手機(jī)鏡頭進(jìn)入死胡同，功能不止拍照那么簡(jiǎn)單了手機(jī)
（原標(biāo)題:在雙鏡頭年代，你的手機(jī)鏡頭已經(jīng)不再是鏡頭）
正如不少媒體所預(yù)料，iPhone 7 Plus 進(jìn)入了雙鏡頭的時(shí)代。
雖然說(shuō) iPhone 絕不是第一個(gè)使用雙鏡頭的手機(jī)，但愛(ài)范兒主筆 Odin 曾指出，蘋(píng)果甚少采用最前沿的技術(shù)，但往往會(huì)把還未能量產(chǎn)、或成本太高的新技術(shù)，透過(guò)大量生產(chǎn)的方式來(lái)降低售價(jià)，這些零件才能得以普及，促使整個(gè)產(chǎn)業(yè)跟進(jìn)。
同樣地，iPhone 7 絕不是第一個(gè)采用雙鏡頭設(shè)計(jì)的手機(jī) ，但考慮到 iPhone 的影響力，愛(ài)范兒相信：手機(jī)的雙鏡頭年代快將開(kāi)始。
手機(jī)鏡頭的死胡同
為什么手機(jī)要用雙鏡頭？關(guān)鍵在于手機(jī)照相能力已到了盡頭。
手機(jī)作為一個(gè)大眾化的消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品，一直都處于照相能力的軍備競(jìng)賽之中。最初手機(jī)照相能力之爭(zhēng)，重點(diǎn)在于分辨率：由 60 萬(wàn)、200 萬(wàn)、500 萬(wàn)、800 萬(wàn)一直斗到千萬(wàn)級(jí)以上，非要把手機(jī)的畫(huà)面放大到“數(shù)毛”的階段，業(yè)界才發(fā)現(xiàn)手機(jī) CMOS 的尺寸與分辨率已經(jīng)去到難以共存的地步。
然后，產(chǎn)業(yè)之間開(kāi)始不斷的增加鏡片數(shù)目、也不斷的增大鏡頭光圈、不斷的增大 CMOS 面積、不斷的加入光學(xué)防抖等零部件，直至連 iPhone 也有一個(gè)丑得不能再丑的凸出鏡頭（下圖），直至連 iPhone 也要為加入光學(xué)防抖而砍掉 3.5mm 耳機(jī)，大眾才開(kāi)始留意到：手機(jī)內(nèi)部已經(jīng)難以單純透過(guò)硬件來(lái)提升成像能力。
更重要的是：手機(jī)廠商值得為了提升相機(jī)的成像能力而作進(jìn)一步的犧牲嗎？在經(jīng)濟(jì)學(xué)上有一個(gè)邊際效用遞減定律 (Law of diminishing marginal utility)，指的當(dāng)消費(fèi)者會(huì)增加一個(gè)單位產(chǎn)品所取得的額外效用，會(huì)隨著數(shù)量的增加而下降，直至邊際效用達(dá)到負(fù)值時(shí)（即每增加一單位產(chǎn)品，效用反而減少），消費(fèi)者將不會(huì)喜愛(ài)該產(chǎn)品。
手機(jī)鏡頭的邊際效用定律
同樣地，手機(jī)鏡頭的性能增長(zhǎng)，也受到邊際效用遞減定律所桎梏（下圖）。在手機(jī)鏡頭發(fā)展的初期，手機(jī)的拍攝質(zhì)素實(shí)在太爛，所以我們可以每一次增加分辨率、每一次增加新的鏡片、每一次加大鏡頭和感光元件，都會(huì)帶來(lái)用戶(hù)在拍攝體驗(yàn)上的飛躍。
但是，成像能力的飛躍到了 iPhone 5s 開(kāi)始進(jìn)入死胡同。
當(dāng)時(shí)就有不少評(píng)測(cè)者，開(kāi)始把 iPhone 5s 與專(zhuān)業(yè)級(jí)的單鏡反光相機(jī) (DSLR) 相比；但這絕不是指 iPhone 5s 的真的達(dá)到專(zhuān)業(yè)級(jí)相機(jī)的水平，而是指一般用戶(hù)開(kāi)始不太在意手機(jī)與專(zhuān)業(yè)級(jí)相機(jī)照片的細(xì)微差距 ── 盡管對(duì)于攝影愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，差別是巨大的。后來(lái)，華為偷偷的把佳能相機(jī)的照片，偷偷扮成是旗下手機(jī)拍攝的照片（下圖），就已經(jīng)反映了就連廠商也覺(jué)得普通用戶(hù)根本也不在意，所以才敢指鹿為馬，“以次充好”。
當(dāng)普通用戶(hù)已經(jīng)不再重視那些“細(xì)微”的成像提升，但手機(jī)公司為了與對(duì)手競(jìng)爭(zhēng)，仍然肆意的把相機(jī)元件提升，直至 iPhone 6 那個(gè)丑陋的“凸鏡頭”后，導(dǎo)致怨聲四起，業(yè)界才開(kāi)始留意到：手機(jī)的空間已經(jīng)不容我們無(wú)限量增加提升成像能力 。
當(dāng)年用戶(hù)會(huì)被 iPhone 5s 的鏡頭所打動(dòng)，但很難再為 iPhone 6s 的鏡頭而心動(dòng)。同樣地，我們不是說(shuō)單鏡頭不能再繼續(xù)提升，但改良鏡頭時(shí)所付出愈來(lái)愈多的成本、在機(jī)身里所作出愈來(lái)愈多的妥協(xié)，只能換來(lái)攝影愛(ài)好者的贊美，但對(duì)于一般消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，卻是愈來(lái)愈微不足道。
故此，廠商必須在最小的犧牲下，為用戶(hù)帶來(lái)最新的價(jià)值。所以，雙鏡頭就應(yīng)運(yùn)而生了。
手機(jī)鏡頭作為傳感器
雙鏡頭的重要性在哪里？因?yàn)樗某鰜?lái)的不光是“成像”，而是“數(shù)據(jù)”。
因?yàn)橄鄼C(jī)鏡頭發(fā)展至今，已經(jīng)由單純的“鏡頭”，變成手機(jī)的其中一個(gè)“傳感器”。愛(ài)范兒主筆 Odin 在 2013 年 iPad Air 推出時(shí)，曾對(duì)蘋(píng)果沒(méi)有提升這“生產(chǎn)力工具”的攝像鏡頭表示失望，原因是：
請(qǐng)不要光是把“相機(jī)”視作為“相機(jī)”，要把它視作為“傳感器”，就知道它的潛力所在 ── 有了相機(jī)，你可以把平板當(dāng)成掃描器 (Scanner)；也可以把平板當(dāng)成是增長(zhǎng)實(shí)境 (Augmented Reality) 的屏幕…
事實(shí)上自手機(jī)進(jìn)入智能化時(shí)代開(kāi)始，開(kāi)發(fā)者就不斷為手機(jī)鏡頭加入“拍照”以外的新功能：手機(jī)應(yīng)用 Scanner Pro 會(huì)把手機(jī)鏡頭當(dāng)作掃描器 (Scanner)，微信 (WeChat) 也大量把手機(jī)鏡頭當(dāng)成二維碼掃描器，甚至用作移動(dòng)支付之用（下圖）；也有手機(jī)應(yīng)用能把鏡頭用作測(cè)距，或是把把鏡頭作為 AR 應(yīng)用。
盡管照相機(jī)進(jìn)入數(shù)碼化已經(jīng)有不短的日子，但一直以來(lái)手機(jī)廠商重視的是“成像”不是“數(shù)據(jù)”，所以大家的關(guān)注點(diǎn)仍然是“光學(xué)”。直至 HDR (High Dynamic Range) 流行后，手機(jī)廠商才開(kāi)始采用多重照片合成，來(lái)改善相片質(zhì)素。
蘋(píng)果在 2011 年的 iPhone 4s 開(kāi)始，在索尼的 CMOS 以外再自行研發(fā)自家的圖像信號(hào)處理器 (ISP, Image Signal Processor)，在 iPhone 5s 發(fā)布會(huì)里，蘋(píng)果展示 iPhone 如何在一次的拍攝里生成海量的照片，再合成最好的照片（下圖）。當(dāng)中的每一次光學(xué)成像，在處理器里已經(jīng)不再是單純的光學(xué)影像，而是數(shù)據(jù)和算法。
同樣地，雙鏡頭的重要性并不是因?yàn)樗须p鏡頭。
單純從硬件來(lái)看，雙鏡頭拍出來(lái)的成像，極其量就是兩張不同質(zhì)素的照片，單獨(dú)看起來(lái)意義不大。但如何發(fā)揮雙鏡頭的優(yōu)勢(shì)，關(guān)鍵已經(jīng)不單單是光學(xué)，而是合成算法 ── 愛(ài)范兒早前就曾報(bào)道過(guò)，蘋(píng)果近年雖然在人工智能上默默無(wú)聞，但實(shí)際上他們?cè)缇蛯?duì)此深度研發(fā)；剛好在 iPhone 7 的發(fā)布會(huì)上，蘋(píng)果的高管 Phil Schiller 指出，他們?cè)?iPhone 7 的鏡頭里大量使用機(jī)器學(xué)習(xí) (Machine Learning)（下圖）。
簡(jiǎn)言之，未來(lái)手機(jī)鏡頭將會(huì)步入新的時(shí)代：影像算法和人工智能。
雙鏡頭的“傳感器”作用
目前的消費(fèi)級(jí)設(shè)備上的雙鏡頭運(yùn)算，主要以?xún)煞N方式為主，一是雙目“疊加”，二是雙目“視差”。
手機(jī)的雙鏡頭運(yùn)算，目前主要以“疊加”來(lái)增強(qiáng)攝影功能。HTC One 和 iPhone 7 一樣，均以雙鏡頭為手段，讓手機(jī)在沒(méi)有變得更厚的情況下，把兩個(gè)影像數(shù)據(jù)對(duì)比，然后進(jìn)行像素疊加，借此達(dá)至無(wú)損／低損的數(shù)碼變焦功能。
而華為在雙鏡頭的處理則有點(diǎn)不同：它們以一個(gè)黑白、一個(gè)彩色的鏡頭組合，利用黑白傳感器有更佳光線感應(yīng)能力的優(yōu)勢(shì)，再把彩色鏡頭的色彩信息疊加（下圖），借此取得更好的低光拍攝能力。不過(guò)，兩者都可以把不同焦距的效果疊加，然后讓用戶(hù)能在后期調(diào)整景深。
相反，目前不少非手機(jī)設(shè)備的雙鏡頭運(yùn)算，卻是以“視差”來(lái)測(cè)距，借此進(jìn)行 3D 建模。目前的體感游戲設(shè)備、VR 設(shè)備、以致無(wú)人機(jī)和無(wú)人駕駛汽車(chē)的自動(dòng)避障功能，均過(guò)雙鏡頭攝影機(jī)透過(guò)鏡頭之間的距離，使影像出現(xiàn)“視差”，然后再把兩個(gè)不同的影像數(shù)據(jù)對(duì)比，用三角算法計(jì)算出鏡頭與對(duì)像之間的距離（下圖），并即時(shí)繪畫(huà)立體影像，借此渲染虛擬影像、或計(jì)劃安全的行駛路線。
然而，由于 VR/AR 技術(shù)、以及自動(dòng)避障技術(shù)愈來(lái)愈流行，導(dǎo)致早前不少媒體誤以為 iPhone 為首的雙鏡頭陣營(yíng)，將會(huì)把手機(jī)帶到 VR 世界里。
問(wèn)題是“雙目疊加”和“雙目視差”的設(shè)備，在目前的科技下仍然是個(gè)矛盾命題：雙鏡頭的兩個(gè)影像的差距愈少愈好，系統(tǒng)才能更準(zhǔn)確的把影像無(wú)瑕疊加，故此，兩個(gè)鏡頭必須盡量靠攏在一起；但 VR/AR 所用的雙目視差，兩個(gè)影像必須有夠差距，兩者之間的夾角才能增加，運(yùn)算精度才能提高，所以?xún)蓚€(gè)鏡頭之間的距離必須愈遠(yuǎn)愈好。
除了是雙鏡頭距離之間的矛盾之外，目前使用雙目視差來(lái)進(jìn)行 3D 建模，所需要的計(jì)算能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)比影像疊加要高。大疆 Phantom 4 就以專(zhuān)門(mén)的 FPGA 來(lái)進(jìn)行雙目運(yùn)算，而 HTC Vive 更需要高端桌面電腦來(lái)能推動(dòng)，而坊間大部份的無(wú)人駕駛汽車(chē)也要使用“核彈頭”級(jí)別的專(zhuān)門(mén)圖像處理器來(lái)計(jì)算。但以目前手機(jī)芯片的處理速度和手機(jī)的續(xù)航力來(lái)說(shuō)，根本不足以進(jìn)行 3D 建模。
簡(jiǎn)言之，iPhone 在短期內(nèi)，不可能透過(guò)雙鏡頭做到任何與 VR/AR 有關(guān)的事。
但是這代表蘋(píng)果“未來(lái)”真的不可能透過(guò)相機(jī)頭加入 VR/AR 陣營(yíng)嗎？我們并不知道。但是，愛(ài)范兒早前引述蘋(píng)果 CEO 庫(kù)克的說(shuō)法：VR 和 AR 兩者，他們更重視的是 AR。而 AR 正是需要大量使用鏡頭作傳感器的交互方式。
也許 iPhone 在今天的水平仍然不足以在 AR 做些什么事，但蘋(píng)果在 iPhone 7 上開(kāi)始，累積雙鏡頭的算法，等候幾年后的硬件爆發(fā)時(shí)，就可能是時(shí)候了。
手機(jī)攝影將會(huì)進(jìn)入新時(shí)代
雖然如此，也許目前的科技未能協(xié)調(diào)兩者的矛盾，但在雙鏡頭的帶領(lǐng)下，未來(lái)手機(jī)攝影仍然不可避免的進(jìn)入“智能”、甚至是“計(jì)算機(jī)視覺(jué)”的時(shí)代。
以往“愛(ài)范兒”也能造手機(jī)的時(shí)代已經(jīng)改變，手機(jī)廠商將很難光以強(qiáng)大的供應(yīng)鏈能力，以采購(gòu)元件和把開(kāi)源系統(tǒng)進(jìn)小修小補(bǔ)，就能推出手機(jī)。所以，沒(méi)有算法和人工智能技術(shù)的廠商，將會(huì)愈來(lái)愈吃虧（大家還記得有多少人吐槽華為的雙鏡頭吧）（下圖）。
蘋(píng)果也是一樣。早前愛(ài)范兒負(fù)責(zé)影音的編輯梁夢(mèng)麟，評(píng)價(jià) iPhone 7 Plus 的虛化時(shí)，覺(jué)得這效果比起先前引入雙鏡頭的手機(jī)廠商來(lái)說(shuō)還是可以，朋友圈來(lái)的好評(píng)度頗高，但從攝影師的角度去看，這些照片（下圖）距離相機(jī)還是有很長(zhǎng)的距離。而且與通過(guò)光學(xué)效果實(shí)現(xiàn)虛化相比，蘋(píng)果在現(xiàn)階段的數(shù)碼算法還不能達(dá)到這個(gè)高度。
很明顯，蘋(píng)果在這方面還有很長(zhǎng)很長(zhǎng)的路要走。
同樣地，相機(jī)元件廠商未來(lái)也要面對(duì)巨大的挑戰(zhàn)。以往只提供硬件平臺(tái)的他們，將要進(jìn)一步提更完善的相機(jī)算法方案，更可能要與手機(jī)芯片制造商合作，把計(jì)算能力和影像計(jì)算整合，并為未來(lái)的手機(jī)元件產(chǎn)業(yè)帶來(lái)更大的沖擊，就例如高通 (Qualcomm) 就準(zhǔn)備好雙鏡頭模組方案，手機(jī)廠準(zhǔn)備打開(kāi)錢(qián)包買(mǎi)新組件吧。
且讓我們拭目以待，這一次的雙鏡頭革命會(huì)如何改變手機(jī)生態(tài)吧。
【來(lái)源：愛(ài)范兒 作者：莊偉宏 Odin】
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