手机

发展速度越来越快

除了不断提高的硬件配置

还有一个现象让很多人不能理解

那就是摄像头越来越多

以前的手机，背后只有一个摄像头，而现在的手机，“二饼” “三筒”甚至“浴霸”层出不穷。手机摄像头大部分情况是用来拍照的，那么拍摄一张照片，有必要设计这么多镜头吗？

今天我们来研究一下：

手机是如何完成拍照的？

那么多手机摄像头都有什么用？

关于手机摄像头还有哪些小知识？

手机拍照

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

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。

上面这些看似复杂的过程其实可以简单地看成三个过程：光学系统接收并处理光线→感光元件把光信号转化成电信号→手机芯片记录这些信号并将其呈现在屏幕上。

这个过程看似完美，但是却潜藏着一个很大的问题，那就是要想拍出一张完美的照片就要保证进入光学系统的光足够多、光学系统足够复杂，这就需要一套尽可能大的光学系统和尽可能大的感光芯片，这与手机越做越轻、越做越薄的理念是背道而驰的。

而且，当我们拍摄较远的物体时往往需要变焦的功能，过于薄的光学系统无法实现光学变焦，只能通过放大像素的方法来将图像放大，这会导致图像清晰度的下降。

那么怎样才能在不增加摄像头厚度的情况下继续提升手机的拍摄能力，让画面更清晰更明亮呢？增加摄像头数量就是一种不错的方法。

手机摄像头

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。而彩色摄像头+黑白摄像头，就能实现更清晰的夜景拍照。

夜景条件下因为光线太暗，我们拍出来的照片经常是黑乎乎的一片，想让夜景条件下拍摄的照片更加清晰，就需要增加进光量，增加进光量的方式有三种：增大光圈、延长曝光时间、提高ISO感光度。

目前绝大多数手机上的光圈都是不可调节的。延长曝光时间虽然能增加进光量但会带来抖动的问题，即便目前大多数手机厂商都配备了光学防抖功能，但光学防抖的能力毕竟是有限度的。

数码相机本质上是光电转换，提高感光度，相当于在光信号变成电信号时乘一个倍数，电子噪音也可能会被当做正常信号记录下来，这样会增加照片上的噪点，使照片不清晰。

当物理性增加进光量的方法在手机上遇到了“瓶颈”，就需要请出算法的力量了。在这里要引出一个概念：拜尔滤色镜（Bayer Filter）。目前数码相机、扫描仪等设备的图像传感器大多使用它来制作彩色图像。

我们使用彩色摄像头拍照时，自然光会被拜尔滤色镜过滤，经过一系列复杂的排列和算法，最终生成彩色图像。在这个过程中，光线是有损耗的。而黑白摄像头没有配备拜尔滤色镜，会让所有的光线都通过，获得更高的进光量，拍摄出来的图像更加清晰，细节保留的更多。

当手机拥有黑白和彩色两种摄像头时，就可以同时拍到一张色彩鲜艳但有些许噪点的图像和一张更加清晰、噪点更少的黑白照片。手机芯片会将两张照片中的信息汇总，通过算法合成出一张既清晰，色彩又绚丽的照片，两全其美。

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出来，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。

摄像头小知识

小伙伴们有没有发现，不管手机做得多薄，总会有一个“凸”出来的摄像头。

为什么越来越薄的手机上还要搭载如此厚重的摄像头呢？其实这主要由于光学结构的限制。任何透镜都不是理想的，由于各种因素的限制，不同光线经过透镜后无法完美聚焦，使得画面出现变形、模糊、色差等问题。

无奈之下，人们在用于成像的透镜前后增加了一套光学修正系统，来弥补透镜的不足。但光学修正系统本身也是由各种各样的镜片构成，镜片越多，镜头模组越厚，也就难以避免地增加了摄像头的厚度。

除了成像和修正系统外，摄像头里还包括了各种滤光、保护、固定等作用的构件，这些都会增加摄像头的厚度。前文提到的光学防抖功能也会进一步加大、加厚镜头模组，摄像头自然会更“凸出”。

来源: 数字北京科学中心