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从360奇酷手机黑白彩色双镜头看未来手机摄像头的发展趋势

2015-08-31 11:55:21 慧眼网

        编者的话:该文作者拥有相关技术的发明专利,如对此项技术需深入了解或有兴趣进行产业合作的,可以联系《慧眼网》,我们将组织对接交流。

        近日360奇酷手机发布了,各种黑科技让人觉得国产手机的春天真的来了。其中的双摄像头方案最为抢眼,周鸿祎发布会上称“这个设计是苹果要追赶我们的”,震惊了整个手机圈。

什么样的双摄像头方案让周教主如此自信呢?

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        说起这个设计不得不说一下为了记录色彩而带来的缺憾,摄像圈的朋友肯定记得前几年摄像机3CCD和单CCD之争。3CCD记录图像更清晰但是成本更高,单CCD凭借低廉的成本迅速占领了低端市场。单CCD是如何记录色彩呢?这其实是靠色彩滤镜阵列来实现的,每个像素记录一种色彩,再由算法合成彩色图像。

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        从上图可以看出这种方式会导致光线被大量浪费,只有一定光谱的光可以进入位于色彩滤镜下的传感器,导致感光性下降。另外解析度也下降了,比如记录单一红色的图案,解析度下降为原来的四分之一。

        而360奇酷的双摄像头则比较理想的解决了这个问题,一个1300万的mono黑白摄像头记录高解析度的物体轮廓和细节,由于没有色彩滤镜,感光性大幅提升,解析度也得到一定的提高。同时,由另一个1300万的RGBW彩色摄像头记录色彩,后期用算法进行合成,弥补mono摄像头没有色彩的问题。

        无独有偶,近期曝光的另一个摄像头技术和黑白双摄像头方案有异曲同工之妙。不同的是这个方案采用单镜头,通过色彩滤镜的调整产生高解析度的黑白影像和低分辨率的彩色影像,降低了成本同时避免了双摄像头不同轴可能带来的一些问题。

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        问题是如此低的色彩采样能不能满足现在人们对高画质的追求呢。其实人眼虽然看似对色彩很敏感,但人实际上看到的色彩信息量并没有想像的那么大,这是由于人眼视网膜中用于记录色彩的细胞远少于记录明暗细胞的原因。你能知道树是绿的房子是红的,但是细节上如叶子的形状,房子的结构这些信息用黑白传感器就可以记录。

        如果你熟悉photoshop那么做个实验你就明白眼睛接受到色彩的信息量有多小。首先我们看看国外知名摄影网站DPREVIEW的这张奥林巴斯em5II的测试图;由于em5II采用了像素位移技术,实际上每个像素均包含了三种颜色信息,实际效果要好于采用拜尔阵列直接拍照的效果。这张照片实际分辨率是3千9百万像素。

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测试步骤:

        1、通过photoshop压缩这张照片到110万像素(相当于分辨率长宽都除以六)。丢失掉细节信息后再放大到3900万像素得到图片1。

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        2、通过photoshop调整原始照片到灰度模式,丢失掉所有色彩。得到图片2,这就相当于得到采用新式滤镜得到的高分辨率黑白影像和低分辨率的彩色影像。

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        3、把图像1的图像模式转为LAB模式。

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        4、把黑白灰度的图像2复制到图像1的明度层,替代低分辨率的明度信息

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        这时得到模拟的低色彩取样的图片。

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        再看看对比图

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        如果不是对画质特别敏感的朋友看到这个对比图可能分不出来哪个是原图,哪个是处理过的图片。但是仔细观察颜色过度的地方,还是会发现在色彩过渡的边缘,下面低色彩采样的照片画质还是要略差些,但是这是和使用像素抖动技术的奥林巴斯em5II做对比的结果,这种新技术从解析度上要远超仅采用传统色彩滤镜技术的相机。并且这仅仅是在LAB格式下单纯的叠加亮度和色彩的结果。

        当然这种简单粗暴的叠加还是会带来一定的问题

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        在色彩空间频率非常高的测试部分会出现摩尔纹,而拜耳滤镜中时常出现的黑白摩尔纹反而没有出现,因为黑白信息已经完全被无色彩滤镜部分更好的记录。

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        其实这个问题在拜耳阵列的图像中一样存在,上图左侧D800E的色彩部分就出现了摩尔纹。那么这种摩尔纹和边界色彩溢出有没有办法解决呢?

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        因为黑白图像具有较高的解析度,通过对黑白图像的处理可以得到高分辨率的物体边缘信息,根据边缘进行限制性上色,那么色彩就不会溢出物体本身,上面的彩色摩尔纹也就得到了抑制。这就有点像现在流行的秘密花园填色绘本。

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        高分辨率的黑白图像就是未填色的图像,而低分辨率的彩色信息则告诉你需要往哪里填色,然后由计算机处理完成高分辨率彩色图像。而一些边界不明显的区域则完全不需要特别处理,人眼无法识别其中的区别。

        人眼视网膜拥有1.2亿个感受亮度的细胞和几百万感受色彩的细胞,就如改进过的色彩滤镜一样。人眼在看一副照片时色彩信息量已经远远超越人眼的识别能力,所以适当降低色彩采样像素的数量,提高人眼更需要的黑白像素数量,在像素越来越高的今天不失为一种明智的选择。

        现在手机摄像头分辨率越做越高,但是熟悉摄影的朋友已经开始发现,像素数量已经不再是影响画质最主要的因素,随着像素的增高,单个像素的面积越来越小,反而使像素间的干扰变大,感光能力变差。而高像素对处理速度,照片文件储存,镜头成本都带来了更高的要求,而摄像头模组采用新型色彩滤镜后,图像解析度提升的同时,感光性能也大幅提升,一颗摄像头就可以达到360奇酷手机上双摄像头的效果。而采用新技术的1300万像素的摄像头解析度就可以接近现在顶级2000万像素摄像头的解析度,这或许才是未来手机摄像头的发展趋势。

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