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    雙攝像頭系列-原理深度剖析

    2018-09-02 23:48:31 瀏覽次數(shù):
      雙攝像頭系列的文章,得到了不少讀者的歡迎。有讀者希望能了解一下雙攝像頭的原理。小編不才,看過不少雙攝像頭原理的文章,基本上都伴隨著濃濃的困意,最終做到了從入門到放棄。在這邊,小編只好用簡單粗暴的方式,跟大家聊聊雙攝像頭的原理,歡迎大家在留言處一起討論。

      如之前文章介紹,雙攝像頭的應(yīng)用主要分為:距離相關(guān)的應(yīng)用,光學(xué)變焦,暗光補(bǔ)償以及3D拍攝和建模。每種應(yīng)用的原理都有些不同,我們就分別介紹一下相關(guān)的原理:

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      距離相關(guān)應(yīng)用

      人眼是很容易對一個(gè)物體的距離進(jìn)行定位,但當(dāng)人閉上其中一個(gè)眼睛后,定位能力就會下降很多。

      雙攝像頭就是模擬人眼的應(yīng)用。

      簡單的說,測距離的話,就是通過算法算出,被拍攝物體與左/右攝像頭的角度θ1和θ2,再加上固定的y值(即兩個(gè)攝像頭的中心距),就非常容易算出z值(即物體到Camera的距離)

      不過這也很容易推算,若兩個(gè)攝像頭中心距過小的話,可計(jì)算的物體距離就會很近。若想算出很遠(yuǎn)距離,就必須讓左右攝像頭的距離拉遠(yuǎn)。

      光學(xué)變焦

      光學(xué)變焦主要是左右攝像頭使用不同的FOV(可視角),這樣兩個(gè)攝像頭取景不同。當(dāng)用戶需要廣角照片,則用視角為85度的左攝像頭取景,獲得廣角效果。當(dāng)用戶需要長焦照片,則用視角為45度的右攝像頭取景,獲得長焦效果。

      為了使左右攝像頭拍攝的物體重疊度高,光學(xué)變焦的雙攝像頭模組不能像做距離應(yīng)用的攝像頭的模組那樣距離過大,而是需要將左右攝像頭擺得越近越好。

      暗光增強(qiáng)

      其實(shí)第二篇的時(shí)候,小編已經(jīng)簡單介紹過暗光增強(qiáng)的原理。一般來講,做暗光增強(qiáng)就是將兩個(gè)攝像頭一個(gè)用RGBG的標(biāo)準(zhǔn)攝像頭,一個(gè)用去掉RGBG濾波片的黑白攝像頭。RGBG用來獲得物體的色彩,而黑白攝像頭用來獲得更好的進(jìn)光量,來判斷被拍物體的光強(qiáng)強(qiáng)度。然后將兩個(gè)圖片融合即可獲得更好的暗光增強(qiáng)。

      只是一般來說,有兩種融合方法:1.以黑白圖片為主體,將彩色圖片上獲取的每個(gè)像素的顏色貼至黑白圖片上,將兩種圖片融合。2.以彩色圖片為主體,將黑白圖片上獲取的每個(gè)圖像的光亮強(qiáng)度補(bǔ)償?shù)讲噬掌希瑢煞N圖片融合。至于哪種方式更合適做融合,可能仁者見仁智者見智,就不在這展開討論了。同樣,做暗光增強(qiáng),為了讓左右攝像頭拍攝的物體重疊圖高,此類雙攝像頭模組也是要求越近越好。

      需要說明的事,華為P9其實(shí)選用的就是這個(gè)方式的模組。

      當(dāng)然有些業(yè)內(nèi)人士也表示這種算法目前做的效果并不明顯。暗光補(bǔ)償對用戶來的確很幫助,尤其拍夜景的時(shí)候。不過有些客戶認(rèn)為索尼和三星的DualPD技術(shù)就非常好,更愿意用DualPD攝像頭來做暗光補(bǔ)償。到底是雙攝像頭還是DualPD的暗光補(bǔ)償效果好,大家可以比較一下華為P9和三星的GalaxyS7edge,就會有答案了。

      3D拍攝和3D建模

      3D拍攝和3D建模的算法其實(shí)跟距離應(yīng)用有點(diǎn)類似,只是它的精度要求更高,甚至有時(shí)會需要用紅外測距進(jìn)行更準(zhǔn)確的距離判斷。在這里小編就不詳細(xì)展開介紹了。

      對ISP的要求

      提到雙攝像頭的算法,不得不提到ISP(ImageSignalProcessing圖像信號處理器),ISP主要作用是對前端圖像傳感器輸出的信號做后期處理,主要功能有線性糾正、噪聲去除、壞點(diǎn)去除、內(nèi)插、白平衡、自動(dòng)曝光控制等,依賴于ISP才能在不同的光學(xué)條件下都能較好的還原現(xiàn)場細(xì)節(jié),ISP技術(shù)在很大程度上決定了手機(jī)的成像質(zhì)量。功能機(jī)時(shí)代,ISP都是做在攝像頭上的,不同像素的攝像頭搭配不同性能的ISP。

      隨著手機(jī)攝像頭像素越來越高,對ISP性能的要求越來越高,若將ISP集成到攝像頭Sensor上,勢必造成攝像頭的模組過大,甚至影響拍照效果。所以智能機(jī)時(shí)代,ISP一般都是在主芯片SoC上。部分品牌客戶為了實(shí)現(xiàn)更好的效果,甚至不惜成本的外加一顆ISP用來達(dá)到更好更專業(yè)的拍照效果。好的拍照算法就需要搭配好的ISP,ISP和算法相輔相成,缺一不可。而雙攝像頭對ISP性能要求更多。

      首先,為了使的左右攝像頭的信號能夠同時(shí)被處理,單一的ISP已經(jīng)無法滿足雙攝像頭的需求。這就需要雙路ISP實(shí)現(xiàn)此功能。

      以暗光增強(qiáng)為例,彩色/黑白圖像分別進(jìn)入各自的ISP通道和校準(zhǔn)通道,然后將兩副圖片做匹配(如將兩幅圖片相同的部分提取出來,去除只有一個(gè)攝像頭拍到的部分),然后通過遮擋,檢測,補(bǔ)償?shù)人惴ㄌ幚硐嚓P(guān)的圖片。

      最后將兩幅圖片融合起來,實(shí)現(xiàn)顏色的增強(qiáng)。當(dāng)然實(shí)際上ISP配合算法做的事情,遠(yuǎn)遠(yuǎn)比這圖片上寫的要多。小編實(shí)在不知道,就不在這誤導(dǎo)大家了。當(dāng)然,在這里面也有一個(gè)小小的插曲。畢竟是兩個(gè)ISP,兩個(gè)ISP多少有一些處理速度,處理能力不同的問題。

      為了保證兩個(gè)ISP能在同一時(shí)間上取樣,就需要雙攝像頭拍出來的圖片是同一時(shí)間拍出來的。其中一個(gè)解決辦法就是讓Sensor有一個(gè)同步信號引腳。將兩個(gè)攝像頭的同步信號對接,在每次讀取圖片時(shí),將圖片都打上一個(gè)時(shí)間戳,ISP通過時(shí)間戳,保證左右攝像頭拍出來的照片在同一時(shí)間拍攝,最終再進(jìn)行融合。

      攝像頭的接口

      一般來講,目前的智能手機(jī)的攝像頭接口都是MIPI接口。之前手機(jī)平臺都只有2路MIPI接口,分別給前攝像頭和后攝像頭。做雙攝像頭,就要求平臺至少支持三路MIPI接口。其實(shí)在之前的高端平臺上,為了實(shí)現(xiàn)更高像素,已經(jīng)用雙路ISP了(比如為了支持16M的攝像頭,會用2路8M能力的ISP),這類平臺很有可能只有兩路MIPI。但這個(gè)無法阻止工程師去做前單攝像頭+后雙攝像頭。

      沒錯(cuò),加一個(gè)小小的Swtich,就可以輕松實(shí)現(xiàn)雙攝像頭。

      后記:雙攝像頭,小編寫了三篇,終于寫完了。各位讀者如有什么問題,可以在留言處留下您寶貴的意見和意見,或者你想知道的問題。若有機(jī)會,小編也愿意跟你繼續(xù)討論攝像頭的奇妙世界。

      作者:ICShare網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
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