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双摄一定强于单摄？你需要了解一下这篇科普文了原创2016-11-25 21:46·毒辣V视角今年，许多手机厂商开始将双摄像头运用于手机之上。也不乏让消费者在购机时产生了误区，认为两个摄像头肯定要比一个摄像头拍出的效果好。然而，你知道单摄与双摄的区别在哪里吗？单摄的成像，如今大多数都是通过光线入射到CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）上来完成的，而让CMOS感应到外界的光线，需要一定的光通量，想要提高光通量，要么加大光的强度（外界光、光圈影响）、要么增加感光面积（CMOS规格）、要么延长曝光时间（防抖系统）。在摄影界，盛传着“底大一级压死人”的铁律，其中的“底”，指的就是感光元件的面积。更大的感光元件面积，可以在单位时间拥有更大的光通量。这其中比较出名的就是已经消失的诺基亚PureView 808和 Lumia 1020，两者的感光元件面积分别达到了1/1.2英寸和1/1.5英寸，当然超大的感光元件也让这两款手机的镜头显得极为臃肿，一度被粉丝戏称为“奥利奥”。虽然诺基亚PureView 808 和 Lumia 1020拥有超大的CMOS，但由于4100万像素的加持，其实手机的单位像素面积并不大，仅有1.4微米和1.12微米。举个例子，手机CMOS就像一口大锅，锅越大，能装进的光也就越多，然而CMOS上的像素就像是围在锅边等着吃饭的人，像素越少越少，单位像素面积也就越大，每个像素分得的光也就越多，于是每个像素都可以“吃到饱”。拥有了更大进光量，对于手机成像意义何在呢？最直观的感受，莫过于照片更亮了。（图为OPPO R9s拍摄）但除了“一亮遮百丑”以外，由于单位像素增大而享受到了更多的进光量，像素点转化为电信号的强度也就越高，变相降低了相机本身模组由于通电而产生的电磁“噪音”串扰的比重，拥有更高的信噪比，极大降低了在暗光拍摄时，由于线路“噪音”而产生的伪色噪点的出现，提高了画面的纯净度。同时，对焦技术也非常重要。而现在的手机对焦通常有 反差对焦、IRAF激光对焦、相位（检测自动）对焦、全像素双核心对焦等。三星今年上半年旗舰Galaxy S7系列上便搭载了全像素双核心对焦这一技术，广受好评。OPPO R9s有出色的拍照体验，这项技术也功不可没。不过之前的佳能单反上也使用过双核对焦技术，所以其实这项技术在相机行业中早已经不是什么新鲜事。这项技术和其他对焦技术有什么区别呢？传统的传感器一个像素只有一个光电二极管，也就是一半像素是被遮蔽的，普通PDAF相位对焦像素就是由被遮蔽的1/2面积的2个像素组成。而双核对焦则是在所有像素中都有两个光电二极管，即其对焦像素是由两个完整的像素组成，这样的好处是能够在不遮盖任何像素的前提下有效完成相对差检测，对焦侦测系统被分布到每一个像素，所以对焦精度和速度都会有相应的提升，无需牺牲成像像素，对焦的有效范围也更广。全像素双核对焦可从光电二极管A和B中分别检测出A像和B像的信号。在完成合焦的状态下2个像将重合，而在未完成合焦的状态下，2个像都是模糊且相互错开的。通过检测偏差量（信号差）和偏差方向（A像和B像分别位于中心的那一侧）就能计算出对焦镜片组应当朝什么方向移动多少距离，这样一来就能直击目标，迅速对焦了。合焦时2个像的状态相机将光电二极管A信号与B信号相互重合的状态判断为合焦。焦点偏前时2个像的状态相机将B像相对于中心偏向左侧、而A像偏向右侧的情况判断为焦点偏前。另外，根据2个像的偏差量（信号差）即可计算出完成合焦所需的镜片驱动量。具体来说就是，全像素双核对焦通过图像感应器相差检测自动对焦可实现高速对焦。“相差检测自动对焦”是以从2个位置获取的信号为基准进行测距的对焦方式。由于需要检测2个被摄体成像（相位）的间隔（差），因此被称为“相差检测自动对焦”。全像素双核对焦为每个像素都配置了2个光电二极管，并由此获得2个信号（A像和B像）。通过比较A像和B像的视差信号计算出镜头的驱动量和驱动方向。而拍摄时可拼合2个信号作为1个图像信号进行输出。这样就能在不影响画质的情况下同时实现自动对焦和图像捕捉功能。而拍摄时可拼合2个信号作为1个图像信号进行输出。OPPO R9s搭载的双核对焦技术与三星S7系列手机上使用的全像素双核对焦技术一样，也是通过两个光电二极管获取的光学信息合并计算后，快速运算，控制对焦马达，实现对焦。但是，OPPO R9s上搭载的索尼IMX398传感器双核对焦和三星S7系列的全像素双核对焦方案还并不完全一样。三星S7系列整个传感器所有像素点均为双核设计，也就是说，所有光电二极管都是两两并列，使用同一个透镜和井容器。而IMX398并不是这样。IMX398传感器的双核对焦确实一样有双像素并列结构，但是并不是全部像素都使用了这个结构，而是在传感器中间和边缘分别作了4个双核对焦集从。这8个集从里面，每个集从拥有16个（图中的黄色L/R标识），共128个双核对焦点。IMX398传感器这个设计理论上可以通过8个集从的对焦信息收集并进行协作运算，从而获得接近三星全像素对焦的高速性能。同时，相比全像素都采用双核，IMX398传感器这种结构更容易保证画质，因为有更多专门独立收集信息的光电二极管。因此，在画质上，OPPO R9s的IMX398是更有优势的。当然，硬件是性能的保证。Image Signal Processing（ISP，图像信号处理器），Digital Signal Processing（DSP，数字信号处理器）对成像也是有很大影响的。同样有影响的，还有各大厂商各自的成像算法，而这套手机的算法，正是每家厂商的不传之秘，厂商调教得越好，手机能够自动胜任的工作越多，也就离我们“随手拍出好照片”的目标越近。当然有不缺乏各项防抖技术诸如：Optical Image Stabilization（OIS，光学影像防抖），Electrical Image Stabilization（EIS，电子影像防抖）等来克服因相机的振动产生的影像模糊。由著名木桶效应，上面所提到的任何一项成为了短板，都会拉低手机拍摄的整体体验。但无论是OIS、EIS，还是ISP、DSP，要是不是被商家包装成唬人的英文，懂点行情的都知道这些从相机诞生之日起就一直在演进之中。那么为什么要说这些功能很关键呢？因为许多双摄的手机这些关键的功能很多都！没！有！由于摄像头的数量增加，同时要平衡手机的美感，手机内部空间将变得更加紧凑，也就限制了两颗CMOS的大小，毕竟没有人喜欢手机后面两大颗“火疖子”。同时为了进一步节约镜组空间，双摄像头的手机往往不支持光学防抖功能。不过就算是拥有光学防抖，两颗摄像头镜组还要在抵消抖动时也要严格保持轴矩的同步，这项技术虽然已经在实验室里取得了成功，但以目前的工艺水平还不能量产。所以有些厂商虽然给双摄像头增加了光学防抖功能（Mate 9），但光学防抖与双摄像头的开启相互冲突，在拍照时，只能选择其中一项开启。使其缺乏了竞争的优势。与苹果和高通采用定制ISP不同，像华为P9这样的双摄手机，麒麟955芯片内嵌的ISP居然不支持双摄，只能再外挂一颗altek（华晶科技，台湾数码相机和手机产物的生产商）的ISP，少了几分“私人定制”的优化，让双摄的P9在“内功”上也矮人一截。若不是赶上个“好师傅”徕卡亲自调教软件算法，双摄军团恐怕要输的更惨些。那双摄到底有什么优势呢？厂商在宣传的时候说：快来看，我们有两颗CMOS，加起来进光量可比单摄像头的CMOS大多了！这说法对吗？事实上，虽然两颗CMOS带来了两倍的感光面积，但同时也带来了双倍的像素数量和双倍的噪音，并没有解决单位像素面积小的问题，仅仅是黑白CMOS减少了一点光线强度的衰减，从硬件层面考虑，充其量只能算是小尺寸CMOS的补救，加上双摄没有完善的量产光学防抖解决方案，在提升画质方面并没有真正的大底大像素单摄像头有效。这么说，“双摄”只是个鸡肋？并不是，在玩法上更多的摄像头可以做出许多单摄像头做不到的事。例如在专业摄影中，有时摄影师为了突出拍摄主体，常常会使用一颗大光圈的摄像头，这样拍出来的照片会让主体非常的清晰，而背景物体则会呈现明显的焦外虚化效果。业内人称“刀锐奶化”，即“焦内如刀割般锐利，焦外如奶油般化开”。而在手机的摄像头设计中，由于光圈是固定的，在硬件层面上并不能实现单反中大光圈“焦外虚化”的效果。但是硬件不够，软件来凑，手机运算性能如此强大，为何不能后期处理出“焦外虚化”的照片呢？因为单摄像头不能记录物体的景深。就像人类有两只眼睛，两只眼睛存在间距（平均值为6.5cm），对于同一景物，左右眼的相对位置是不同的，这就产生了双目视差，即左右眼看到的是有差异的图像。两张具有视差的图像转入大脑视中枢，合成一个物体完整的像。因为双眼视差的存在，你才能看清这一点与周围物体间的距离、深度、凸凹等等都能辨别出来，这样形成的像就是立体的像，这种视觉就是立体视觉。所以，想要记录拍摄时的景深信息，我们还需要另外一颗摄像头，例如HTC One M8的景深摄像头。景深摄像头的原理并不复杂：在拍摄时，主摄像头负责当前被摄物体的取景，而景深摄像头则负责在拍摄的瞬间记录多张焦点由近至远的不同照片。然后通过手机的“大脑”——处理器的后期运算，可以判断场景中其他物体距离拍摄物体的远近，从而进行不同程度的后期虚化（距离被摄物体焦平面越远的物体虚化越明显）。值得一提的是，景深摄像头不一定只能用来记录景深信息，任何可以用来成像的摄像头都可以当作景深摄像头，例如iPhone 7 Plus的主摄像头，华为P9的黑白摄像头。而景深照片成像的好坏，取决于各家的算法能否清晰地分辨被摄物体的边缘。有些厂商凭借成熟的算法，甚至可以实现先拍照后对焦。总的来说，.双摄相对于单摄，只是玩法的胜利。从上文可以看出，双摄和成像质量并无太大关系，提升手机拍照效果是系统工程，涉及摄像头、镜头、算法、色调的调试，而单单的增加一个摄像头，并不是解决成像的最优办法。所以，在双摄和单摄上并不仅仅是数量上的对比，关键还是要能够拍出一张好照片。对于用户来说，喜欢哪一种，还需要自己尝试。毕竟，只有适合，没有最好。
2024年12月21日，首发2024-06-21 18:40·文客鉴史
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7、 秦观词：
致敬！高温下的劳动者们！手术之后，李玟也及时给大家报告了手术情况，而且在5月20日还发布了新歌上线的消息。但万万没想到，歌迷今晚却从李玟姐姐李思林处得知其轻生的消息。