未来智能手机摄像技术发展趋势：硬件

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本文展望一下未来智能手机在摄像头硬件上可能的发展趋势。个人观点，仅供参考。

1、双摄像头基线增大

最近两年双摄像头逐渐在许多高端旗舰机上出现，由于双摄技术在暗光拍照、重对焦、光学变焦、背景虚化等方面都展现了较好的效果，已经逐渐由“噱头”变成了标配。随着技术的成熟和成本的降低，预计未来会很快普及到普通智能手机。

目前手机双摄配置一般是平行放置，也有少部分是竖直放置。但是两个摄像头中心距离（基线）比较近，一般是10mm左右。一个原因是因为目前的双摄应用还是倾向于通过融合两个摄像头的图像来实现画质增强的效果，这种情况下两个摄像头离的近，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。另一个原因就是目前很多双摄模组都是共基板式结构，如下图所示，两个摄像头传感器共同放在同一个基板上，然后FPC连接线从此基板上引出来。

另外一种双摄模组结构是共支架结构。如下图所示，两个单摄像模块通过支架固定住，每个单摄像头模块有自己的基板和自己的连接线。

由于目前的双摄像头基线较小（1cm左右），所以视差也很小，只能计算较近的景深，因此与景深密切相关的三维应用还有很大的发展空间。所以，笔者认为与此有关的用户需求会催生出大基线的双摄像头配置，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，就能计算出较远物体的景深。

那么多少的双摄基线比较合适？

笔者认为未来双摄大基线很可能和人双眼的瞳距比较接近，毕竟这更符合人类观察世界的方式。人类双眼瞳距平均为6.3cm左右，因此如果双摄镜头中心基线为6.3cm的话，加上镜头的直径（1cm），保守估计双摄最左到最右至少需要7.3cm以上（不考虑弧形边缘影响）。

iPhone 7 的屏幕是4.7英寸，手机长宽尺寸是 138.3mm×67.1mm。

iPhone 7 plus 的屏幕是5.5英寸，手机长宽尺寸是158.2mmx77.9mm。

所以如果采用大基线的双摄配置，未来的大屏幕手机可能会采用如下图左的双摄配置，小屏幕手机可能会出现下图中的双摄配置。如果既想保持小基线双摄在图像融合增强画质方面的能力，又想利用大基线双摄增大视差来获得更远的景深的优势，可能会出现下图右的上下两个双摄配置。

大基线双摄虽然间距增大，但要想展现双摄的优势，两摄像头并不能独立工作，必须同步协调工作。这会给上下游产业链带来一系列难题，比如大基线双摄模组如何连接固定，如何同步信号，多摄像头如何标定，如何提高多摄的处理速度等。不过相信随着技术的发展，这些问题应该可以得到很好的解决。

2、深度相机即将爆发

深度相机并不是一个新鲜玩意儿。现在的双摄像头技术也可以利用双目立体视觉算法间接计算出被摄物体距离镜头的距离。但是如前所述，由于目前双摄的基线太短，对于较远距离外的物体算法并不能给出很准确的结果。而且由于算法需要进行两张图的特征点匹配，所以该方案对于纹理较少的场景（天空、白墙等）效果并不太理想。还有就是由于根据立体视差计算深度信息严重依赖算法，计算量比较大，处理速度就比较慢。那有木有性能比较鲁棒、响应速度又比较快的深度相机呢？

这个必须有，常见的有TOF（time of flight）技术和结构光技术。一般这样的相机物理尺寸都比较大，随着硬件厂商的技术迭代，目前已经出现适合智能手机的深度相机。

这里不得不提一下全球首款搭载了Google Tango技术的联想手机Phab 2 Pro。它装备了两个RGB相机（一个鱼眼运动追踪相机一个大尺寸感光相机）和一个TOF深度相机（PMD公司提供）。这是市面上目前唯一搭载TOF深度相机的手机。

具备了深度相机有什么用呢？

TOF深度相机具有实时响应速度、深度信息精度高、识别距离范围大、不易受环境光线干扰等优势。二维图像再叠加一维的距离信息，就可以像人眼一样实时的用三维的视角观察世界。这将极大促进对实时性和距离精度要求较高的三维应用。

TOF深度相机的原理请看：

3、更高倍数的光学变焦

在手机上实现光学变焦而又不使得镜头突出来是件很困难的事，目前手机上实现光学变焦一般都是通过一个广角镜头加一个长焦镜头的双摄组合技术方案。这种光学变焦方式实际上是一种双焦距，一般只能达到2倍的光学变焦。

但在2017年初的MWC全球移动通信大会上，OPPO的潜望式5倍光学变焦原型机赚足了眼球。如下图所示：

该方案在行业内实属首例，它的主摄像头是普通平置的广角镜头，副摄像头的设计非常大胆，将原来需要长通道的长焦镜头沿垂直屏幕的方向横置摆放，再通过特制的光学棱镜，让画面光线折射到长焦镜头里的图像传感器，这一设计将本来必须突出的镜头隐藏在手机内部，可以在保证手机轻薄的同时，实现较高的光学变焦倍数。

此外，长焦镜头还具有光学防抖功能保障成像质量。这是因为，外部光线首先需要经过一个折射棱镜才能进入长焦镜头最终成像，这一过程要保证光路具有较高的精度，如果没有光学防抖，光路的一点偏移就会被放大，对成像质量造成致命影响。其光学防抖示意图如下：

当然，OPPO的这种方案对供应链中的模组厂商、镜头厂商、音圈马达、算法提供商等都提出了巨大的挑战，想要保证良品率实现量产还有很多路要走。

智能手机的摄像功能越来越向单反相机看齐，单反有大光圈背景虚化，智能手机的双摄背景虚化也做的了（效果和单反差距仍很大）；单反可以轻松实现10倍光学变焦，潜望镜式双摄也能做到5倍。你单反个子大，可是我兄弟多（多个摄像头），三个臭皮匠还顶个诸葛亮呢！相信未来借助更多的新技术，在智能手机实现高倍光学变焦不是梦，不是梦~

4、阵列相机或将复出

早在2013年，Nokia和Pelican公司合作开发由16个镜头组成的4×4阵列式摄像头。每个摄像头都可以单独捕捉图像，然后通过算法合成渲染成一张照片。

阵列相机的优势是它不需要音圈马达；拍摄时不需要对焦，它抓取全景深的图像，通过处理器的后处理来实现任意对焦需求。相比传统相机，阵列相机能够拍摄出更大的景深空间，甚至能够呈现出3D效果。

但Nokia的这款阵列相机没有发展起来，主要有两个原因：第一是当时手机芯片的运算能力还达不到要求，处理速度太慢；第二是当时单个摄像头的分辨率不高，没办法显著提升画质。

但技术的发展是突飞猛进的，随着双摄技术的成熟发展，产业链上下游已经积累了很多多摄的经验，阵列相机存在的瓶颈将得到解决。想象一下未来一个阵列相机中若集合了高分辨率RGB相机、黑白相机、广角/鱼眼镜头相机、长焦镜头相机、TOF深度相机该会是多么的强大！随着更多摄像头的加入，将会给手机带来更多更新的应用和商业模式。

也许，不久的将来，你的手机将会搭载如同蜜蜂一样的仿生复眼相机阵列，既有广阔的视野又能够像高倍望远镜一样望远，同时又能感知和理解三维世界，这必将重新定义手机的价值。

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