手机摄像头 双摄、三摄到多摄！手机摄像头的“组合拳”

2000年，夏普推出全球首款搭载摄像头的手机J-SH04，只有11万像素。接下来的十年，手机摄像头功能的提升，都是围绕着像素的增强。但从2016年双摄像头的出现到2018年华为P20 Pro的三摄像头拍摄，多摄像头带来的高级摄像头乐趣，不仅为用户提供了一种不同于大多数单摄像头手机的体验，也成为手机厂商在打造新产品时的焦点。从过去半年发布的新产品来看，三款相机已经成为新一代智能手机的卖点之一。那么，多摄像头是以量取胜的噱头，还是基于双摄像头的功能提升？

为什么多摄像头的概念会火？

首先，我们需要定义“多摄像头”。其实双摄像头流行的时候，有的厂商在文案里加了“三摄像头”或者“四摄像头”，指的是整机前后的摄像头总数。但是多摄像头，我们指的是单侧摄像头组的摄像头总数。由于厂商设计和产品定位不同，会出现米托手机、vivo NEX双屏版等专门设计的产品。我们认为多摄像头不仅限于后置摄像头。

如前言所述，在过去的十年里，制造商们长期以来一直在努力提高手机的像素。即使是上一代iPhone发布的时候，主流机型的相机依然在200万像素和500万像素上下徘徊。其中一个主要的限制与今天一样——由于移动图像传感器的技术进步，高质量的传感器无法集成和小型化。同时，在iPhone诞生之前，智能手机并不是市场的主流。虽然当时流行的产品已经具备了拍照、音乐、游戏、看视频等功能。，手机的内部集成度远不如现在的智能手机，目前的SoC基本没有配备ISPs、DSPs和相应的软件算法。

▲iPhone 7 Plus推动双摄像头普及

另外，手机之间的照片共享也是依靠蓝牙、彩信等老手段，或者通过数据线连接电脑。那时候用手机拍照只是字面意思，更别提细节了，更别提色彩、宽容度、暗光、夜景。用暴力提高手机照片质量的唯一办法就是提高像素，这就导致了消费者的错误认知，认为拍照的能力等于像素的变化。

像素追逐的游戏一直持续到几年前。近两年，随着包括索尼、三星、OV在内的上游图像传感器的成熟，提供了更多的相位聚焦和大尺寸传感器，增加了更多除了像素变化以外的提高图像质量的技术和封装算法。芯片制造商也提供匹配的SOC。可以看到，越来越多的手机停留在1200万像素和1600万像素，但是成像质量已经超过了以前经常使用的2000万像素的机型。人们逐渐淡化了对像素的追求，更喜欢实际拍照。

但是，“以量取胜”仍然是人类最原始的认知。像素稳定后，由于现代审美和便携性的需要，以及现阶段各种技术的发展，很明显厚度不足1cm的手机无法容纳和相机一样的变焦镜头。以三星2014年发布的Galaxy K Zoom为例。整机厚度超过2cm时，换成十倍光学变焦，尺寸基本和卡片机一样。2015年，华硕推出Zenfone Zoom，将镜头模组改为潜望镜式，光学变焦能力降低至三倍，机身厚度仍接近12mm。如果把市面上一款主流的6寸全屏幕手机升级到同样的厚度，结果将是一场灾难。

多摄像头群的出现正好解决了手机镜头应用场景单一的问题。在双摄像头模块中，包括广角+长焦、广角+超广角、广角+深度(模糊)等。通过各种组合的相应算法，达到接近光学变焦或模拟光学焦段的效果。

▲在一个摄像头上实现变焦功能，必然会增加手机机身的厚度，不同焦距的摄像头组合起来也能达到同样的效果。

在华为P20 Pro和Mate 20 Pro上，可以看到逐渐完善的三摄像头组合播放。前者基于华为独有的黑白+彩色双摄像头增强画质，源自模拟三倍和五倍光学变焦，同时通过新的主摄像头高像素传感器增强照片细节。后一种进一步扩展了超宏观、超广角的拍照功能，应用频率相对较低，但极其实用。在传统相机上，匹配功能需要独立镜头逐一实现。虽然画质不同，但Mate 20 Pro的超微距、超广角照片可以应对手机拍照的应用场景。

从现有应用来看，上游技术提供的双摄像头方案分为多种，包括增强图像质量、扩展焦距、提供人像模糊等的组合。如果手机厂商选择了任意一个，就意味着产品的摄像头功能仅限于相应的属性。虽然多摄像头的组合可能比双摄像头的成本更高，但是多摄像头带来的变化和应用场景的组合明显比单摄像头和双摄像头更丰富，消费者可以在一部手机上获得过去多种机型的全面拍照体验。在智能手机高度集成，传感器和光学技术没有重大突破的今天，多摄像头显然是未来手机摄影的发展方向。

▲有些手机更注重自拍功能，有多个前置摄像头，这也是多摄像头手机的一个发展方向。

多摄像头手机准备好了

据多家研究机构统计，2018年第二、三季度全球手机销量排名中，华为取代苹果位居第二。一部分原因来自荣耀品牌对手机销量的推动，另一部分是P20 Pro三款相机的明显实力，帮助华为品牌车型实现了超出预期的销量。凭借既定的口碑，Mate 20 Pro在欧洲的预售销量比P20 Pro增长了40%。预计2019年，华为三摄像头手机将占华为智能手机的24.1%。

▲虽然全球智能手机市场疲软，但华为手机出货量和市场份额逆势大幅增长。

2018年，全球双摄像头智能手机普及率超过40%，而国内手机市场更是糟糕。国内各大智能手机品牌双摄像头机型占比已经超过50%，其中华为和小米超过70%。随着双摄像头的迅速普及，华为三款摄像头的成功将带动高端智能手机升级到多摄像头模块。根据2018年前十个月国内四大品牌旗舰机的销量，预计2019年三摄像头智能手机出货量将达到1.35亿台。

事实上，一些品牌已经开始遵循多摄像头方案。比如OPPO的R17 Pro在其新一代畅销机型R17系列中试水，采用传统双摄像头和ToF摄像头相结合，在传统摄影之外增加了立体捕捉能力，依靠TOF传感器实现了3D扫描和AR功能。

更接近华为解决方案的是三星的A系列新产品。凭借其半导体部门在图像传感器领域的辛勤工作，三星在2018年的三款A系列产品上尝试了不同的多摄像头方案，包括A7(目前还没有国行)和带三个摄像头的A8，以及首款带四个摄像头模块的a9。其中A7采用广角+超广角+深度的组合，A8采用广角+长焦+深度的方案，更受用户欢迎。A9s直接封装前两个方案，形成广角+长焦+超广角+深度的组合。

有趣的是，仅从像素来看，这三种方案中每个焦段或功能对应的传感器像素是完全一致的:主摄像头广角端2400万像素(支持四像素积分技术)，远摄端1000万像素，广角端800万像素，深度模糊摄像头500万像素。鉴于三星和索尼在传感器领域的合作，类似的方案也会出现在其他品牌的机型上。比如在一些具有上述焦段或功能组的双摄像头机型上，可以看到对应像素的摄像头。

当然，定位中档车型的A系列自然达不到S系列和Note系列的画质。例如，模糊效果是通过500万像素深度相机获得的。在高端机型上(如iPhone系列)，往往是通过广角和长焦双摄像头的组合直接达到，甚至达到的效果比配备独立模糊镜头的机型更好。三星A系列更重要的意义在于用自己的品牌试水。毕竟三星ISOCELL也会为其他品牌提供图像传感器解决方案，A系列使用的解决方案肯定会出现在很多国产品牌机型上。

另一方面，实验性的多摄像头尝试也在为旗舰系列铺平道路。据《华尔街日报》和ETNews报道，三星2019年的旗舰产品Galaxy S10系列将搭载后置四摄像头型号，其组合介于Mate 20 Pro和R17 Pro之间，除了负责传统摄像头功能的三摄像头外，还增加了一款带有AR应用的ToF摄像头。

事实上，在今年的Galaxy S9+和Note 9中，三星已经做出了接近三摄像头的尝试，通过在双摄像头镜头上增加光圈调节功能，达到了画质控制的效果。按照三星旗舰系列的相机标准，Galaxy S10很可能更倾向于广角+长焦+超广角的组合进行传统拍摄，进一步拓展相机镜头在各种场景中的应用。

已经退出中国市场的LG，其实已经推出了相应的三摄像头型号V40 ThinQ，也是选择广角+长焦+超广角，通过内置摄像头按钮一个一个切换。LG对超广角痴迷已久，从G5开始尝试135超广角。但在双摄像头组合中，超广角的应用频率远小于长焦，因此一直不是主流选择。在多相机方案中，增加更多镜头自然是为了弥补这些低频应用的焦段。在V40 ThinQ上，LG也做了适当的调整，把长焦、广角、超广角的镜头视野调整到45、78、107，正好构成了类似三倍光学变焦的效果，平衡了不同距离拍摄图片的视野和质量。

▲越来越多的品牌在对准华为Mate 20，推出三摄像头旗舰机型。

至于华为，已经将自己的品牌形象等同于三个摄像头，据可靠消息称，下一代旗舰P30 Pro还将配备类似三星Galaxy S10系列的四个摄像头，即三个摄像头+ToF摄像头。不久前，华为荣耀品牌推出的V20采用了4800万像素+ToF摄像头的“双摄像头”组合。荣耀给出的ToF相机应用包括深度测量、骨骼识别、运动捕捉等。，转换成用户的实际应用场景，即视频实时瘦身、体感游戏等。

毫不奇怪，P30 Pro的ToF摄像头也会增加类似功能。由于Mate 20 Pro开发的三摄像头功能足够全面，现有新闻只提到P30 Pro将切换到索尼的主摄像头传感器，质量更高，同时增加了十倍光学变焦的支持。只有这两点才会让P30 Pro的多摄像头达到更高的水平。

多杆组合拳

需要强调的是，多拍也不代表照片质量更高。比如2018年，Google Pixel 3系列仍然使用单镜头，加上更强的算法，画质并不逊色于大多数双镜头。但是，多摄像头提供的选择必须是多样的。比如我们前面提到的产品，更多的相机组合带来的功能一定更全面。利用现有的双摄像头组合，我们可以预测第三摄像头甚至第四摄像头会分为两个方向，一个是多镜头的主焦点，每个镜头模块各司其职，比如LG V40 ThinQ。另一种像华为，更喜欢多个传感器设备协同工作，提高图像质量。

前者很好理解。参考上面提供的几个模型例子，结合现有产品的使用体验，基本上是把卡式相机上的变焦按钮改成应用界面的1X、2X、3X、5X按钮或者变焦滑块，用户可以直接感知到多镜头对焦段在多镜头拍摄中带来的变化。后者，画质，可能是很多人无法理解的。

到目前为止，大多数CMOS图像传感器都采用拜耳阵列(RGBG)。因为这个像素阵列，以一个1200万像素的RGBG传感器为例，在拍照时实际上只形成了300万个RGB像素，但是借助相应的逆算法，最终得到了一张1200万像素的照片。所以实际成像质量低于1200万RGB像素产生的照片质量。

虽然传感器制造商已经尝试了RGBW等改进的排列方法，但在现阶段，一种技术中配备四个像素的传感器很受欢迎。所谓四像素集成技术的工作流程比普通的RGBG传感器更特殊，大致可以分为三点。首先，传感器采用四个相同颜色的像素。其次，在暗光下，同时对四个相同颜色的像素进行采样，得到一张具有四种光感的低像素照片。最后通过算法对像素进行重排，恢复出原来的小尺寸单像素，最终输出高像素的照片。

▲多摄像头模块依托四像素合一技术，不仅在更多的焦段上赋予了丰富的功能性，还保持了高质量的输出。

当然，如果传感器像素足够高，制造商可以直接将输出像素保持在四个像素合一的水平。比如华为P20 Pro的主摄像头，传感器像素高达4000万像素，实际输出像素始终锁定在1000万像素，但画质明显优于大多数1200万像素的机型。

四像素合一技术的主摄像头，与其他传感器适当匹配，不仅可以兼顾丰富的功能，还可以在更多的焦点片段中保持高图像质量。虽然多传感器和镜头的配合会比双摄像头更复杂，但依靠高像素、四像素传感器的主摄像头将是三摄像头、四摄像头等多摄像头方案的趋势。比如三星的A系列多摄像头方案，同样是2400万像素，但其最高画质像素其实只有600万像素。如果使用2000万像素甚至1600万像素，画质会进一步降低。这与手机厂商在相机性能上取得突破的初衷完全相反。

ToF相机似乎与成像质量无关，更多地用于人脸识别，但它也将成为“多相机”的趋势。手机的AI概念炒作了一两年，芯片厂商不断强调自己的下一代SoCs具有很强的AI计算能力，但用户能感知的应用仍然局限在语音助手、系统自优化、摄像头自动化等有限领域。

依靠ToF的深度感知和3D识别，不仅可以解放SoC的性能，还可以有效地结合原本需要花费大量资源的增强现实功能，给我们的日常生活带来变化。AR购物、AR试衣、游戏等功能。，借助ToF相机可以达到一个新的应用水平。ToF相机可能不是必不可少的选择，但和NFC一样，它会成为一些人青睐的功能。

人工智能算法降低了使用门槛

但是，多摄像头的普及程度可能没有我们预期的那么好。随着消费者对功能的追求越来越丰富，新的硬件和功能的加入必然带来更多的学习成本。一些使用P20 Pro的用户仍然不知道点击按钮可以在三倍缩放和五倍缩放之间切换。如果多摄像头的功能更加复杂，甚至导致应用界面复杂化，会给学习能力弱的消费者带来困扰。这时候AI摄影将是降低多相机学习成本的关键。

▲AI智能拍摄可以简化用户使用多摄像头模块拍照的步骤，多摄像头模块可以充分发挥智能场景，硬件和算法的结合带来丰富的趣味性。

除了照片色彩优化和美观功能，AI拍摄的卖点之一就是自动优化场景判别。用多摄像头硬件扩展这个功能，通过AI识别场景，参考自动构图功能，给出提醒或者自动切换镜头焦距，可以极大的方便不熟悉的用户更好的使用多摄像头。比如三星Galaxy S9+和OPPO R17 Pro在夜间拍摄时提供大光圈自动切换，在细节上会带来更愉悦的用户体验。

同时，如果厂商能进一步优化算法，结合取景画面自动提供匹配的多镜头高质量或多镜头高性能调用，也能无缝输出用户拍摄过程中多镜头带来的丰富体验。这些都有助于向用户普及多摄像头功能，而不是将技术创新与更高的购买成本和学习成本挂钩，设定用户购买和选择的门槛。

在这一点上，华为Mate 20 Pro做的不错，包括三个摄像头扩展的AI录像功能。切换模式后，就跟每天录视频一样。用户不会关注硬件本身，只是简单的感知新硬件和高质量算法带来的兴趣。

写在最后

随着上游厂商方案的丰富和成熟，未来的多摄像头必然会像现在的双摄像头一样成为主流机型的必备选择。我们希望厂商在打造多摄像头机型时能紧跟标杆产品，而不是一味的追求外在和文字游戏噱头，希望2019年的各种多摄像头机型能以更加更新的视角带给消费者全新的拍摄体验。