谈手机摄像：对焦与双摄

姓名：丁子峻    学号：16020188015

【嵌牛导读】：近几年，手机拍照越来越兴起。很多人出门都不会携带相机，而是仅用手机拍照。那么手机小小的摄像头是如何完成对焦的呢？这几年，市面上突然兴起了双摄像头，其究竟是噱头还是有实际提升？

【嵌牛鼻子】：摄影、手机、数码、双摄像头、对焦、科普、原理

【嵌牛提问】：小小的手机摄像头如何完成对焦？双摄像头究竟是噱头还是提升？

【嵌牛正文】：

手机由于不停的缩小，摄像头也不断再缩小。那么小小的摄像头究竟是如何完成我们传统相机完成的对焦过程呢？对于手机摄像来说，手机上采用了什么对焦方案，极大程度上决定了摄像头的对焦速度。常见的对焦方式有如下几个：

相当原始的，就是反差对焦。这个大概介绍一下就能懂，原理很简单。对焦的时候镜头慢慢变清晰，然后再模糊一下，再回到清晰的点。其实这个过程就是相机在寻找对比度最大时的镜头位置，也就是准确对焦的位置。这种对焦方式耗时长，对焦速度相对较慢。

反差对焦原理动图

再就是相位对焦。也就是所谓的PDAF。这种技术早在2014年三星S5上就出现了。这种技术主要是通过在感光元件上预留一些遮蔽像素点，专门用来相位检测，通过像素之间的距离和变化来决定对焦的偏移值。两个成对的像素点各自成像，根据相位差判断信号波峰位置来进行合焦。相比起反差对焦，这种方式快了不少。但这种方式对光线强度要求较高，如果光线过暗，对焦速度会明显受到影响。

相位对焦原理图

“激光”对焦，速度相对于相位对焦属于中等，但成像成功率很高，对于弱光适应性很强。其原理就是通过光反射回来的时间来计算距离，从而达到对焦效果。这里要说明的是，激光对焦使用的其实是红外光，并不是常听到的激光。可能厂家觉得这个词比较高大上，也就这么使用了。同时，手机上不能配备太高功率的发射源，因而光线可能过个半米就衰减的差不多了，对于远景对焦并没有多大帮助。

最后说的就是全像素双核对焦。这个其实就是在每一个像素点上都分布了两个光电二极管，在相位对焦的基础上不遮蔽任何像素的前提下完成相差检测，其对焦精度和速度都有很大提升。这也是目前很多新旗舰上用的对焦方案，也是一种相当先进的方案。

然而这些对焦方式，大多都是利弊互补，于是很多厂商想到使用混合对焦技术。效果上去了，成本自然也上去了。所以一般来说只有旗舰才会使用多种技术吧。

我们来谈谈这几年火起来的双摄。随着手机摄像头规格越来越强大，也慢慢到了一个瓶颈。于是厂家们开始玩起新花样。双摄就是其中之一。双摄最早刚出现的时候，被很多人喷只是一个噱头。然而双摄也发展了至少一年了，也产生了不少的双摄逻辑方案。下面简析一下这些方案。

景深双摄

这可以说是最基本的双摄了。它的出现也相当的早。代表机型有HTC One M8和红米Pro等。

一般得，景深双摄采用两颗像素不一样的传感器。主摄像头负责拍摄照片，副摄像头负责记录取景器中焦平面的景深信息，交由处理器进行计算，从而添加虚化效果。多数景深双摄机型的虚拟光圈能够提供相当大范围的等效光圈，从而形成不同程度的虚化效果。然而景深双摄的背景虚化几乎是靠看上去很基础的软件P图，只要环境光稍微复杂，景深信息的记录就会出现问题，导致其双摄实际效果和适用范围都很有限，相对单摄也没有成片质量上的提升。因此被很多人定义为“噱头双摄”。

黑白彩色双摄

这种双摄方案在2016年火了起来，华为P9和Mate9均使用了这种方案。以华为Mate9为例，上方1200万彩色镜头负责颜色，下方2000万黑白镜头负责记录色彩以外的一切画面信息，并且在成像时都有在工作，遮挡任意镜头都会收到App的提醒，照片质量也会有所区别。这种方案的最终成片，也就是对多张照片进行合成。相比起单摄，黑白彩色双摄就像两个人分工合作。只要软件算法能够把两张照片完美的合成在一起，就可以获得解析力高的照片。而另外，由于黑白传感器也可以作为副摄像头，这种方案也可以完成景深双摄虚化功能，而且质量会比景深更高。但是和景深双摄一样，虚化出来的效果并不自然。

双定焦双摄

双定焦这两年用的机型特别多，代表机型就是iPhone。这类双摄配置是一个广角镜头加上一个长焦镜头。这种双摄在使用方法上更接近单反的两个定焦镜头——他们都是通过切换定焦镜头达到焦距的变化，从而拍摄特写或远景照片。这类双摄的两个摄像头一般不同时成像，因此对于传感器没有特殊要求。以iPhone8 Plus为例，其使用了28mm和56mm的两个定焦镜头，当使用56mm的镜头可以等效2倍光学变焦，用来拍摄远处的细节物体或者实现特写拍摄。这种双摄也是成像过程中一种不需要特殊软件算法介入的双摄。

至于虚化方面，双定焦双摄的虚化也是通过同时拍下两张照片进行综合计算，通过计算两个镜头成像的略微区别来计算物体远近，从而进行对背景的虚化。这一点三者的原理其实都大同小异，但是算法的优劣也直接决定了虚化效果的好坏。曾经在Mate9上有过一次相当失败的虚化，但是样片不见了，也没办法做演示。很尴尬。

总结一下，如今手机上的摄像头一直在不停发展。当单摄发展到一个地步，就开始玩起了双摄。然而就结果而言，一切不以画质和功能为目的的双摄都是在放屁。而加了双摄不好好搞优化，照样会落后于别人。有一些厂商，单摄玩不过别人，就想办法加双摄。不好好搞双摄算法，光加个某某认证合作一下就觉得自己德味十足。而原本的单摄大佬因为市场趋势玩起双摄的时候，很多东西便一目了然。当然也不是说某品牌做得不好，这里只是稍微带一些偏见对这个市场讽刺一下。

手机摄像这个东西，其中也有一定的玄学成分。再加上每个人都有自己的审美，观感喜好不同，取向肯定也有所不同。各种各样的新技术也在被运用于摄影方面，像苹果最新的人脸模式打光就是一个思路。随着技术的进步，算法的优化，手机摄像技术也一定会不断提升。