知识课堂|为什么手机的摄像头越来越多?

当下各大手机厂商都开始采用多摄像头的设计,有些手机的摄像头甚至已经有五六个。为什么拍摄一张照片需要这么多摄像头?看似相同的摄像头之间,又有哪些区别呢?

其实一部手机就相当于一部缩小版的数码相机,因为同样由光学镜片、感光元件、处理器以及相应的软件组成。

手机是如何完成拍照的呢?首先,光线穿过手机的镜头会进入到手机内部的光学系统,光学系统其实就是一系列的透镜,这些透镜能把从物体发出的光线汇聚到感光元件上。感光元件紧接着会把接收到的光信号转化成电信号,并将这些电信号编码成手机芯片可以看懂的一串数字信号。当芯片接收到这些数字信号后,会将它们存储起来,经过一系列的处理后,把它们变成一串指令,然后告诉显示屏上的每个像素点应该发出怎样的光。最后,屏幕上每个像素点发出的光汇聚到一起,就形成了一张完整的照片。

随着技术的发展,人们对智能手机摄影功能的需求越来越高,包括高清的细节、光学变焦、定制化的散景效果等。但手机内部的空间有限,不能像专业相机一样,安装一个巨大的变焦镜头,于是采用多摄像头的技术来解决这些问题。

首先,每部手机有一个主摄像头,主要功能是采集拍摄画面。其实主摄像头拍摄画面的清晰度完全是足够的,但拍出的画面可能无法足够突出主体,也可能色彩不够鲜艳,夜景模式下拍摄的物体轮廓也容易不清晰,尤其在拍摄远景时,无法满足拍摄需要。

于是开始出现了双摄像头手机,一个是彩色摄像头,负责拍摄彩照,一个是黑白摄像头,负责拍摄黑白照。彩色摄像头主要采集红、绿、蓝三种光。黑白摄像头和彩色摄像头是如何分工合作的呢?

举个例子,一个5000万像素的彩色摄像头,需要在感光芯片上分割出5000万个红色像素、5000万个绿色像素、5000万个蓝色像素,一共15000万个区域,这样每个区域分到的面积就十分少,导致每个像素接收到的光也很少。而5000万像素的黑白摄像头,只需要在感光芯片上分割出5000万个区域,平均每个像素可以接收光照的面积是彩色摄像头的3倍,因此能够更加清晰地将画面呈现。两个摄像头会同时拍到一张色彩鲜艳但有些许噪点的照片和一张更加清晰、噪点更少的黑白照片。感光芯片会通过算法合成出一张既清晰,色彩又绚丽的照片。

此外,人们进一步希望手机能具有背景虚化、光学变焦、广角等功能。于是在双摄像头之后,又继续增加了多个辅助摄像头。手机可以自动比较不同摄像头拍摄的照片,利用算法识别出画面中哪个物体离我们近,哪个物体离我们远,然后利用设定的程序,将离我们较近的物体尽可能清晰地显示,从而达到良好的拍摄效果。

总之,手机上的每个摄像头,它们合理分工,各司其职,将不同物体的轮廓、颜色、远近等信息一一记录下来,再通过手机芯片,合成图像,展现在我们的眼前,充分满足我们的摄像需求。

来源 | 科普中国-科学原理一点通

编辑 | 李理

审核 | 农春雨

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