小孔成像仪(小孔成像仪的简单做法及原理)

微博实时号养成 2022年08月16日 17:51 223 admin

按照苹果“一贯优良”的泄密传统，iPhone 7用双摄影头已经是板上钉钉的事情了。双摄像头在智能手机不是什么新鲜事情，先有HTC M8，后有华为荣耀6 Plus、P9、LG G5、中兴AXON天机6，可即使是最高端的P9双摄像头表现也平平，完全不如徕卡头衔抢眼，那苹果为何要无怨无悔使用双摄像头呢。

（林志颖手中的正是双摄像头iPhone 7机模）

双摄像头不是什么新鲜的事情，在《阿凡达》热潮推动下，在相机市场中拥有了不少双镜头的3D相机，比如说是富士的FinePix REAL 3D W1，手机市场中HTC曾推出过EVO 3D，不过随着3D热潮的落幕3D相机消失在人们视野当中。与3D相机以双摄像头追求3D成像不一样，今天智能手机双摄像头是以追求画质为目标，其历史可以追溯到HTC M8，不过大规模使用双摄像头还得是华为，华为拥有荣耀6 Plus、P9、荣耀V8、荣耀8多款产品。也许有些人会想起Pelican Imaging推出的Pelican Camera手机，其实该产品属于多光圈相机，在一块传感器上搭载了多个镜头（光圈），与双摄像头物理结构差异非常大。

自iPhone4开始手机摄影开始了一个新的篇章，脚踢小DC、拳打单反更是成为智能手机制造商今天的共识。可智能手机体积限制了摄像头模块的大小，今天智能手机主摄像头主流尺寸仅为1/2.6英寸左右，历史上曾有过诺基亚808、Lumia 1020等大尺寸传感器手机，但这些手机都付出巨大的代价——庞大的尺寸、缓慢的对焦速度，而且与单反、微单主流的APS-C、全副相比依然属于小传感器。为了弥补传感器尺寸上的差异，手机使用新技术远比相机积极。

小孔成像仪(小孔成像仪的简单做法及原理)

跟手机屏幕一样，CMOS图像传感器也存在“屏占比”概念——CMOS传感器上的像素（光电二极管）阵列不是布满在整个芯片表面的，而是占据了芯片中央区域，在像素阵列周边是传输、供电、ADC等辅助电路，随着BSI、堆栈式技术应用，辅助电路转移到像素阵列下方，最终传感器变得更薄、尺寸更小。可传感器只是影响摄像头模组大小的一个因素，受到小孔成像原理决定，当传感器尺寸越大时要实现相同的视角焦距就要越长，焦距越长就要更大的镜头。同时镜头光圈从原来的F/2.8增加F/2.0、F/1.7，抵消了非球面镜片缩小镜头大小功效。在未来数年时间内，以增加传感器尺寸、增大镜头光圈来提升画质之路是行不通的，能提供相等甚至更佳画质双摄像头几乎是唯一选择，可为何P9双摄像头表现与单摄像头差异不大？

华为是目前国内唯一自研移动处理器的手机制造商，在早期海思处理器完善度并不高，没有搭载ISP，比如说采用麒麟930处理器的华为P8就外置了台湾厂商altek的6010 ISP芯片。在2013年华为收购了德州仪器OMAP处理器在法国的业务，以此为基础成了图像研究中心。也许有人奇怪华为为何选择OMAP发展图像技术，不是索尼大法好么？其实OMAP在图像技术积累非常深，诺基亚在Symbian能获得相机之王地位，一靠OMAP，二靠蔡司，在进入Windows Phone时代没有OMAP，仅靠高通骁龙初期的ISP，成像质量直线下降。

P9是华为成像方案最为复杂的产品，它主摄像头采用两颗来自索尼的1/2.6英寸、1200万像素CMOS传感器，一黑一彩色，其中彩色传感器为IMX286，黑白传感器为定制成品、具体资料不详，为了实现双摄像头成像，外置了altek的6610芯片。另一方面P9所采用的麒麟950是海思首款集成ISP的处理器，其技术来源正是OMAP。在P9拍摄时，单摄像头成像由麒麟950内置ISP负责，双摄像头成像由altek 6610负责。“TI”对altek其结果不用多言，P9单摄像头成像足以一线的苹果、三星、OPPO媲美，而双摄像头效果不过与单摄像头持平，不是双摄像头不行而是altek算法不行（altek算法进步之小从背景虚化表现可见一斑）。

可是同是双摄影头，也有很多不同玩法，HTC EVO 3D、One M8采用了2个不同像素主副摄像头实现3D成像；而荣耀6 Plus是采用两个一样的摄像头（OV8865）来提高画质以及实现背景虚化；LG G5是采用两个不一样的传感器、不一样视角的镜头组成双摄像头，两个镜头不能同时成像，不应该算双摄像头技术，只能说安装了2个摄像头；而在今年推出的华为P8、荣耀V8以及360奇酷旗舰版手机中采用的2个同焦距、同光圈、同尺寸、同像素、滤镜阵列不同的传感器实现双摄像头，也就是黑白+彩色方案，借助黑白传感器获得更多亮度信息，改善画质。那iPhone 7将会采用什么方案呢？

对于双摄像头这一发展趋势，苹果早有行动，在2015年4月以2000万美元收购了以色列图像技术公司LinX。收购小型公司获得先进技术是苹果常用手段，那LinX凭借什么获得苹果青睐呢，答案是摄像头阵列技术（Array Camera）。在2014年6月时候LinX发表了一份关于应用于移动领域的摄像头阵列技术，通过2个、3个、4个不同摄像头组成阵列，实现更佳画质，双摄像头技术不过是其一个子集。

LinX指出使用2个小传感器（4百万像素、单个BSI像素尺寸为2.0um）即可实现与iPhone 5s上大传感器（8百万像素、单个BSI像素尺寸为1.5um）一样的信噪比，而且厚度更薄。假若采用2个8百万像素摄像头阵列，信噪比必须至少比iPhone 5s增强一档。在iPhone 7透露出采用双摄像头之初，不少人猜测苹果会把LinX应用到其中，那意味着什么？手机极限可用感光度将达到了ISO 6400，假若苹果再加入多帧降噪技术，那极限可用感光度将可达ISO 12800，达到一般单反相机、微单相机的标准了。

可惜这一幕短时间不会发生，随着更多专利消息披露与iPhone 7照片泄露，大家发现了iPhone 7走的是另一条双摄像头技术路线。大家对今天智能手机拍摄最不满意一点应该算是不能变焦，数码变焦虽然可以放大画面，但镜头透视、画质不能与光学变焦相比较，可智能手机尺寸决定了无法塞入变焦镜头，即使是三防相机常用的潜望式变焦镜头也不行，不过长短焦双摄像头就能解决这一问题了。

在不同视角的双摄像头系统中，一个镜头负责广角摄影，一个镜头中长焦拍摄，成像时两个镜头同时拍摄、中间区域重叠，通过后期软件处理合成，即可实现光学变焦效果，其变焦倍数可达到2倍至3倍。

（苹果双摄像头专利）

影响双摄像头类光学变焦倍数的关键是中长焦镜头TTL（Through-the-lens，镜头前端到焦平面的长度）值，TTL值越长，变焦倍数越大。可手机厚度是有限的，于是潜望式定焦镜头被用应用其中。在潜望式结构中，镜筒一部分被水平放置、传感器旋转90°，光线进入摄像头模组后会被镜面旋转90°、再射入镜筒之中。在水平镜筒之中，中长焦镜头的TTL可以做得很长，影响其高度是传感器尺寸，因此在类光学变焦双摄像头系统中，广角镜头传感器尺寸往往比长焦端的大。

（泄露的iPhone 7双摄像头模块）

小孔成像仪(小孔成像仪的简单做法及原理)