变焦技术的智能手机（图2），并将产品厚度控制到了相对纤薄的标准上。对手机光学变焦技术感兴趣的读者可参考本刊2016年第4期《光学变焦手机狙击DC的终极必杀技》这篇文章，或登录http://dwz.cn/39eGeg查看。
双摄像头在磨砺中前行
双摄像头的发展并非一帆风顺，它的历史最早可以追溯到2011年。这一年，HTCG17和LGOptimus3D都通过两颗500万像素摄像头（又称3D摄像头）获得了直接拍摄3D照片和视频的能力（图3），再结合支持裸眼3D显示的屏幕，为当年的用户呈现了一道视觉盛宴。听起来不错，可惜这两款产品的销量并不理想，而3D摄像头的概念也随之淡出市场。
究其原因，是因为3D拍照没有什么实际意义，而系统和APP领域还缺乏对3D显示的支持。再加上随后兴起的AR和VR技术，回头再来看裸眼3D什么的简直是“弱爆了”。
继3D摄像头之后，双摄像头又进入了“一大一小”的时代。这个时期最具代表性的手机就是HTCM8（图4），一颗400万像素的UltraPixel主摄像头（大）和一个辅助的景深摄像头（小）就是“一大一小”双摄像头模块的典型“装备”（图5）。其中，主摄像头负责拍照取景，而辅摄像头则主要用于测算景深范围，从而获得类似先拍照后对焦、背景虚化等类似光场相机的效果。
事实证明，“一大一小”的双摄像头只是在景深方面有所建树，并不能显著提升画质。因此，这种双摄像头在未来可能只会属于相对小众的技术，跟随者代表有HTC的M9+（2000万像素＋400万像素）和中兴Axon天机（1300万像素＋200万像素）等（图6）。对绝大多数手机用户而言，背景虚化等景深特效虽然好玩，但我们需要的是更为实际的成像质量的提升。于是，“成双成对”的双摄像头方案便出路了。
2014年底，华为推出了荣耀6Plus，这款手机最大特色就是配备了两颗一模一样的800万像素摄像头，并组成了所谓的“仿生平行双镜头”。这种“成双成对”双摄像头技术的拍照原理是，两颗摄像头通过三角测距原理能记录70mm到无穷远的全景深信息，使得手机也能拍出单反级的背景虚化照片、缩短对焦速度、让进光量和感光面积×2，提高逆光等高反差环境的成像效果。
可惜，“成双成对”双摄像头属于“三高”技术：成本高，采购两颗高品质的主摄像头并不便宜；设计难度高，为了确保影像捕捉的同步，两颗摄像头必须100%处于同一平面，需要使用相对位置和角度毫厘不差的镜头框架（图7），生产工艺很难；软件算法优化难度高，想让双镜头能够完美并用需要极高的软件算法优化实力，否则很难发挥出双摄像头的优势，反而成为拖累最终画质的瓶颈。
因此，继荣耀6Plus之后，至今也没有第二款采用“成双成对”双摄像头技术的手机出现。而华为最新的P9，也舍弃了荣耀6Plus的“原创设计”，改用了另一种比较成熟的双摄像头技术：一黑（白）一彩（色）。
一黑一彩双摄像头技术解析
最早将一黑一彩概念引入手机领域的型号为奇酷360旗舰版，该产品配备了一颗1300万像素的IMX278彩色传感器和一颗定制版的IMXMONO黑白传感器（IMX214，同样是1300万像素）（图8图注：360奇酷手机旗舰版的镜头模组）。在我们拍照的一瞬间，两颗摄像头便开展了一场携手之旅。
我们都知道，智能手机所配备的CMOS彩色传感器原本只能感应光线的强度，只能记录黑白灰而不能记录光线的颜色。为了拍出彩色的照片，每一颗CMOS彩色传感器都需要加上一层“拜耳滤镜”才能获得记录色彩的能力。但是，使用拜耳滤镜的“后遗症”就是会挡住2/3的光线，实际照射到CMOS上光线只剩下原先的1/3（图9），这就导致在光线不好的环境下噪点增加或极易拍虚。
而IMXMONO黑白传感器，它的本质就是拿掉了“拜耳滤镜”的彩色传感器，虽然它变成了彻头彻尾的“色盲”（只能记录黑白灰），但却获得了3倍的进光量，所有光线都直接传到传感器并被捕捉，将拜尔滤镜损失的那些东西重新找了回来，因此可以有效提高像素细节。
当手机拍摄照片时，CMOS彩色传感器和IMXMONO黑白传感器会同时记录镜头前的景物。其中，彩色传感器负责强化色彩还原，黑白传感器则负责强化画面细节捕捉。然后，图像处理器（ISP）和软件算法会对两张彩色和黑白照片进行合成（图10），最终获得一张拥有极高清晰度、细节和逼真色彩还原的照片，在暗光和逆光的环境下效果更为出众。
华为P9和奇酷360旗舰版的双摄像头技术原理相同，只是改用了1200万像素的IMX286彩色传感器和索尼定制的1200万像素IMXMONO黑白传感器，并选用了符合徕卡认证标准的镜头，而徕卡也参与到了成像质量的软件调校中来，让最终的成像效果有了浓烈的徕卡风格。
小结
虽然配备双摄像头的手机在整个市场中还处于“少数派”，但这一趋势却已成必然。有消息称，苹果新一代iPhone7也有望引入双摄像头技术，并极有可能新兴的“一广一窄”类型，即让两颗摄像头以不同的焦段同时拍摄一幅远景和一幅近景，从而获得类似光学变焦的无损放大效果。总之，在未来的一段时间内，“一黑一白”将成为双摄像头技术中的主流，但手机到底能发挥出双摄像头的几成功力，还得落实到手机厂商在相机APP成像算法优化的“软实力”上。
01月07日 18:14
