手機上越來越多的攝像頭 真的每個都有用

2020年06月23日08:04  來源:科技日報
 
原標題:手機上越來越多的攝像頭 真的每個都有用

  當下各大手機廠商都開始採用多攝像頭的設計,而且隨著手機的更新換代,攝像頭數量也越來越多。

  為什麼拍攝一張照片需要這麼多攝像頭?看似相同的攝像頭之間,又有哪些區別?

  要想拍照好還要手機薄 增加攝像頭數量是個辦法

  想要回答上面的問題,需要先了解手機是如何拍攝照片的。

  首先,光線穿過手機的鏡頭進入內部的光學系統。光學系統其實是一系列的透鏡,這些透鏡能把從物體發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轉化成電信號,並將這些電信號編碼成手機芯片可以看懂的一串數字信號,芯片接收到這些數字信號后,會將它們存儲,經過一系列處理把它們變成一串指令,告訴顯示屏上的每個像素點該發出怎樣的光。

  屏幕上每個像素點發出的光匯聚在一起,就形成了一張完整的照片,呈現在我們眼前。

  這個過程潛藏著一個很大的問題,那就是要想拍出一張完美的照片就要保証進入光學系統的光足夠多、光學系統足夠復雜,這就需要一套盡可能大的光學系統和盡可能大的感光芯片,這與手機越做越輕、越做越薄的理念是背道而馳的。

  而且,當我們拍攝較遠的物體時往往需要變焦的功能,過於薄的光學系統無法實現光學變焦,隻能通過放大像素的方法將圖像放大,這就會導致圖像清晰度的下降。

  那麼怎樣才能在不增加攝像頭厚度的情況下繼續提升手機的拍攝能力,讓畫面更清晰更明亮呢?增加攝像頭數量就是一種不錯的方法。

  突出主體、實現變焦、更清晰 多攝像頭各司其職

  手機背后的攝像頭們本領各有不同。

  首先,手機需要有一個主攝像頭,用來採集要拍攝的畫面。主攝像頭拍攝畫面的清晰度是足夠的,但拍出的畫面可能無法足夠突出主體,色彩不夠鮮艷,拍攝夜景時物體的輪廓也不夠清晰。此外,在拍攝更遠的物體時,單一的攝像頭也無法實現光學變焦。

  於是人們在主攝像頭的基礎上又添加了多個輔助攝像頭,這樣就可以在拍照時同時採集到更多的信息。

  這些攝像頭的位置,參數都不同,拍攝出的畫面有很大的差異,通過比較不同攝像頭各自拍攝出來的照片,手機就可以利用算法識別出畫面中哪個物體離我們近,哪個物體離我們遠,然后利用設定的程序,將離我們近的物體盡可能清晰地顯示,這樣就達到了與人眼視物類似的效果。

  什麼決定著手機拍照的清晰度呢?

  拍照的本質是記錄光線中攜帶的信息,並再次用畫面表現出來。因此,拍攝的畫面要想清晰,不光要有足夠多的像素點,還要保証每個像素點都獲得足夠多的光線,也就是進光量要足夠,這就需要黑白攝像頭來進行輔助。

  對於彩色攝像頭,需要在感光元件上同時採集紅、綠、藍3種光。這就意味著,對於一個5000萬像素的攝像頭來說,需要在本來就不大的感光芯片上分割出5000萬個紅色像素、5000萬個綠色像素、5000萬個藍色像素,一共15000萬個區域,每個區域分到的面積十分少,這使得每個像素接收到的光也會很少。

  而黑白攝像頭隻需要區分光的明暗就好,對於5000萬像素的黑白攝像頭,隻需要在感光芯片上分割5000萬個區域即可,平均每個像素可以接收光照的面積是彩色攝像頭的3倍,能夠更清晰地將畫面呈現出來。

  於是,當手機擁有黑白和彩色兩種攝像頭時,就可以同時拍到一張色彩鮮艷但有些許噪點的圖像和一張更加清晰、噪點更少的黑白照片。芯片會通過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光量不足的問題,無法實現光學變焦也是手機攝像頭的一大缺陷。

  要想實現光學變焦,就需要使鏡頭伸縮,來改變光學系統的焦距。然而手機的光學系統被固定在一個很小的空間內,無法實現伸縮,自然無法光學變焦。

  既然一個固定焦距的攝像頭不行,那麼多個具有不同焦距的攝像頭是不是就能實現變焦了呢?

  目前可實現變焦的手機一般是搭載兩個或多個不同焦距的攝像頭,拍攝時,不同焦距的攝像頭同時進行拍攝,獲得遠近不同的圖像信息,手機芯片將這些信息整合,最終合成出你想要放大的對應倍數的圖像,並保証放大前后畫面同樣清晰,達到和光學變焦相同的效果。

  簡言之,多攝像頭就好比多個觀察員,它們各司其職,把物體的輪廓、顏色、遠近等信息記錄下來。而手機芯片則像一個畫師,它利用攝像頭收集來的信息再次把畫面塑造在我們眼前。

  (據微信公眾號“數字北京科學中心”)

(責編:趙超、呂騫)