雙攝像頭系列原理

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

　　距離相關(guān)應(yīng)用

　　人眼是很容易對(duì)一個(gè)物體的距離進(jìn)行定位，但當(dāng)人閉上其中一個(gè)眼睛后，定位能力就會(huì)下降很多。

　　雙攝像頭就是模擬人眼的應(yīng)用。

　　簡(jiǎn)單的說，測(cè)距離的話，就是通過算法算出，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(gè)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(gè)攝像頭中心距過小的話，可計(jì)算的物體距離就會(huì)很近。若想算出很遠(yuǎn)距離，就必須讓左右攝像頭的距離拉遠(yuǎn)。

　　光學(xué)變焦

　　光學(xué)變焦主要是左右攝像頭使用不同的FOV（可視角），這樣兩個(gè)攝像頭取景不同。當(dāng)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(dāng)用戶需要長(zhǎng)焦照片，則用視角為45度的右攝像頭取景，獲得長(zhǎng)焦效果。

　　為了使左右攝像頭拍攝的物體重疊度高，光學(xué)變焦的雙攝像頭模組不能像做距離應(yīng)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(qiáng)

　　其實(shí)第二篇的時(shí)候，小編已經(jīng)簡(jiǎn)單介紹過暗光增強(qiáng)的原理。一般來講，做暗光增強(qiáng)就是將兩個(gè)攝像頭一個(gè)用RGBG的標(biāo)準(zhǔn)攝像頭，一個(gè)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(jìn)光量，來判斷被拍物體的光強(qiáng)強(qiáng)度。然后將兩個(gè)圖片融合即可獲得更好的暗光增強(qiáng)。

　　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(gè)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(gè)圖像的光亮強(qiáng)度補(bǔ)償?shù)讲噬掌?，將兩種圖片融合。

　　至于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(qiáng)，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(shí)選用的就是這個(gè)方式的模組。

　　當(dāng)然有些業(yè)內(nèi)人士也表示這種算法目前做的效果并不明顯。暗光補(bǔ)償對(duì)用戶來的確很幫助，尤其拍夜景的時(shí)候。不過有些客戶認(rèn)為索尼和三星的Dual PD技術(shù)就非常好，更愿意用Dual PD 攝像頭來做暗光補(bǔ)償。

　　到底是雙攝像頭還是Dual PD的暗光補(bǔ)償效果好，大家可以比較一下華為P9和三星的Galaxy S7 edge，就會(huì)有答案了。

　　3D拍攝和3D建模

　　3D拍攝和3D建模的算法其實(shí)跟距離應(yīng)用有點(diǎn)類似，只是它的精度要求更高，甚至有時(shí)會(huì)需要用紅外測(cè)距進(jìn)行更準(zhǔn)確的距離判斷。在這里小編就不詳細(xì)展開介紹了。

　　對(duì)ISP的要求

　　提到雙攝像頭的算法，不得不提到ISP（Image Signal Processing 圖像信號(hào)處理器），ISP主要作用是對(duì)前端圖像傳感器輸出的信號(hào)做后期處理，主要功能有線性糾正、噪聲去除、壞點(diǎn)去除、內(nèi)插、白平衡、自動(dòng)曝光控制等，依賴于ISP才能在不同的光學(xué)條件下都能較好的還原現(xiàn)場(chǎng)細(xì)節(jié)，ISP技術(shù)在很大程度上決定了手機(jī)的成像質(zhì)量。

　　功能機(jī)時(shí)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(jī)攝像頭像素越來越高，對(duì)ISP性能的要求越來越高，若將ISP集成到攝像頭Sensor上，勢(shì)必造成攝像頭的模組過大，甚至影響拍照效果。所以智能機(jī)時(shí)代，ISP一般都是在主芯片SoC上。部分品牌客戶為了實(shí)現(xiàn)更好的效果，甚至不惜成本的外加一顆ISP用來達(dá)到更好更專業(yè)的拍照效果。

　　好的拍照算法就需要搭配好的ISP，ISP和算法相輔相成，缺一不可。而雙攝像頭對(duì)ISP性能要求更多。首先，為了使的左右攝像頭的信號(hào)能夠同時(shí)被處理，單一的ISP已經(jīng)無法滿足雙攝像頭的需求。這就需要雙路ISP實(shí)現(xiàn)此功能。

　　以暗光增強(qiáng)為例，彩色/黑白圖像分別進(jìn)入各自的ISP通道和校準(zhǔn)通道，然后將兩副圖片做匹配（如將兩幅圖片相同的部分提取出來，去除只有一個(gè)攝像頭拍到的部分），然后通過遮擋，檢測(cè)，補(bǔ)償?shù)人惴?處理相關(guān)的圖片。最后將兩幅圖片融合起來，實(shí)現(xiàn)顏色的增強(qiáng)。當(dāng)然實(shí)際上ISP配合算法做的事情，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比這圖片上寫的要多。小編實(shí)在不知道，就不在這誤導(dǎo)大家了。

　　當(dāng)然，在這里面也有一個(gè)小小的插曲。畢竟是兩個(gè)ISP，兩個(gè)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(gè)ISP能在同一時(shí)間上取樣，就需要雙攝像頭拍出來的圖片是同一時(shí)間拍出來的。其中一個(gè)解決辦法就是讓Sensor有一個(gè)同步信號(hào)引腳。將兩個(gè)攝像頭的同步信號(hào)對(duì)接，在每次讀取圖片時(shí)，將圖片都打上一個(gè)時(shí)間戳，ISP通過時(shí)間戳，保證左右攝像頭拍出來的照片在同一時(shí)間拍攝，最終再進(jìn)行融合。

　　攝像頭的接口

　　一般來講，目前的智能手機(jī)的攝像頭接口都是MIPI接口。之前手機(jī)平臺(tái)都只有2路MIPI接口，分別給前攝像頭和后攝像頭。做雙攝像頭，就要求平臺(tái)至少支持三路MIPI接口。其實(shí)在之前的高端平臺(tái)上，為了實(shí)現(xiàn)更高像素，已經(jīng)用雙路ISP了（比如為了支持16M的攝像頭，會(huì)用2路8M能力的ISP），這類平臺(tái)很有可能只有兩路MIPI。但這個(gè)無法阻止工程師去做前單攝像頭+后雙攝像頭。

　　沒錯(cuò)，加一個(gè)小小的Swtich，就可以輕松實(shí)現(xiàn)雙攝像頭。