为什么会出现双摄像头手机？

智能手机市场一直都是群雄争霸，竞争非常激烈。随着时代的发展，各大手机厂商的竞争焦点从以前的硬件军备竞赛逐渐延伸到影音娱乐领域，尤其越来越注重手机的拍照性能。随着手机的快速迭代，单摄像头手机的拍照性能在一定程度上达到极限，要想在拍照领域再度有所突破，必须要借助双摄像头，甚至摄像头阵列才能实现更多的应用。近两年，不少手机厂商推出了双摄像头（简称双摄）手机，摄像头从一个变成两个，到底是个噱头，还是真的物有所值，我们来探讨一下吧。

什么是双摄手机？

通俗的讲，双摄手机是指一个智能手机某一面（一般是背面，也可能在前面）上有两个并排（横排或者竖排）的摄像头；如果学术一点讲的话，可以称为立体相机（stereo camera）。这两个相机可以模拟人眼双目视觉原理，利用立体摄影（stereo photography）算法获得三维信息。

双摄手机发展简史

事实上，双摄手机并不是最近一两年才出现的新鲜玩意儿。早在2011年，如日中天的HTC推出了首款配备两颗500万像素摄像头机型G17，然而第一个吃螃蟹的人往往成为先烈，当时双摄像头的配置并未能打入主流市场。主要有两个原因：一是500万像素画质过低，先拍照后对焦后画质并没有得到提升；二是因为缺乏3D应用，让双摄像头成为鸡肋。

随着手机硬件和相关算法的发展，具有双摄配置的手机又重新杀入市场，搅起了手机业新一轮的惊涛骇浪。2014年12月，华为荣耀6plus双摄手机发布，后置两个平行的800万像素摄像头。随后中兴、乐视、酷派、360、小米等多家公司相继推出双摄手机。手机业界风向标苹果公司也坐不住了，于2016年9月推出了iPhone 7 plus，后置1200万像素双摄手机，此次iPhone 7 Plus的双摄像头升级是iPhone问世以来在摄像头方面最大的一次飞跃。下图是iPhone 7 Plus的双摄配置。

为什么双摄像头配置会东山再起？

第一个原因是，用户需求的转变。从单纯追求高分辨率转到更多元化的应用需求。

以前手机用户对拍照的需求主要体现在追求更高的分辨率上，比如Nokia曾经发布了高达4100万像素的手机，但这条路明显走偏了，用户发现自己并不需要手机实现这么高的像素，反而需要更快的对焦速度、光学变焦、夜拍降噪、提高画质、提高动态范围、甚至三维重建等功能。而这些光靠单摄像头，即使利用复杂的图像处理算法也难以完全实现。而利用双摄像头搭配相关的算法，可以比较轻松地实现上述功能。

第二个原因是：手机厚度的限制。

摄像头模组的厚度决定了手机的整体厚度。一方面用户希望手机越薄越好，另一方面拍照性能的提高需要更复杂更厚的镜头模组。比如智能手机用单个摄像头实现光学变焦是一件非常困难的事情，要想实现光学变焦需要复杂的镜头组合设计，这样设计出来的镜头模组就比较厚。所以这两者是不可调和的矛盾。即便是行业翘楚的苹果手机，也没办法很好的解决这一问题，这也是iPhone 6摄像头突出的主要原因。从手机外观设计的角度来说，要解决颜值问题，必须要采用双摄像头。

双摄手机有什么用？

按照双摄手机两个摄像头之间的距离来做个简单分类：

两个摄像头之间离得比较近，两个摄像头取景范围相差很小，这样在两张图片进行融合的时候就不会因为错位产生不良的影响，可以利用两个摄像头不同的曝光和色彩信息进行融合，展现更真实的色彩，更丰富的细节，从而大幅提升成像质量。可以用来做夜景/暗光拍照增强、增加动态范围等应用。
两个摄像头之间离得比较远，得到的两张图之间相差足够大，可以用算法来取得景深信息，然后利用景深来做背景虚化，物体分割，三维重建，辅助对焦，动作识别等应用。

下面列举几个常见的应用。

1、背景虚化

背景虚化是一种常用的功能，很多人都对单反相机的大光圈背景虚化效果非常着迷。如下图右是原图，左图是iPhone 7 plus 背景虚化的效果。

2、重对焦

利用计算得到的景深信息，可以实现先拍照后对焦。

3、夜景/暗光拍照增强

以华为P9为例，其配置一个彩色镜头一个黑白镜头。黑白镜头的大光圈保证了足够的进光量，让画面景物细节轮廓凸显，彩色镜头负责捕捉色彩，经过算法合成后可以呈现较好的夜景拍照效果。

4、光学变焦

通过广角和长焦的双摄像头搭配，可以让相机拥有更远的光学变焦。

如下图左边是iPhone 7 Plus广角相机拍摄的图片，右边是长焦相机拍摄的图片。

5、提高动态范围（HDR）

单摄像头实现HDR的方法通常是修改不同的曝光时间来得到不同曝光环境下的图片，然后进行合成，这样图像处理的时间比较长。这不仅导致用户体验很差，而且当场景中有运动物体或者相机有移动的话会导致鬼影的问题。利用双摄像头就可以解决这个问题，只需要对两个摄像头设置不同的曝光参数，然后对结果进行合成就可以实现。如下图，上面是两个摄像头拍摄的不同曝光参数的图片，下面是HDR合成结果。

6、三维应用

因为通过双摄像头可以计算出景深信息，所以双摄在三维应用上将会有很多有趣的应用。比如可以测算物体的物理尺寸和距离，用来做三维测量；可以通过扫描来对真实物体进行三维建模；可以实现逼真的互动性很强的增强现实游戏等。这将大大拓展手机的应用价值。

总结

双摄手机虽然有以上介绍的优势，但仍然存在不少问题：由于目前大部分双摄手机基线（两个摄像头的距离）较短，无法计算较远处的景深。所以背景虚化、重对焦等功能仍然和单反相机有很大差距，有许多槽点可以吐。三维应用也还处于起步阶段，有很多功能有待挖掘。

双摄手机的出现是行业发展瓶颈催生的必然结果，随着双摄手机越来越普及，双摄功能正趋于成熟，相信最近两年双摄技术会带来越来越多的有用有趣的应用。

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