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双摄像头生态链及原理深度剖析

发布时间:2016/7/15 16:30:48 | 发布者:赋兴光电

 
1、双Camera算法供应商:

由于算法是需要跟ISP配合的,所以算法和ISP是相辅相成的,想把算法做好,也得有好的ISP。

做为主平台供应商,高通/联发科都有自己的ISP,所以也自己开发了双Camera算法。至于其算法好坏,还有待市场的检验。

而作为Sensor供应商,Sony, Samsung, OV也在积极开发双摄算法,暂时也没有看到量产的产品。不过在功能机时代,是没有ISP的。这些Camera sensor的供应商做2M/5M的时候,都得搭配自家的ISP,所以这些供应商都是有自己开发ISP的经验。所以开发双Camera算法,相对来说也是有相关的经验的。

Apple去年收购了Linx,也拥有了多摄像头的专利和算法,是否会用在自家的双Camera机型,那就看今年的iPhone7。理论来上说,Linx有足够多的算法,所以Apple不至于跟某大厂去买双Camera的IP授权。

除了这些平台,sensor供应商和智能机的品牌商会自己开发双camera算法外,其他供应商我们一一列举一下:         

1996年成立于台湾的华晶,主要开发独立的ISP芯片。部分高端手机,相机,和车载都有用其ISP的案例。双Camera手机也有用其ISP的。距离应用,光学变焦和暗光补偿都有所建树。

一家以色列的公司。其算法的优势主要在光学变焦和暗光补偿上。景深方面,也有一定的研究。从媒体宣传来看,hTC有机型采用了其算法。


虹软成立于1994年,总部在美国,在上海,杭州和南京都有技术中心。虹软的强项是光学变焦和暗光补偿。上一篇里的第二个光学变焦图和暗光补充的图就来自虹软。        

上海兴芯微是一家成立于2011年的公司,主要从事图像处理器的研发,目前产品主要应用在车载市场。做为为数不多的研发独立ISP的公司,目前也在开发双Camera的算法和ISP。在双Camera市场起来后,X-Chip将会是一匹非常有潜力的黑马。

双Camera也是刚刚出来, 所以算法方面,各家都有各自的优点和缺点。不过从目前已经推出的双Camera手机效果来看,各家的算法还有待提高。等各种算法能力上去后,势必会让双camera成为手机的标配。

2、 双Camera sensor 供应商

由于双Camera在拍照的时候,需要两个Camera同步时间戳,这就需要Camera Sensor就得有同步信号。目前有此同步信号的sensor供应商有Sony,Samsung,OV,格科微。所以双Camera的Sensor主要用这几家的产品。

3、双Camera 模组供应商

目前能做双Camera的模组厂很多,有光宝,舜宇,信利,Namuga,O-Film,三星机电,丘钛。不过有量产经验的主要是光宝,舜宇和信利。华为的机型主要是用光宝和舜宇的模组。而O-Film和三星机电凭借其强大的工厂能力,现在也大举进军双Camera模组领域。Namuga则是跟各算法公司保持良好的沟通关系,并为三星手机的供应商,也逐渐在双Camera模组领域发力。   

不过不同功能对模组要求不一样。我们继续拿上一篇说的四个功能为例:

距离方面的应用

 一般的做法,就是大小Camera,常见的Camera规格如13M+2M,13M+5M。
     或者就是把两个Camera放的远一些, 通过这两种方式,才能更好的计算被拍摄物体到镜头的距离。
光学变焦

光学变焦的双Camera模组,最主要是两个Camera需要有不同的FOV(镜头所能覆盖的视角范围),不同的FOV(镜头所能覆盖的视角范围),拍出来的聚焦点不同,再通过算法,就可以实现光学变焦功能。   

暗光增强

一般的暗光增强,都是通过一个RGB全彩色的Camera + 一颗 MONO黑白的Camera进行拍摄,算法方面,主要是通过右面的黑白Camera 读取进光量的多少,从而补偿左边RGB Camera的色彩。
3D拍摄和建模

这种方式跟距离相关的模组有点类似。只是3D对距离的精准度要求更高。这种情况下,更需要将两个Camera的距离摆得远一点,甚至有些会采用外加红外辅助定位来实现距离测量,最终实现3D拍摄和建模的作用。     
4、双Camera 模组制作的难点:

双Camera的做法,一般有两种:共基板,或者共支架。

若共基板,则是将两个Camera Sensor 共同放在同一个基板上,然后一个FPC(一种具有可弯折的柔性电路板)从此基板上引出来即可。

若共支架,如上图,通过支架将Sensor固定住,每个sensor有自己的基板和自己的FPC(一种具有可弯折的柔性电路板)
共基板的优点:两个sensor 可以坐在同一个平板上,而且抗跌落
共基板的缺点:良率低,造成价格昂贵
共支架的优点:良率高,价格共支架的缺点:因为是两颗独立Sensor模组,需要通过AA校准使其在同一个平面上,难度大,抗摔落也差。

总之两种方法各有优缺点,目前只有华为采用的是共基板的方式。

但无论哪种方式,目前良率都是较差的,所以成本还是很高的。

5、双camera未来:

若算法提高,模组良率提高,双Camera还是有很多优势值得大家去做的。

不过由于不同功能对模组摆放要求不同,双Camera目前来看,有可能完全无法满足大家对Camera的要求。

由于谷歌推出Project Tango的时候,很聪明的提出了一个三Camera的概念:

当需要测距和3D建模的时候,可以用两个距离远的Camera;若做光学变焦和暗光补偿,可以用两个距离近的镜头。甚至此Depth Sense 可以结合红外,更准确的测量距离。

无论如何,随着双Camera算法的演进,VR需求的增加,Camera发挥的作用越来越大。双Camera,甚至前双Camera+后三Camera的手机。

双摄像头系列的文章,得到了不少读者的欢迎。有读者希望能了解一下双摄像头的原理。小编不才,看过不少双摄像头原理的文章,基本上都伴随着浓浓的困意,最终做到了从入门到放弃。在这边,小编只好用简单粗暴的方式,跟大家聊聊双摄像头的原理,欢迎大家在留言处一起讨论。

如之前文章介绍,双摄像头的应用主要分为:距离相关的应用,光学变焦,暗光补偿以及3D拍摄和建模。每种应用的原理都有些不同,我们就分别介绍一下相关的原理:

距离相关应用

人眼是很容易对一个物体的距离进行定位,但当人闭上其中一个眼睛后,定位能力就会下降很多。

双摄像头就是模拟人眼的应用。

简单的说,测距离的话,就是通过算法算出,被拍摄物体与左/右摄像头的角度θ1和θ2,再加上固定的y值(即两个摄像头的中心距),就非常容易算出z值(即物体到Camera的距离) 

不过这也很容易推算,若两个摄像头中心距过小的话,可计算的物体距离就会很近。若想算出很远距离,就必须让左右摄像头的距离拉远。

光学变焦

光学变焦主要是左右摄像头使用不同的FOV(可视角),这样两个摄像头取景不同。当用户需要广角照片,则用视角为85度的左摄像头取景,获得广角效果。当用户需要长焦照片,则用视角为45度的右摄像头取景,获得长焦效果。

为了使左右摄像头拍摄的物体重叠度高,光学变焦的双摄像头模组不能像做距离应用的摄像头的模组那样距离过大,而是需要将左右摄像头摆得越近越好。

暗光增强

其实第二篇的时候,小编已经简单介绍过暗光增强的原理。一般来讲,做暗光增强就是将两个摄像头一个用RGBG的标准摄像头,一个用去掉RGBG 滤波片的黑白摄像头。RGBG用来获得物体的色彩,而黑白摄像头用来获得更好的进光量,来判断被拍物体的光强强度。然后将两个图片融合即可获得更好的暗光增强。

只是一般来说,有两种融合方法:
1. 以黑白图片为主体,将彩色图片上获取的每个像素的颜色贴至黑白图片上,将两种图片融合。
2. 以彩色图片为主体,将黑白图片上获取的每个图像的光亮强度补偿到彩色照片上,将两种图片融合。

至于哪种方式更合适做融合,可能仁者见仁智者见智,就不在这展开讨论了。

同样,做暗光增强,为了让左右摄像头拍摄的物体重叠图高,此类双摄像头模组也是要求越近越好。

需要说明的事,华为P9 其实选用的就是这个方式的模组。

当然有些业内人士也表示这种算法目前做的效果并不明显。暗光补偿对用户来的确很帮助,尤其拍夜景的时候。不过有些客户认为索尼和三星的Dual PD技术就非常好,更愿意用Dual PD 摄像头来做暗光补偿。

到底是双摄像头还是Dual PD的暗光补偿效果好,大家可以比较一下华为P9和三星的Galaxy S7 edge,就会有答案了。      

3D拍摄和3D建模

3D拍摄和3D建模的算法其实跟距离应用有点类似,只是它的精度要求更高,甚至有时会需要用红外测距进行更准确的距离判断。在这里小编就不详细展开介绍了。

对ISP的要求

提到双摄像头的算法,不得不提到ISP(Image Signal Processing 图像信号处理器),ISP主要作用是对前端图像传感器输出的信号做后期处理,主要功能有线性纠正、噪声去除、坏点去除、内插、白平衡、自动曝光控制等,依赖于ISP才能在不同的光学条件下都能较好的还原现场细节,ISP技术在很大程度上决定了手机的成像质量。

功能机时代,ISP都是做在摄像头上的,不同像素的摄像头搭配不同性能的ISP。随着手机摄像头像素越来越高,对ISP性能的要求越来越高,若将ISP集成到摄像头Sensor上,势必造成摄像头的模组过大,甚至影响拍照效果。所以智能机时代,ISP一般都是在主芯片SoC上。部分品牌客户为了实现更好的效果,甚至不惜成本的外加一颗ISP用来达到更好更专业的拍照效果。

好的拍照算法就需要搭配好的ISP,ISP和算法相辅相成,缺一不可。而双摄像头对ISP性能要求更多。首先,为了使的左右摄像头的信号能够同时被处理,单一的ISP已经无法满足双摄像头的需求。这就需要双路ISP实现此功能。

以暗光增强为例,彩色/黑白图像分别进入各自的ISP通道和校准通道,然后将两副图片做匹配(如将两幅图片相同的部分提取出来,去除只有一个摄像头拍到的部分),然后通过遮挡,检测,补偿等算法 处理相关的图片。最后将两幅图片融合起来,实现颜色的增强。当然实际上ISP配合算法做的事情,远远比这图片上写的要多。小编实在不知道,就不在这误导大家了。

当然,在这里面也有一个小小的插曲。毕竟是两个ISP,两个ISP多少有一些处理速度,处理能力不同的问题。为了保证两个ISP能在同一时间上取样,就需要双摄像头拍出来的图片是同一时间拍出来的。其中一个解决办法就是让Sensor有一个同步信号引脚。将两个摄像头的同步信号对接,在每次读取图片时,将图片都打上一个时间戳,ISP通过时间戳,保证左右摄像头拍出来的照片在同一时间拍摄,最终再进行融合。

摄像头的接口

一般来讲,目前的智能手机的摄像头接口都是MIPI接口。之前手机平台都只有2路MIPI接口,分别给前摄像头和后摄像头。做双摄像头,就要求平台至少支持三路MIPI接口。其实在之前的高端平台上,为了实现更高像素,已经用双路ISP了(比如为了支持16M的摄像头,会用2路8M能力的ISP),这类平台很有可能只有两路MIPI。但这个无法阻止工程师去做前单摄像头+后双摄像头。    

没错,加一个小小的Swtich,就可以轻松实现双摄像头。
 

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