它上市后单反相机要下岗了，iPhone7 Plus双摄像头技术解密

在苹果正式向媒体发送了iPhone7发布会邀请函后，它悄悄地推出了2TB容量的iCloud存储空间套餐。说起iCloud，很多同学可能没有太多的印象，但其实你们现在使用的iPhone操作系统，也就是iOS，无处不在的融合了这一苹果专有云存储系统。譬如你换了新iPhone后，只要输入你的苹果账号，就会自动同步你之前的通讯录，照片，邮件，日历，提醒事项等等资料。这些资料就是你上一台苹果手机使用的时候默默在后台上传到苹果的iCloud云服务器中的。关于这个iCloud，我们POPPUR晚些会专门撰文说明。

对于苹果产品客户，苹果给每人赠送了5GB的iCloud免费存储空间。这点容量放点通讯录，提醒事项，日历什么的还是够的，可一旦你在系统设置里开启了iCloud照片云同步选项，基本上就不够用的。因为这5GB空间还包括了苹果设备的备份文件，我现在的iPhone6s Plus的线上备份文件就有11GB之大。

就是知道你肯定不够用，苹果还给用户提供了50GB、200GB、1TB的iCloud付费套餐选择。现在很多电脑装的SSD固态硬盘也就256GB-512GB容量但也用不完，理论上1TB iCloud空间怎么都够了吧？可苹果还是选择在iPhone7发布前加入了2TB的Plan。同时，根据确定的资料，iPhone7彻底消灭了16GB容量的规格，最便宜的版本现在也慷慨的提供了32GB的存储空间，而皇帝版的128GB这次也升级到了256GB。你，是否从中察觉到了些什么？一直有留意开iPhone消息的果粉，应该知道这次的iPhone7 Plus将会引入双摄像头设计，而这也是苹果突然成倍加大iPhone容量与iCloud存储容量的根本原因。

愈演愈烈的手机双摄像头风潮

说到手机配置双摄像头，最早要回溯到2011年LG推出的Optimus 3D手机，它号称是“全球第一台裸眼3D手机”。从名字也可以看到了，在那时，3D电影刚兴起，3D电视什么的也很火，厂商想在手机屏幕显示3D效果，同时还能用手机拍3D照片或视频。这就需要手机配备双摄像头，模拟人的左右眼最后再合成立体画面。

之后，当时还算生猛的HTC也不甘人后地推出了HTC EVO 3D手机，但由于当时技术上的限制，在手机上重现及拍摄3D画面（视频）无论是响应速度，3D显示效果和使用繁琐度上用户体验都很差，再加上只有3D手机才能重现3D拍摄的画面，结果这次手机3D化浪潮慢慢就无疾而终了。

时间一跨，眨眼3年过去了。2014年，在国外被三星苹果围攻，国内小米抢食后生存岌岌可危的HTC，剑走偏锋再次推出了双摄像头手机，不过这次主推的不再是市场不接受的3D摄影，而是纯粹为了提高平面摄影画质的双镜头技术。

HTC这台名为HTC One M8的手机在当时倾注了他们非常多的心血，铺天盖地的广告。它的双摄像头工作方式不再是左右眼，而是上下排列，一个主镜头负责画面拍摄，另外一个副镜头负责获取景深信息。由于这台手机同时采用了UltraPixel技术（其实就是大感光元件的镜头罢了）并不成熟，再加上HTC对市场的误判，在三星和苹果都主打800万像素镜头的时候，它的主镜头居然还是400万像素。在像素就是一切的当时这种做法就是玩火，也最终造成了HTC One M8只能是一款叫好不叫座的产品。我们给HTC One M8的双摄像头打个分，它这种组合使用方式可以看成是1+1=1.2。

但是，HTC One M8的出现也不是完全没有价值的，它确实警醒了消费者和它的竞争对手（当其时，这些手机厂商一个劲地提升镜头像素，什么1600万，2000万都出来了，然而在低亮度场合，它们中的大部分表现还不如这台400W像素镜头的手机），单纯提高摄像头像素这条路再走下去连小白都无法忽悠了。

再之后，你看到三星把已经提升到1600万像素的镜头重新降回了1200万像素，并在本次Galaxy S7面世的时候，提出了Dual Pixel技术，这都是一些在现有像素密度下切实提升成像效果的手段（不玩虚的了）。而一些国内的厂商，更是激进地跟随HTC采用了双摄像头的方案（因为他们不知道从哪个苹果零件供应商那里获得了下一代苹果产品也是用双摄像头的信息，这给了他们信心。而更重要的是抢先在苹果前面推出相似的技术，有利于他们发布会的时候PPT上的卖点多一些，字能打得大一些，公司估值能再高一些）

360，这个做互联网安全的厂商从去年开始也来搅局做手机，你别说，他们的手机还行（不过现在基于高通和联发科的手机方案就跟当时Intel系统OEM一样，抄抄就有了）。在15年8月推出的360奇酷手机旗舰版配备了与LG Optimus 3D相似的并列式双镜头系统。但与HTC一个用来拍摄一个用来测深度不同，它采用的是彩色镜头+黑白镜头的组合方式。就是说，在360的这台手机里，一个镜头负责捕抓色彩信息，一个镜头负责捕抓轮廓和细节，然后再通过计算把两者合并，从而提升画质。因为理论上，黑白镜头的确拥有更锐利的成像。这种模式我们打分，可以看成是1+1=1.3。

再之后，华为P9的出现更是让以摄影为卖点的手机双镜头设计进入了黄金时代。华为在P9上引入了所谓的“徕卡”双镜头（其实就是华为在设计这组镜头时徕卡帮忙给了些建议罢了，你要真认为这镜头是徕卡生产或是徕卡设计的镜头，那你就输了）题外话说多了，虽然镜头不是徕卡的，在网络宣传的时候也偷换了单反相机拍的照片来展示，然而在实际使用中，这种与360双镜头一样组合（一个彩色，一个黑白负责细节轮廓）的双镜头系统提供了比360哪款更为出色的成像素质，这其中既有单位像素1.25微米的感光芯片和F2.2大光圈的功劳（更多的进光量），也有华为在图像信号处理芯片设计上的深厚造诣（研发能力），这一点还真不是那些随便插一脚下来玩手机的厂商可以比的。所以在目前国内双镜头拍照手机中，华为P9的效果是最好的。华为P9这种双镜头模式的效果可以看成是1+1=1.5。

而国外呢？国外目前只有LG继续跟进双镜头技术，他们本年度的旗舰LG G5就是一款采用双镜头的手机，但跟360和华为P9不同的是，LG G5的双镜头组合模式是一个1600万像素的广角镜头负责正常拍摄，再加一个800万像素F2.4的超广角镜头辅助拍摄。就是说，当正常拍照的时候，你只是单独使用那个1600万像素的主镜头，而如果你想拍摄更广角的场景，就切换去那个800万像素的超广角镜头。LG G5可以看成是 1+1<1，而且它们家的800万像素超广角镜头边缘畸变太严重了，败笔。

决定手机拍照画质的关键因素

• 感光元件（图上最后红色那块）

  一般都是用的SONY堆叠式CMOS（你可以把这个部件看成是传统相机的胶卷），它的作用是把光信号接收后，通过数模转换成数字信号给后端处理。譬如是IMX286（代表机种华为P9)、IMX240（Galaxy S6）、IMX220（魅族4）、IMX214（小米4）、IMX135（Galaxy S4），越新款的或越高档的感光元件拥有更好的噪点抑制与成像画质。

• 像素多少
  像素越多，用来描绘图片的“点”也就越多，如果你用点来描出一条线段，点越多，线条就越圆滑越能接近其本来面目（也就是细节就越多）。但也不是说像素越多成像就越好的，反而可能会变差。只有在单个像素面积不变的时候，像素越多才会对画质提升有帮助。

• 单个像素面积
  单个像素面积越大，感光能力越强，画质就越好。如1.4um的就比1.12um的画质更好更干净。一般800万像素手机的单像素面积是1.4um，1300万像素的手机像素面积是1.12um，你也看到了，当感光元件面积不变，随着像素增多，单位像素面积是缩小的（成反比）。

• 感光元件的面积
  当像素越多，单个像素的面积也大，感光元件面积肯定也大。然而受制于手机轻薄和省电的要求，感光元件不可能无限大，所以出现了上面的，当像素越大，单个像素面积却减少的情况，因为感光元件面积不变或只增加哪么一点。

• 镜头及镜片（图上的镜片）
  有印象的，应该记得诺基亚曾经做过蔡司认证镜头的4000万像素怪兽手机，华为P9这次也说是跟徕卡有合作，这两家德国顶尖的镜头生产厂家，百年基业，自然在镜头（镜片）加工及设计上有极深的造诣（也有人称之为味道），对于相机镜头来说，对成像的影响有分辨率，透光度，画面畸变，画面暗角。镜头在一个成像系统里可以看成是听128KB MP3还是无损格式FLAC的差别。顶级的镜头除了前面几个参数几乎做到的人间的极致，还不约而同给成像色彩添加了些品牌的主观渲染（也就是摄影发烧友说的徕卡味，蔡司味，其实是一种讨好用户的色彩失真）

从上面可以看到，为了提升手机的拍照画质，除了采用更先进更高档的感光元件和镜头外，只能在像素大小和单个像素面积中寻找一个平衡。但这无非就是为了让感光元件感受更多的光和色彩信息。

你们有看过专业的摄影工作室吗？那些场景里除了看到摄影师使用专业的相机和镜头，还能看到一大堆灯箱给被照物打光。还有那些外拍，通常都会有专人拿着块反光板给模特补光。所有摄影出好片的基础，就要保证充足的入光量。当入光量更多，记录在感光元件上的画面信息就越清晰，有效信号也就更多，自然得到的画面就越干净，噪点越少，细节和色彩也更丰富绚丽。

在相机摄影领域，这很好办，譬如买更大光圈的高质镜头，然后再配合专业数码单反超大的感光元件，再给一个会用光的好摄影师，靓片就出来了。可是，换到寸金尺土的手机上，虽然也想这样去优化，却处处受限而只能权衡取舍。譬如要把手机镜头做大，入光量是大，但这样就会让手机成本上升，同时镜头也会更突出。而如果把感光元件做大，由于没有大的镜头，效果也不会好，再说手机上也没那么多位置和电量给这样庞大的感光元件。于是，在双摄像头之前，手机厂商们一直在极限边缘想尽办法改善成像，但可以改进的地方几乎已经没有了。

双摄像头，甚至是多摄像头技术的出现就是这种巧妇难为无米之炊的解决方案，通过多个镜头多个感光元件的捕抓，能让手机保持原有厚度的情况下，几乎双倍增大入光量和色彩信息，从而大幅度提升画面细节。可是，事情也没那么容易，你看上面这些公司中，华为、HTC都不是吃素的，技术研发团队人才也不少，可是它们双镜头合体后效果顶多做到1+1=1.5的效果，那是因为多镜头画面重组是需要很高很高技术含量及多个光学，图像信号处理领域技术结合的。

iPhone7 Plus 独步天下的双摄像头技术

在2014年，苹果公司用2000万美金收购了一家名为LinX Image的以色列图像技术公司。他们的产品就是一种多摄像头组合运用技术，而这种技术之所以被苹果看上，正是因为它能做到1+1=2的输出效果。LinX的多孔径成像技术每个摄像头尺寸都很大，因此单个像素面积都不低，这一点上跟HTC的UltraPixel思路不约而同，通过加大单个像素的面积获得更大的入光量达到更好的信噪比。到底LinX多孔径成像技术有多牛逼呢？看图

左边是iPhone5s 800万像素1.5um单像素尺寸拍出来的画面，右边是1x2 LinX 400万像素镜头2um单像素尺寸拍出来的画面

低光下的对焦速度和成像画质是LinX最引以为荣的地方，看画面是惊为天人，你想一下如果是两枚1200万像素镜头的1x2组合呢？

本来在iPhone6s Plus的时候，苹果就打算引入集成了LinX技术的双摄像头，最后因为当时没办法在主摄像头上加防抖动功能所以作罢。但这也给苹果更多的时间优化，完善双摄像头技术，最终做出了独步天下的iPhone7 Plus双摄像头（我觉得苹果肯定会取一个闪亮的新名字）。

独步武林之一 - 双镜头组合中带光学防抖技术

由LinX多孔径成像技术演化的iPhone7 Plus双摄像头模组

苹果公司在把LinX公司收购后，再结合自己的800人摄影技术团队，对LinX技术做了更深的优化，首先，它加入了动态稳定系统，也就是我们所说的光学防抖技术。这真的非常非常牛逼。因为多孔径成像技术的难点在于如何让两个镜头甚至多个的成像完美无瑕进行组合，这就要求两个镜头在同一个平面上误差不超过0.3度，同时两个镜头间的间距也要精细到微米级，也就是说，为了在特定的“最终成像合成”中不出错，两个镜头必须固定得死死的，并且彼此的位置要绝对恒定，只有这样才能让画面精确重组。而如果其中一个镜头是可晃动的，一个镜头却锁死。这样哪怕镜头A晃动的幅度非常轻微，也足以造成最后的合成画面撕裂或糊了。也就是说，苹果首先是解决了带光学防抖镜头如何合成的算法问题，通过算法实时补偿主镜头的防震动晃动，然后再来算双镜头合成，然而这个算法肯定要结合A10强大的计算能力，因为拍照还好办，如果是拍视频用到双镜头的话，这种即时的动态补偿+双镜头信号实时重组势必需要极强大的运算量。也难怪目前还没有其它厂商可以做到（但暂时不知道iPhone7 Plus是通过A10配合软件算法还是加入了一块专门的摄影协处理器来完成的）。有人说为什么一定要在主镜头加上防抖动技术？因为这个镜头还负责视频拍摄的任务，没有防抖动功能拍出来的视频会把你看吐的。

独步武林之二 - 没有画质损失的2倍光学变焦及比普通数字变焦更清晰的10x数字变焦

如果要在手机上实现3倍光学变焦就需要加入繁多复杂的光学组件

手机也可以光学变焦远摄了，这是多么感人的一刻。华硕就曾经推出过这么一款3倍光学变焦手机ZenFone Zoom，它为了在窄薄的手机中加入光学变焦，增加了那么多复杂的部件（看上图），大幅度增加故障率的同时成像也只是普普通通没能得到消费者的认可，所以后来就没续作了。而在LG G5中我们已经了解到双镜头有这么一种玩法，就是两个镜头中一个是广角镜头，一个是超广角镜头（要长焦就换长焦镜头就可以了）。

在iPhone7 Plus的双摄像头组合里，一个为手机用正常广角镜头，另一个的确是长焦镜头。当你正常拍摄时，使用的是普通广角镜头（带光学防抖的那个），而当你在拍照软件中切换到2x光学变焦模式，则会切换到使用长焦镜头。但是，苹果还提供了最大10x的数字变焦，这种数字变焦又有别于传统相机的数字变焦纯粹是把画面拉大然后切出部分最后再锐化一下。苹果在iPhone7 Plus中是把广角镜头和长焦镜头的数据综合到一起，经过专有的数字图像处理器计算融合，得出比一般数字变焦质量优化2倍的画面效果，你也可以这么看，iPhone7 Plus的10x数字变焦等于其它牌子5x数字变焦的画质损失。

在本次发布会上，苹果对于iPhone7 Plus的双镜头讲解很粗燥，更像是一个未完成的作品，它能做后期景深与对焦修改，但发布会里几乎就一言带过。是的，双摄像头的玩法和技术太深奥，苹果连景深修改在软件里都还没做出来手机就赶着发布了。这个iPhone7 Plus镜头有可能在下个月Macbook Pro 2016发布会的时候会补充说明也不定。

独步武林之三 - AR增强现实终于要来到苹果手机了

是的，当在一个手机里放置了两个摄像头，孔径和孔径之间组成双目视觉对（人眼），就可以进行深度信息提取，进行3D重构。对了，我们先不说AR，先说说类光场相机的拍照后对焦功能。

图中越蓝色的地方表示离镜头越远，越红色的地方表示离镜头越近

由于iPhone7 Plus的双镜头相机能记录中等精度的深度信息，因此它不需要在拍照时决定焦点在哪里。当你使用这次iPhone7 iOS10中苹果新加入的RAW图片格式进行拍照的时候，你可以随意按下快门，而最后焦点在哪里，你可以在后期制作的时候自行指定（就是水平再低的人也不会拍出脱焦的照片了）。这种机理跟我们POPPUR之前介绍的Lytro光场相机是一样的。这里提到一个名词 - iOS10 RAW文件格式。

什么是RAW格式，它的优缺点

1. 从技术上讲，JPG是8位灰阶，而RAW是14位灰阶，如果后期需要压缩灰阶提高对比度时，从14位灰阶来压缩可以避免出现灰阶断层而是照片颜色过渡不自然。

2. RAW文件本身没有色彩，白平衡，饱和度之类的概念，这些东西都可以后期在软件里自己调，譬如白平衡，如果你是以RAW格式出片的，根本就不会出现偏色的情况，因为RAW格式文件可以让你不损失细节调出任何想要的色调。

3. 画面更干净，RAW文件格式的降噪不是在瞬间压缩JPG时通过快速算法粗略生成的，而是后期出片时通过优质算法（往往这更耗费计算能力）。就好像是一个满是客人的中午和下午没什么人的时候你去吃饭，那厨师给你慢工出细活。

当然，RAW文件格式也是有缺点的。它唯一的缺点就是文件尺寸超大。如果一张1800万像素的JPG照片尺寸为5MB，哪么RAW格式估计就要20MB。按照目前iPhone 1200万像素照片4MB一张的容量，换成RAW格式一张估计就要15-16MB。现在知道为什么苹果在iPhone7上那么慷慨入门级都给你32GB容量，最大加到256GB了吧？如果你图片都用RAW格式存储的话，256GB最多等于之前的64GB，你这32GB我建议就别开RAW格式了，拍几张就没了。所以苹果马上加入了2TB的iCloud Plan。通过iPhone的优化本地存储空间功能，把全尺寸的RAW格式文件全部上传到iCloud，本地手机只留低精度的JPG。问题就解决了。（关于如何提升iCloud的上下传速度我们POPPUR也会赶在iPhone7上市前专门撰文）

什么时候需要用RAW格式？什么时候不用差别也不大？

iPhone7 Plus作为第一台拍照效果达到单反相机级别的手机，当你需要商业拍摄的时候，就需要开启RAW格式。当你需要后期调整焦点的时候，就必须开启RAW格式。当你去外地旅行遇到重要景点只有一次拍照机会的时候建议开启RAW格式。而在光线充足的室外，随手一拍的照片或开闪光灯的照片，可以不开。事实上，我真不觉得在iPhone7 Plus上除了逆光拍照要给前景补光外，还有什么场合需要开闪光灯（iPhone7 Plus双镜头模组的低光成像非常惊人）。

现在我们说回AR，苹果CEO库克表示非常看好AR增强现实的发展，而事实就是，iPhone7 Plus为苹果第一台加入了AR技术的手机，与Google Project Tango不同，它是通过红外雷达反射获得物体的深度信息。而iPhone7 Plus则是通过目视三角空间定位来获得对象深度的。但由于两个镜头间的间距太短，这种测距对于距离太远的物体测量精度不高。事实上，基于LinX 1x2多孔径组合的深度测量精度只能是一般。但不知道苹果是否有加入什么黑科技或采用更牛逼的算法逆天提升测量精度。

知道物体远近有什么用呢？因为AR增强现实无非就是把虚拟的东西加入到真实场景中（通过手机显示），但这就要求手机知道那样东西有多远，它的长宽高，才能把虚拟的物体与现实中该物体在画面里完美融合从而营造出真实的效果。也就是说，iPhone7 Plus可以通过镜头就能测算出中等距离内物体的大小（这下提供给优质的iOS开发者把玩的地方就更多了），期待一堆堆各式各样AR功能的软件在App Store上线。最简单的有，你想买个新鞋柜，只要随手给现有鞋柜拍个照片，再看照片上已经标注了该鞋柜的尺寸，你直接去家具店买个差不多尺寸的就可以了。或是更进一步，运行一个家私线上商城App，对你家一个空地进行测量，然后从商品列表挑选那个鞋柜，鞋柜就会按大小比例和尺寸出现在你家的那个空位（在手机屏幕里显示），你就可以直观看到最终的效果从而决定是否购买，很神奇，对吧？

上图我们借用了联想Project Tango手机发布会的应用图片做实例，凭借iPhone7 A10处理器强劲的图形性能，在iPhone7 Plus上同样的应用，画面只会更精细，各种恐龙都会栩栩如生地展现在“你的面前”。再有，如果你去到一个完全没去过的博物馆，只要在门口用手机扫描二维码下载一个博物馆App，之后通过AR应用，它会计算你目前的位置，当你把镜头对着一幅画的时候，旁边会出现“导游”跟你讲解这幅画的由来，这些随着iPhone7 Plus的出现，都将不再是科幻了。而这些App你要是依赖安卓开发者开发出来，估计AR就要歇菜了。没办法，iPhone上的软件质素就是比国内安卓软件好太多太多。

好了， 关于iPhone7 Plus双摄像头剧透到这里就告一段落了。看完后对iPhone7 Plus产生浓厚兴趣想买对吧？但很遗憾告诉你，由于这个双镜头组件目前生产良率不高，除了第一批比较好买到之外，再之后到圣诞节前，估计都只能加价或辛苦每天早起去刷官网了。所以能否第一批就买到是很关键的，关于如何100%成功预订第一批iPhone7，你可以看我站这篇文章《iPhone7什么时候上市及预订指南，确保第一时间入手》。