萬物冷知識
當(dāng)下各大手機廠商都開始采用多攝像頭的設(shè)計，而且隨著手機的更新?lián)Q代，攝像頭數(shù)量也越來越多。
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薄 增加攝像頭數(shù)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(jìn)入內(nèi)部的光學(xué)系統(tǒng)。光學(xué)系統(tǒng)其實是一系列的透鏡，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轉(zhuǎn)化成電信號，并將這些電信號編碼成手機芯片可以看懂的一串?dāng)?shù)字信號，芯片接收到這些數(shù)字信號后，會將它們存儲，經(jīng)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(fā)出怎樣的光。
屏幕上每個像素點發(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)的物體時往往需要變焦的功能，過于薄的光學(xué)系統(tǒng)無法實現(xiàn)光學(xué)變焦，只能通過放大像素的方法將圖像放大，這就會導(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)提升手機的拍攝能力，讓畫面更清晰更明亮呢？增加攝像頭數(shù)量就是一種不錯的方法。
突出主體、實現(xiàn)變焦、更清晰 多攝像頭各司其職
手機背后的攝像頭們本領(lǐng)各有不同。
首先，手機需要有一個主攝像頭，用來采集要拍攝的畫面。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(yuǎn)的物體時，單一的攝像頭也無法實現(xiàn)光學(xué)變焦。
于是人們在主攝像頭的基礎(chǔ)上又添加了多個輔助攝像頭，這樣就可以在拍照時同時采集到更多的信息。
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(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)到了與人眼視物類似的效果。
什么決定著手機拍照的清晰度呢？
拍照的本質(zhì)是記錄光線中攜帶的信息，并再次用畫面表現(xiàn)出來。因此，拍攝的畫面要想清晰，不光要有足夠多的像素點，還要保證每個像素點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進(jìn)行輔助。
對于彩色攝像頭，需要在感光元件上同時采集紅、綠、藍(lán)3種光。這就意味著，對于一個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(lán)色像素，一共15000萬個區(qū)域，每個區(qū)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。
而黑白攝像頭只需要區(qū)分光的明暗就好，對于5000萬像素的黑白攝像頭，只需要在感光芯片上分割5000萬個區(qū)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(xiàn)出來。
于是，當(dāng)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(jìn)光量不足的問題，無法實現(xiàn)光學(xué)變焦也是手機攝像頭的一大缺陷。
要想實現(xiàn)光學(xué)變焦，就需要使鏡頭伸縮，來改變光學(xué)系統(tǒng)的焦距。然而手機的光學(xué)系統(tǒng)被固定在一個很小的空間內(nèi)，無法實現(xiàn)伸縮，自然無法光學(xué)變焦。
既然一個固定焦距的攝像頭不行，那么多個具有不同焦距的攝像頭是不是就能實現(xiàn)變焦了呢？
目前可實現(xiàn)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(jìn)行拍攝，獲得遠(yuǎn)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(yīng)倍數(shù)的圖像，并保證放大前后畫面同樣清晰，達(dá)到和光學(xué)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(yuǎn)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(jù)微信公眾號“數(shù)字北京科學(xué)中心”）
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