當(dāng)下各大手機(jī)廠商都開(kāi)始采用多攝像頭的設(shè)計(jì)，而且隨著手機(jī)的更新?lián)Q代，攝像頭數(shù)量也越來(lái)越多。

為什么拍攝一張照片需要這么多攝像頭?看似相同的攝像頭之間，又有哪些區(qū)別?

要想拍照好還要手機(jī)薄 增加攝像頭數(shù)量是個(gè)辦法

想要回答上面的問(wèn)題，需要先了解手機(jī)是如何拍攝照片的。

首先，光線穿過(guò)手機(jī)的鏡頭進(jìn)入內(nèi)部的光學(xué)系統(tǒng)。光學(xué)系統(tǒng)其實(shí)是一系列的透鏡，這些透鏡能把從物體發(fā)出的光線匯聚到感光元件上。

感光元件再把接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，并將這些電信號(hào)編碼成手機(jī)芯片可以看懂的一串?dāng)?shù)字信號(hào)，芯片接收到這些數(shù)字信號(hào)后，會(huì)將它們存儲(chǔ)，經(jīng)過(guò)一系列處理把它們變成一串指令，告訴顯示屏上的每個(gè)像素點(diǎn)該發(fā)出怎樣的光。

屏幕上每個(gè)像素點(diǎn)發(fā)出的光匯聚在一起，就形成了一張完整的照片，呈現(xiàn)在我們眼前。

這個(gè)過(guò)程潛藏著一個(gè)很大的問(wèn)題，那就是要想拍出一張完美的照片就要保證進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)的光足夠多、光學(xué)系統(tǒng)足夠復(fù)雜，這就需要一套盡可能大的光學(xué)系統(tǒng)和盡可能大的感光芯片，這與手機(jī)越做越輕、越做越薄的理念是背道而馳的。

而且，當(dāng)我們拍攝較遠(yuǎn)的物體時(shí)往往需要變焦的功能，過(guò)于薄的光學(xué)系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)光學(xué)變焦，只能通過(guò)放大像素的方法將圖像放大，這就會(huì)導(dǎo)致圖像清晰度的下降。

那么怎樣才能在不增加攝像頭厚度的情況下繼續(xù)提升手機(jī)的拍攝能力，讓畫(huà)面更清晰更明亮呢?增加攝像頭數(shù)量就是一種不錯(cuò)的方法。

突出主體、實(shí)現(xiàn)變焦、更清晰 多攝像頭各司其職

手機(jī)背后的攝像頭們本領(lǐng)各有不同。

首先，手機(jī)需要有一個(gè)主攝像頭，用來(lái)采集要拍攝的畫(huà)面。主攝像頭拍攝畫(huà)面的清晰度是足夠的，但拍出的畫(huà)面可能無(wú)法足夠突出主體，色彩不夠鮮艷，拍攝夜景時(shí)物體的輪廓也不夠清晰。此外，在拍攝更遠(yuǎn)的物體時(shí)，單一的攝像頭也無(wú)法實(shí)現(xiàn)光學(xué)變焦。

于是人們?cè)谥鲾z像頭的基礎(chǔ)上又添加了多個(gè)輔助攝像頭，這樣就可以在拍照時(shí)同時(shí)采集到更多的信息。

這些攝像頭的位置，參數(shù)都不同，拍攝出的畫(huà)面有很大的差異，通過(guò)比較不同攝像頭各自拍攝出來(lái)的照片，手機(jī)就可以利用算法識(shí)別出畫(huà)面中哪個(gè)物體離我們近，哪個(gè)物體離我們遠(yuǎn)，然后利用設(shè)定的程序，將離我們近的物體盡可能清晰地顯示，這樣就達(dá)到了與人眼視物類(lèi)似的效果。

什么決定著手機(jī)拍照的清晰度呢?

拍照的本質(zhì)是記錄光線中攜帶的信息，并再次用畫(huà)面表現(xiàn)出來(lái)。因此，拍攝的畫(huà)面要想清晰，不光要有足夠多的像素點(diǎn)，還要保證每個(gè)像素點(diǎn)都獲得足夠多的光線，也就是進(jìn)光量要足夠，這就需要黑白攝像頭來(lái)進(jìn)行輔助。

對(duì)于彩色攝像頭，需要在感光元件上同時(shí)采集紅、綠、藍(lán)3種光。這就意味著，對(duì)于一個(gè)5000萬(wàn)像素的攝像頭來(lái)說(shuō)，需要在本來(lái)就不大的感光芯片上分割出5000萬(wàn)個(gè)紅色像素、5000萬(wàn)個(gè)綠色像素、5000萬(wàn)個(gè)藍(lán)色像素，一共15000萬(wàn)個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域分到的面積十分少，這使得每個(gè)像素接收到的光也會(huì)很少。

而黑白攝像頭只需要區(qū)分光的明暗就好，對(duì)于5000萬(wàn)像素的黑白攝像頭，只需要在感光芯片上分割5000萬(wàn)個(gè)區(qū)域即可，平均每個(gè)像素可以接收光照的面積是彩色攝像頭的3倍，能夠更清晰地將畫(huà)面呈現(xiàn)出來(lái)。

于是，當(dāng)手機(jī)擁有黑白和彩色兩種攝像頭時(shí)，就可以同時(shí)拍到一張色彩鮮艷但有些許噪點(diǎn)的圖像和一張更加清晰、噪點(diǎn)更少的黑白照片。芯片會(huì)通過(guò)算法合成出一張既清晰，色彩又絢麗的照片。

解決了突出主體和進(jìn)光量不足的問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)光學(xué)變焦也是手機(jī)攝像頭的一大缺陷。

要想實(shí)現(xiàn)光學(xué)變焦，就需要使鏡頭伸縮，來(lái)改變光學(xué)系統(tǒng)的焦距。然而手機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)被固定在一個(gè)很小的空間內(nèi)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)伸縮，自然無(wú)法光學(xué)變焦。

既然一個(gè)固定焦距的攝像頭不行，那么多個(gè)具有不同焦距的攝像頭是不是就能實(shí)現(xiàn)變焦了呢?

目前可實(shí)現(xiàn)變焦的手機(jī)一般是搭載兩個(gè)或多個(gè)不同焦距的攝像頭，拍攝時(shí)，不同焦距的攝像頭同時(shí)進(jìn)行拍攝，獲得遠(yuǎn)近不同的圖像信息，手機(jī)芯片將這些信息整合，最終合成出你想要放大的對(duì)應(yīng)倍數(shù)的圖像，并保證放大前后畫(huà)面同樣清晰，達(dá)到和光學(xué)變焦相同的效果。

簡(jiǎn)言之，多攝像頭就好比多個(gè)觀察員，它們各司其職，把物體的輪廓、顏色、遠(yuǎn)近等信息記錄下來(lái)。而手機(jī)芯片則像一個(gè)畫(huà)師，它利用攝像頭收集來(lái)的信息再次把畫(huà)面塑造在我們眼前。

(據(jù)微信公眾號(hào)“數(shù)字北京科學(xué)中心”)

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