雙鏡頭設計，這個早在膠片時代就已經(jīng)被漸漸淘汰的設計在如今的數(shù)碼時代再次被大家想起，并應用到了新一代手機的影像輸出方案中。這種設計是不是能達到1+1>2的效果呢？這次，我們就來跟大家好好聊一聊雙攝像頭設計的發(fā)展史。

    雙鏡頭（甚至是多鏡頭）設計，可以說是影像拍攝系統(tǒng)發(fā)展史中很獨特的一個分支。這種獨特的雙鏡頭設計在相機領域經(jīng)歷了一番興衰后，如今借著智能手機的發(fā)展又獲得了新生。為何雙鏡頭如今又成為新寵了呢？咱們就從雙鏡頭的歷史開始聊一聊。

新一輪手機拍照性能大展，雙攝像頭設計成為一大趨勢

最著名 雙反相機 成像取景分別使用

    雙鏡頭這種設計，如今在相機領域幾乎已經(jīng)絕跡了。但說到雙鏡頭設計最著名的一種“形態(tài)”，要數(shù)我們非常熟悉的一種經(jīng)典相機機型——雙反。各位如果家里有老相機的朋友，相信都見過類似海鷗雙反這樣的產(chǎn)品。這種雙鏡頭相機，算得上是我們最為熟悉的一種雙鏡頭設計相機。

最早的雙反雛形，可以追溯到1880年

    但實際上，雙反和我們現(xiàn)在說的雙鏡頭結構有著很大的不同，雙反的兩顆鏡頭并非都用于成像（雙反的鏡頭一個用于成像，一個用于取景）。雙反的雙鏡頭設計實際上是為了解決早期相機最大的難題——取景。早年相機的一大瓶頸是取景，沒法取景和確認對焦也就談不上精準的拍攝。而雙鏡頭的設計最早就是為了解決這一問題，相機用戶終于可以利用與鏡頭光軸平行的光路進行取景拍攝，在早年單反設計非常不成熟的時期（兩種結構誕生時間接近，但早期的單反結構是非常不靠譜的，是后期慢慢完善后才成為一種成熟的機型），雙反結構設計可謂是取得了巨大的成功。

從結構圖中可以看到，雙反的雙鏡頭并非都用于成像，其中一個是用于取景的

祿來可以說是雙反中最具代表性的品牌，其2.8F上的80mm鏡頭有著極高的素質

    當然了，這種設計隨著單反系統(tǒng)的日益成熟而逐漸衰落，雙反結構在體積方面的劣勢使得其在小型化方面有著明顯的劣勢。在大量單反相機快熟成熟，以及135膠卷的快速普及后。雙反結構漸漸成為一種落后的設計，其性能優(yōu)勢主要變成了鏡頭優(yōu)勢（如，祿來2.8F那顆銘鏡蔡司Planar 1:2.8 /80mm，這顆可謂是中畫幅中的標頭之王了）和相對其他中幅機型的體積優(yōu)勢。作為一種設計結構而言，可以說雙反結構在膠片時代后期就已經(jīng)漸漸退出歷史舞臺了。

最傳統(tǒng) 立體相機 3D鏡頭是延伸

    而除了上面我們提到的雙反外，雙鏡頭設計在早期相機的發(fā)展中還有另一種存在方式，這就是我們接下來要說到的立體相機。立體相機，顧名思義，其拍攝的照片最終呈現(xiàn)效果是立體照片。而這種雙鏡頭設計，實際上是為了模擬雙眼視差，從而形成立體化的效果。

實際上，最早我們見到的雙鏡頭設計是這種立體相機，用以拍攝立體照片

可以看到相機的片倉，每次按下快門會同時拍攝兩張稍有視角差的照片

    那么這種立體相機長得什么樣呢？如筆者在這里給大家展示了一些立體相機的照片，可以看到，相機的鏡頭是位于機身正面，各置一側，兩鏡頭相互平行，中間相隔一段距離。拍攝是，相機在按下快門時會形成兩張針對同一場景有一定視差的兩張照片。至于觀看，這種相機拍攝后的照片需要使用專用的觀片器來觀看，而其拍攝的效果，我們通過下面的照片簡單地向大家展示一下。

相機拍攝的成片類似我們看到的上圖（圖片引自海外網(wǎng)站）

立體照片需要使用觀片器來觀看，這種立體照片在動態(tài)影像（電影）誕生前相當受歡迎

    這種立體相機拍攝的立體照片曾經(jīng)風靡一時，后來，隨著電視等動態(tài)影像的興起，這種立體照片也漸漸失去了往日的光輝。

松下曾推出過12.5mm f/12 3D鏡頭配合M4/3機身使用

    而隨著進入數(shù)碼時代，這種雙鏡頭的立體相機演變成了可換鏡頭相機上的立體鏡頭。以一種全新的姿態(tài)出現(xiàn)在我們眼前，這就是3D鏡頭。在數(shù)碼時代我們較為熟悉的3D鏡頭，一款是松下推出的3D M4/3鏡頭，另一款則是三星推出的3D鏡頭。

    三星的45mm f/1.8 3D鏡頭，能看出雖然是單一鏡頭，實際上鏡頭內部也是分光結構，已經(jīng)是獨立成像的兩部分了。

    從光學原理上講，實際上3D鏡頭的功能類似于早期的立體相機的雙鏡頭設計。我們從一些3D鏡頭的照片中可以看出，實際上3D鏡頭是在一個傳感器成像的像場范圍內，使用了兩枚鏡頭進行拍攝。而后進行后期合成，最終形成可以使用3D影像觀看設備觀看的3D照片。

數(shù)碼相機可以通過3D鏡頭合成立體照片來觀看（圖為：youtube紅綠立體視頻截圖）

     但實際上無論是膠片時代的立體相機還是后來數(shù)碼時代的3D鏡頭。這些設備最初以其新奇獲得了大家的關注。但隨著動態(tài)影像技術的發(fā)展、3D顯示設備本身的局限性問題等等使得這些產(chǎn)品都已經(jīng)漸漸退出了我們的視野。3D鏡頭如今已經(jīng)基本淡出普通民用領域，這種雙鏡頭設計可以說在相機領域已經(jīng)逐漸成為絕唱了。

獲新生 手機雙攝像頭 經(jīng)歷3代漸成熟

    就在雙鏡頭設計在民用相機領域漸漸消失之時，這種雙鏡頭設計如今又在手機領域以一個全新的姿態(tài)出現(xiàn)在我們的面前。而手機的雙鏡頭設計，最早也是從3D立體攝影開始的。有些朋友可能會想起“火腿腸”HTC的G17，但早于HTC，LG推出的LG Optimus 3D才是第一款采用雙攝像頭設計的智能手機產(chǎn)品。

最早一代雙鏡頭手機是LG的Optimus 3D和HTC的G17，目的是為了3D拍攝

    早年的手機雙攝像頭設計目的很簡單，是為了實現(xiàn)裸眼3D效果。從拍攝鏡頭角度來看，其實現(xiàn)方式類似于我們上邊提到的立體相機，同樣是利用雙鏡頭見的視角不同形成的時差來制造3D效果。但這種3D效果有著很多的限制，首先是觀看，由于裸眼3D手機的3D實現(xiàn)效果是基于Parallax Barrier（視差屏障技術，或者叫光屏障式），因此拍攝時必需是橫向拍攝（屏幕本身的限制），此外觀看也需要從固定角度來觀看。再加上其顯示亮度、顯示分辨率的限制。這種3D效果漸漸成為一個單純的噱頭而非技術優(yōu)勢而存在了。

第二代雙攝像頭手機產(chǎn)品如HTC ONE M8，是為了模擬淺景深

當年的這個淺景深模擬效果的確是不敢恭維，合成效果差強人意

    之后手機的雙鏡頭發(fā)展到了模擬淺景深效果上，這里我們就要提到當年的一款另類手機HTC ONE M8。這款采用雙攝像頭的手機其雙攝像頭是為了模擬淺景深效果。而在其官方公布的介紹中，稱手機的雙攝像頭是一個用于采集景深數(shù)據(jù)，另一個鏡頭用于成像。但從最終的成片效果來看……基本就是一個鏡頭拍攝純虛化照片，一張拍攝合焦照片后的合成……從最終成像效果來看，其離技術成熟還有相當?shù)木嚯x。

華為P9采用彩色+黑白雙攝像頭的方案來提升畫質

    經(jīng)過了一段時間的發(fā)展，手機的雙攝像頭設計開始回歸到畫質提升上。最新一代的雙攝像頭設計可以說是從華為的榮譽6Plus開始的。這一代智能手機的雙攝像頭開始以雙攝像頭獲取圖像信息后，合成單張的更高質量的單張照片。而之后的奇酷和華為P9則可以稱之為是這一代雙攝像頭產(chǎn)品的后續(xù)，比較獨特的地方在于，手機采用了彩色+黑白雙攝像頭的設計，用以提升手機的畫質（尤其是高感）表現(xiàn)。

LG G5的雙攝像頭則為了實現(xiàn)光學變焦而不損失照片分辨率

    之后不久，又出現(xiàn)了LG G5這樣的雙攝像頭設計，通過雙攝像頭實現(xiàn)光學變焦，從而達到變焦而不影響照片輸出分辨率的效果?？梢姡p攝像頭設計從手機上出現(xiàn)的這短短5年時間，也已經(jīng)可以說是有了相當大的進步和完善，雙攝像頭也從最開始的廣告價值漸漸成為真正意義上的成像價值。

黑白輔助 真實CMOS 提升畫質是目的

    那么如今這種手機的雙攝像頭設計是否能帶來真正意義上的畫質提升呢？這里咱們還是從最近華為P9開始聊起。華為的雙攝像頭設計很獨特，其采用了彩色+黑白雙攝像頭的設計。為何會加入黑白傳感器呢？原因很簡單，黑白傳感器的靈敏度更高，能更好的感知拍攝畫面的細節(jié)。

常規(guī)圖像傳感器本身是都是黑白的，彩色是依靠傳感器上增加的一層色彩濾鏡

真實色彩的傳感器，現(xiàn)階段只有適馬的FOVEON X3傳感器

    這里筆者也來普及下現(xiàn)階段CMOS圖像傳感器的一些基礎概念。首先，除非特殊設計（如適馬的FOVEON X3），其他相機/手機的CMOS傳感器都是黑白傳感器，之所以能夠拍攝出彩色照片，是因為傳感器前增加了馬賽克排列色彩濾鏡（也叫拜耳濾鏡），從而讓傳感器猜出拍攝的色彩，并最終還原在輸出的畫面上。當然，這一層色彩濾鏡，必然會降低傳感器本身的進光量，此外也會在一定程度上影響傳感器的細節(jié)記錄能力（畢竟傳感器前面多了一層濾光層）。因此，在相機領域也有為了追求更好的高感和細節(jié)表現(xiàn)力而去掉色彩濾鏡的機型，而那款相機就是鼎鼎大名的徠卡M Monochrom。

如果你技術夠好，可以擦除傳感器上的色彩濾鏡來獲得一個黑白傳感器

    徠卡的M Monochrom可以說是我們見到的最早采用黑白傳感器的相機類成像方案。其做法其實解釋起來很簡單，就是將徠卡M9的CCD傳感器上的色彩濾鏡去掉。很明顯，去掉色彩濾鏡后，傳感器的靈敏度、高感表現(xiàn)都有了很大程度的提升。這相當于讓傳感器直接接受光線訊息，顯然要比隔著一層濾鏡要來的好。

    消費級影像產(chǎn)品中第一款使用黑白傳感器的是徠卡M Monochrom，其高感和解析力相較于原先的M9-P都有很大提升，原因就在于去除了色彩濾鏡。

華為雙攝像頭的意圖在于利用黑白傳感器記錄更多圖像訊息，從而獲得更高質量的照片

    那么像華為P9這樣的手機其雙攝像頭的目的又何在呢？這也算是雙攝像頭的一個野心之所在。其目的在于既能獲得去掉色彩濾鏡后黑白傳感器的細節(jié)表現(xiàn)和更好的靈敏度（更好的暗光拍攝能力），同時還能獲得彩色的照片。也就是一個傳感器用于記錄色彩信息，一個傳感器用于記錄光影和細節(jié)信息。最終合成成一張擁有更多訊息的照片。從技術發(fā)展的角度來看，無論現(xiàn)階段的產(chǎn)品性能表現(xiàn)究竟如何，這的確是一種不錯的解決思路。

究緣由 體積受限 提升畫質新手段

    從相機發(fā)展的歷史來看，雙鏡頭已經(jīng)成為一種過時的設計。那么這種設計為何如今成為了手機拍照解決方案的新寵呢？說起來，其最大價值反而在于其在相機上的短板——體積控制上。真可謂是敗也雙鏡頭，成也雙鏡頭。

手機雙攝像頭的設計，可以說是一種體積限制下的畫質提升方案，也可以說是一種另類的超采樣

    不同于相機的發(fā)展，手機拍照系統(tǒng)的畫質提升面臨一個最大瓶頸——攝像頭體積。這里與其說是體積，其實更準確地說應該是傳感器+鏡頭的厚度總和。智能手機受限于便攜性和消費者的選購趨勢，其整體厚度有著相當苛刻的限制。這就造成了手機的成像發(fā)展必然會受其制約。

松下CM1雖然擁有傲人的1英寸傳感器，但是其可怕的機身厚度讓其很難成為市場的主流

    正是這種厚度上的限制，一方面限制了鏡頭的光學設計，另一方面實際上也限制了手機可以使用的圖像傳感器畫幅尺寸（傳感器畫幅越大，鏡頭體積越大。同理，鏡頭體積的限制也帶來了傳感器畫幅的限制）。在如今常規(guī)尺寸的手機上，使用1/2.3"的傳感器已經(jīng)可以說是一個極限了（松下的CM1是一個特例，但是其厚度也已經(jīng)遠遠超過普通智能手機了,拿iPhone來對比，其機身厚度是iPhone的2倍，鏡頭部分更是達到了3倍……），大圖像傳感器帶來的手機厚度增加已經(jīng)讓不少人望而卻步，因此很難讓手機采用更大的傳感器來提升畫質。

在鏡頭尺寸已經(jīng)限定的前提下，多攝像頭成為提升畫質的手段

    因此，手機的圖像解決方案想到了攝像頭1+1的方案。雙攝像頭同時記錄同一區(qū)域的場景信息，顯然要比一個攝像頭記錄的訊息要更多（例如黑白+彩色的雙攝像頭設計，分工更明確）。采用水平橫置雙攝像頭的設計，可以在不改變機身厚度的同時來增強拍攝畫質。

    這點手機就不同于相機設計，因為手機使用的傳感器尺寸小，手機有一整個機背空間可以用于放置更多的攝像頭而不會造成整體體積的增加。而相機則因為成像像場大的原因，不可能在同一機身上放置雙鏡頭?？梢姴煌脑O計條件，也造就了不同的設計模式。

甚至還有更極端的16攝像頭版本Light 16

    那么多攝像頭能帶來什么好處呢？筆者認為，在相同技術工藝和畫幅相同的前提下，更多攝像頭拍攝后合成的照片顯然質量要比單攝像頭畫質來的要更好。雙攝像頭記錄了更多訊息，其可以理解為一種另類的超采樣模式，多次的圖像采樣顯然要比一次采樣來的更好。

    多鏡頭設計對于相機領域而言已經(jīng)是過時的設計了，面對越來越大的傳感器畫幅，解決單一傳感器所需鏡頭的體積都是個大問題，更不用說多個鏡頭了。

    相機如今完全無需考慮多鏡頭設計，畫幅面積的巨大差距使得手機即便有再多的攝像頭其畫質也是被更大畫幅的相機吊打的命。可見：多傳感器優(yōu)勢僅限于同級別傳感器，面對更大畫幅是沒什么效果的。

    那么為何相機并未采用這一設計呢？原因也很簡單，更大更好這一原則在畫質表現(xiàn)上無論如何還是會秒殺小傳感器的數(shù)量優(yōu)勢（可以理解為質變大于量變）。如全畫幅傳感器的性能優(yōu)勢使得其在成像畫質方面可以輕松戰(zhàn)勝1英寸或者更小尺寸傳感器的性能表現(xiàn)。就更不用說更大尺寸的中畫幅傳感器在性能上的優(yōu)勢了。此外，也如我們之前所說，相機的大尺寸傳感器需要更大像場的鏡頭來適配，從如今無反/微單發(fā)展的瓶就可以看到，單鏡頭尺寸都是個大問題，更不用說更多的鏡頭了。而手機則是在限定了傳感器尺寸上限的情況下尋求提升畫質的解決辦法，這時多鏡頭設計就成了一種很好的選擇。

    筆者相信，未來雙鏡頭設計會是高端手機的拍照解決方案主流趨勢，尤其是解決變焦畫質損失方面，雙鏡頭的確是很好的解決辦法。

    最后我們來簡單總結下雙鏡頭設計的發(fā)展，就相機領域而言，由于雙鏡頭設計就大尺寸傳感器而言體積增加過于龐大，相對于其他結構也缺乏性能優(yōu)勢，因此可以說從膠片時代單反結構崛起后，就已經(jīng)宣告了雙鏡頭結構退出了歷史舞臺。對于現(xiàn)在的數(shù)碼影像設備而言，其只能在專業(yè)的3D拍攝領域稍有發(fā)揮，對普通消費級用戶而言意義不大。

    而對于手機的拍照系統(tǒng)而言，體積的限制正巧成為了雙鏡頭（準確說是雙攝像頭）發(fā)展的契機。如今各大手機廠商也在尋求更好的畫質表現(xiàn)，除了ISP優(yōu)化，使用更好的傳感器外，多鏡頭的設計的確帶來了一種新選擇。雙鏡頭會否成為未來手機攝像頭的一個發(fā)展趨勢呢？筆者認為，在旗艦級智能手機上，我們很可能見到越來越多這樣的設計。雙鏡頭的兩條發(fā)展方向都有潛力可挖，一種是類似華為P9的雙攝像頭設計，以一種另類超采樣的方式來獲得更高的畫質；另一種類似LG G5這樣的雙焦距設計，很可能成為手機在保持輕薄化的同時解決光學變焦的最好途徑。未來手機的畫質水平能提升到怎樣的水平，也的確是值得讓人期待。