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苹果iPhone7压力山大!MWC2016双摄像头技术现状探析 - MWC2016,三星S7,LG G5,iPhone7,苹果7,双摄像头 - IT之家

2020-03-25 15:49栏目:新闻
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一广一窄,也就是指两个摄像头采用不同的焦段,同时拍摄一幅远景和一幅近景,通过算法模拟出类似3X和5X光学变焦的效果,比单纯简单放大的数码变焦要强大许多,而且不需要光学变焦的额外机械式移动组件,更加可靠,整体实现难度位于三种方案中间。不过,市面上目前还没有搭载类似技术的手机出现,我们不妨期待下谁会成为第一个。

现实是:

此刻我们必须清楚的认识到,我们产品的雏形只是一个移动的服务器+附带图像的玻璃屏。

以上仅个人分享,不代表任何企业或组织,说得对与不对大家权当笑话看看。

•双摄像头模组需要巨大的资金和设备投入:其实这里还要分成两种情况,同视角同像素双摄像头往往采用一体式结构,需要的精密度和稳定性极高,需要模组生产厂投入巨量的资金和设备才能保证品质和良率。而一大一小、一广一窄的方案多采用分体式结构,不需要封装在一起,只是在两个摄像头中间加一个支架进行稳定校准,不需要太多的额外资金和设备投入。

真正的联系?

言归正传,而这件事和iPhone7的双摄像头有何联系?我想看过Ted那次演讲的读者通过上文的浏览隐约已经知道了,苹果公司在为新的革命书写乐章。

如果要高度还原场景需要终端机上两个硬件设备——摄像头和投影镜头。

在iPhone系列多次的镜头升级后,iPhone7 Plus终于用上了后置双摄像头,但请注意,它的双摄像头功能是目前绝无仅有的——一广角镜+一长焦镜的组合。有了长焦镜的帮助,iPhone终于历史性地实现了光学变焦,而且这种光学变焦并非卡片机常见的伸缩式,虽然只有两倍的光变倍率,但光学变焦的代名词便是无损画质。相比数码变焦强行拉伸像素点令画质拙劣的不足,光学变焦的优势显而易见。(来源于网易)(请吐槽双摄像头的同学自行脑补)

下面要进行有关摄像头的技术详解了:

光学变焦

光学变焦主要是左右摄像头使用不同的FOV(可视角),这样两个摄像头取景不同。当用户需要广角照片,则用视角为85度的左摄像头取景,获得广角效果。当用户需要长焦照片,则用视角为45度的右摄像头取景,获得长焦效果。

为了使左右摄像头拍摄的物体重叠度高,光学变焦的双摄像头模组不能像做距离应用的摄像头的模组那样距离过大,而是需要将左右摄像头摆得越近越好。

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图2:光学变焦

距离相关应用

人眼是很容易对一个物体的距离进行定位,但当人闭上其中一个眼睛后,定位能力就会下降很多。

哔哔了那么多,其实想说的是双摄像头就是模拟人眼的应用。

简单的说,测距离的话,就是通过算法算出,被拍摄物体与左/右摄像头的角度θ1和θ2,再加上固定的y值(即两个摄像头的中心距),就非常容易算出z值(即物体到Camera的距离)

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图3:我的定位设想

不过这也很容易推算,若两个摄像头中心距过小的话,可计算的物体距离就会很近。若想算出很远距离,就必须让左右摄像头的距离拉远。

3D拍摄和3D建模

3D拍摄和3D建模的算法其实跟距离应用十分相似,因为考虑到半角或全角的移动,因此它的精度要求更高,必要的时候需要用红外测距进行更准确的距离判断。

对ISP的要求

提到双摄像头的算法,不得不提到ISP(Image Signal Processing 图像信号处理器),ISP主要作用是对前端图像传感器输出的信号做后期处理,主要功能有线性纠正、噪声去除、坏点去除、内插、白平衡、自动曝光控制等,依赖于ISP才能在不同的光学条件下都能较好的还原现场细节,ISP技术在很大程度上决定了手机的成像质量。

功能机时代,ISP都是做在摄像头上的,不同像素的摄像头搭配不同性能的ISP。随着手机摄像头像素越来越高,对ISP性能的要求越来越高,若将ISP集成到摄像头Sensor上,势必造成摄像头的模组过大,甚至影响拍照效果。所以智能机时代,ISP一般都是在主芯片SoC上。部分品牌客户为了实现更好的效果,甚至不惜成本的外加一颗ISP用来达到更好更专业的拍照效果。

7p的两个摄像头并没有独立的ISP,有两个独立传感器,应该是集成在 a10处理器上了(这里讲的不对,希望专业人士纠正)。

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图4:2个独立的ISP

好的拍照算法就需要搭配好的ISP,ISP和算法相辅相成,缺一不可。而双摄像头对ISP性能要求更多。首先,为了使的左右摄像头的信号能够同时被处理,单一的ISP已经无法满足双摄像头的需求。这就需要双路ISP实现此功能。

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图5:ISP通道

以暗光增强为例,彩色/黑白图像分别进入各自的ISP通道和校准通道,然后将两副图片做匹配(如将两幅图片相同的部分提取出来,去除只有一个摄像头拍到的部分),然后通过遮挡,检测,补偿等算法 处理相关的图片。最后将两幅图片融合起来,实现颜色的增强。当然实际上ISP配合算法做的事情,远远比这图片上写的要多。Apple的图像算法我估计国内没人知道,就不在这误导大家了。

在虎嗅上看大神拆机图里没有看到苹果独立的ISP,但还是在这里面说一个小小的插曲。如果是两个ISP,两个ISP多少有一些处理速度,处理能力不同的问题。为了保证两个ISP能在同一时间上取样,就需要双摄像头拍出来的图片是同一时间拍出来的。其中一个解决办法就是让Sensor有一个同步信号引脚。将两个摄像头的同步信号对接,在每次读取图片时,将图片都打上一个时间戳,ISP通过时间戳,保证左右摄像头拍出来的照片在同一时间拍摄,最终再进行融合。

虽然苹果这几年在半导体方面和相机拍照品质的大量投资,但没有使用独立的ISP,应该有其独到之处。

摄像头的接口

一般来讲,目前的智能手机的摄像头接口都是MIPI接口。之前手机平台都只有2路MIPI接口,分别给前摄像头和后摄像头。做双摄像头,就要求平台至少支持三路MIPI接口。其实在之前的高端平台上,为了实现更高像素,已经用双路ISP了(比如为了支持16M的摄像头,会用2路8M能力的ISP),这类平台很有可能只有两路MIPI。但这个无法阻止工程师去做前单摄像头+后双摄像头。只需要加一个小小的Swtich,就可以轻松实现双摄像头。

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图5:switch

(以上部份内容来源于半导体行业观察网)

至于投影镜头,有点类似摄影头反编译化的程序,将摄像头捕捉的3d影像,通过投影镜头在另一个时空中表达出来。现在图像捕捉、采集的技术已经相对比较先进了,但是投影的技术尚未获得重大的突破,目前的全息投影技术,主要分两类:180度的平面投影和360的全方位投影。很抱歉现在我们还没有完全实现……

在互联网的浪潮下,我们处在云端技术的风口浪尖,我们无法把控方向,但是我们知道,终有一天,风浪会将我们推向彼岸。

而从未来生活的各种场景看,如电商购物、室内装修、室内装潢、三维地图、高效物流、虚拟现实、角色游戏等,民用级别的三维扫描和建模的未来应用场景非常丰富,我想这才是双摄像头真正的需求空间和增长点。

•硬件性能的局限:不论采用几颗摄像头,最终你都需要合成出一张照片对吧,这里就涉及到了图像的合成问题。从技术上来看,双摄像头必须以每秒30帧的速度对图像进行合成,这就需要性能极其强大的ISP来对数据进行处理,如果是同视角同像素双摄像头的话,那就必须得有双ISP才行。而市面上具备双ISP的也只有骁龙810、骁龙808、联发科Helio X10等高端芯片,可选择的平台非常有限,或者只能借助第三方独立ISP,总体成本偏高。

试想一下:

在无数的科幻电影中,我们都曾看过薄如纸的平板电脑,还能投射出立体的影像,并且能进行定位性的即时通讯,将双方的实景情况进行场景的模拟在线。

听起来不可思议,很多行业从业者曾经将目光投射于实体的终端机上,不断的加强终端机的性能、功能等等因素。然这种现象的实际措施却犹如数学上的解题方法,看似几何问题的函数题目,而这个函数的题目却同时拥有多个未知函数的假设进行运算,这种解题中会遇到两种情况,盲点和路径。盲点:网络时代让终端机显得未必那么重要;路径:未必只有实现终端机性能的一种方式。

我们项目的设想:

云技术和网络技术很有效的解决了这一现实因素,至少终端机上所能搭载的一切pc端软件的可能被提升到最大,这使得终端机能做很多意想不到的事情,因为所有的软件处理、影像处理都在云端进行完成。服务器端将完成用户大量的数据处理和影像建模,并且把所有设备的性能利用率使用到极限,资源的整合是对人类可持续发展的重要理念,能量的消耗和利用率,新生代几乎都能理解能量的关系。人们无需携带一个庞大的处理机器进行实时的人机交互,这便是云端的最大优势,一个庞大的超级计算机解决所有性能问题。

而实际可被终端机所使用的,是传输和再现影像,因为用户所关注的是五官的感受,而并非犹如CPU那般需要处理大量的信息,这一点唐纳德诺曼的情感化设计很好的解释了人与机器的内在关系。由而摆脱了性能的束缚,终端机还需要做什么?犹如斯塔克手中的pad一般,展现全息投影和立体交互的神奇效果,Ted的讲座完美的展现了穿戴设备实现这一景象的可能。

终端机和云端的完美结合,从而实现了人们不一样的人机体验,进而为沉浸式体验设计提供了坚实的功能基础,这就是我们所要做的事情。(美好憧憬)

相对而言,一大一小的分体结构方案更容易形成规模化。但市场能否接受就要看成本投入和效果产出是否成正比,效果能否被消费者接受了。而一体结构的规模供应也是有能力的,我对国内各大摄像头模组厂做了详细的AA设备投资调查,认为是有能力形成一定规模的供应的。

▲iPhone7概念图

正文:

最后,说说双摄像头更为长远的需求。当前行业都把双摄像头的重心放在图像合成、图像特效、ZOOM模拟变焦三个点上,说白了还是为了拍照效果提升和差异化拍照功能。而真正颠覆性的是双摄像头实现三维扫描和建模,我分析过三维建模的若干种硬件方案,如Kinect、Leapmotion、Project Tango等产品,发现采用双摄像头实现三维扫描的硬件方案尺寸最小,成本最低,规模化最容易。

既然这么好,双摄像头为啥就没有成为主流呢?

前言

文章写了一年多了,一直不敢发,这是一篇幻想性比较大的文章。

本文可能会浪费您10分钟左右时间,也有可能给你一次菩提灌顶。

这个本文想说的结构,发上来之前已经修改了里面诸多跟项目相关的内容,如果有不通的地方,敬请谅解。

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图1:文章逻辑图

3.不同视角方案。采用广角和窄角镜头分别采集一幅近景和一幅远景图像,通过图像合成实现3X/5X模拟光学变焦功能,解决单摄像头取景缩放时产生的画面清晰度下降问题;

还有一个很重要的问题,采用双摄像头的iPhone,外观会是怎样的呢,大家不妨大胆想像一下……


效果体验最大瓶颈是图像后处理合成,所见非所得。以荣耀6PLUS双AF方案的实际效果看,虚拟光圈等个别功能可以实现预览下的实时合成,而HDR等大部分功能属于拍照后处理合成,并非实时效果,用户体验感不佳。从技术上分析,两颗摄像头必须以每秒30帧图像进行算法合成,或者最低按人眼可分别的临界每秒24帧合成,这样的高速的图像合成需要非常强悍和高效的ISP才能完成,同时也需要一套高效的算法配合才能达成。图像实时合成这个目标并非一朝一夕可达成,需要产业链的催熟过程。

2016年里,此前有些“不入流”的双摄像头技术可能迎来一轮大爆发。

我站在湖边,看到了岸,而我们的人却迷失在了湖心。——致所有已逝项目

双摄像头要求平台端必须有双ISP配合,目前看,双13M AF及以上的方案最少需要MT6795这样的高阶平台才能支撑,再低一层次的平台的运算速度就难以支撑双摄的算法合成。而13M AF+FF这样的方案则搭配MT6755即可实现,平台及周边器件要求相对低一点,整机成本更低廉。

▲以上图片援引自TheVerge

当然,高通8994和8952平台也支持双摄功能。但毕竟双摄像头对平台要求偏高,以至于平台可选择性少,也导致整机成本高。

在本届MWC2016上,Corephotonics公司就展示了三款双摄像头模组,最基础的Slim版本可以提供3倍光学变焦能力,同时整个模组的厚度也非常薄;另一款则是配备了两个1300万像素摄像头,但其中一个没有滤色片,只能提供黑白图像,用于提升亮度表现以及轮廓边缘细节;最后一款的功能比较强大,具备5倍的光学变焦能力,同时支持OIS光学防抖。

1.一体结构。一个线路板上同时封装两颗摄像头模组,然后增加支架固定和校准。如华为荣耀6PLUS。该结构对两颗摄像头的封装精密度要求较高,需要高精密封装设备如AA设备完成,对两颗摄像头的偏移度、光轴倾斜度控制极高,需要通过特殊的硬件材料如高平整度的线路板、坚固的底座、消磁的马达,也需要特殊的封装工艺来完成。这种方案硬件成本高、设备投入大、图像合成效果丰富。

虽然代价不菲,但这种方案能够实现的拍照效果是最为丰富的,例如图像合成、虚拟光圈、先拍照后对焦、HDR、超级夜拍、甚至是测距和三维扫描等,至于具体能实现到什么程度,就要看算法给不给力,以及调教的功力火候如何了。

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