为什么手机摄像头越来越多？

在这一年的旅行中，我可以清晰地感觉到，景区的游客用单反、微单或卡片机拍照的越来越少，而用手机拍照的人越来越多。原因很简单。手机的相机性能越来越强，甚至到了一定程度达到了专业相机的水平，不需要多带一个相机出行。

手机之所以能显著提高拍照能力，最关键的一个原因就是——手机上的摄像头越来越多。

比如iphone11拍三张。

现在旗舰机标配四个摄像头(下图以三星GalaxyA9s为例)。

华为P40pro五张照片。

三星专利申请六张照片。

以及LG专利申请的16张照片。

如果继续这样发展下去，相信随着智能手机市场竞争的日益激烈，手机厂商会在手机上放越来越多的摄像头。有一天手机掉下来，不怕屏幕碎了，只怕手机背面的摄像头碎了。

对于手机厂商来说，相机用的越多，成本越高。那么手机厂商是做什么的呢？

01增加手机摄像头的焦距

人们在拍摄远处的物体时经常使用变焦。变焦是增加手机镜头的焦距，从而实现画面中远处物体的放大。

但是以前手机的变焦一般都是数码变焦。所谓数码变焦，就是实际上并没有真正放大远处的物体，而是手机把一部分图片剪下来放大达到变焦效果，结果图片的清晰度下降。

对于单反相机来说，当你调整镜头的焦距时，你就实现了光学变焦。光学变焦下，通过单反镜头的光学调整，将远处的物体放大呈现在屏幕上，放大后的图像没有分辨率的损失。

光学变焦和数字变焦图像清晰度的比较

那为什么单反相机可以通过一个镜头实现光学变焦，而手机却不行？

因为单反相机一般是这样的：

相机之所以需要这么大的镜头，是因为镜头内部其实是一组镜头的组合。当你把它切开时，它看起来是这样的：

正是这些镜头在镜头中的各种运动(用手调整变焦环时)最终实现了图像无损光学变焦功能，这是单个镜头无法实现的。

所以，如果你能接受手机上这么大的镜头，那么手机也能达到和单反相机一样的光学变焦能力，比如这样：

但实际上，没有人能接受通常放在裤兜里的手机这么重。

结果，为了提高移动电话的光学变焦能力，移动电话制造商已经通过增加具有不同焦距的多个照相机来实现以多个光学焦距拍照的能力。

比如华为的mate30，它的三个摄像头分别对应三个固定焦距，在三个不同的固定焦距下实现光学变焦(下图中的xxmm是镜头焦距的单位)，这样就不会出现数字变焦带来的分辨率损失的问题，这样手机就可以实现薄机身上单反摄像头才能实现的光学变焦功能。

02以获得更好的模糊效果

相比手机，单反相机除了镜头大，机身也大。这么大的机身，主要功能之一就是放一个更大的图像传感器。

与几十年前使用的胶片相机不同，所有的数码相机，无论是单镜头反光、卡片机还是手机/家用相机/行车记录仪，都需要一个叫做图像传感器(光敏传感器)的高端组件，最终将镜头投射的光信号转换成数字图像上的每个像素。

虽然很多手机厂商总是在展示自己产品拍出来的照片分辨率有多高，但其实图像传感器的大小对画质的影响最大。单反相机、微相机、卡片机价格差异之所以这么大，如果不考虑镜头差异，其实主要在于图像传感器的尺寸差异。目前市面上最贵的单反或者微距相机一般都是全画幅的，就是下图的灰色那种。

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N年前的市面最高端手机iphone4s，则使用的是图中最小红色尺寸的图像传感器。而目前市面上最高端的手机，比如华为的mate30，使用则是1/1.7英寸的图像传感器（上图绿色）。

越大的图像传感器除了可以拍摄出更清晰真实的图像外，还有一个很重要的功能，就是可以实现更好的图像虚化效果，下图展示的就是不同图像传感器尺寸相机拍摄的同一对象虚化效果的差别：很明显左侧大尺寸图像传感器的单反相机拍摄的照片，背景虚化效果更好，被拍摄人物更突显，照片更好看。

因此，在手机尺寸目前已经不太可能再变大的前提下，手机使用图像传感器尺寸不太可能再有多大的提升空间，因此如果想实现单反相机类似的背景虚化效果，就需要靠算法了。简单来说，就是让手机判断出图像中哪儿是被拍摄物体，哪儿是无关紧要的背景，进而把背景虚掉，让主体清晰。

这时候景深镜头就要出马了。目前主流手机景深镜头多为ToF镜头，ToF，全名叫做Time-of-Flight，粗暴翻译就是飞行的时间。谁的飞行时间？红外线的飞行时间。

ToF镜头会向前方发射红外线，并计算投射到不同点位的红外线反射回来的时间，根据时间差，就可以得知不同点位到手机镜头的距离，进而识别出被拍摄画面不同平面的深度，也就是景深。

这样，手机就知道谁和被拍摄主体（就是对焦的部位）在一个平面、谁和被拍摄主体不在一个平面（前景或者背景），就可以实现仅仅清晰展示被拍摄主体、虚化掉其他景深物体的效果了。

原理倒是不复杂，其实就是传感器尺寸不够，ToF算法来凑，所以手机拍出的虚化照片或多或少会存在由于景深判断不准造成的拍摄物体边缘模糊的现象。

03提升图像画质

除了以上两个主要多摄功能，手机摄像头还有比较高端的玩法，归根结底就是进一步提升手机拍摄图片的清晰度、真实度、还原度，比如纯黑白镜头。顾名思义，这是一颗只能识别亮度，不能识别色彩的镜头，其更能识别出画面的细节，必须与彩色镜头结合才能生成更清晰的彩色照片。

04手机需要这么多摄像头吗？

很多用户会说，手机多摄像头就是手机厂商间恶性竞争下的强行增加卖点之举，但其实我倒是认为手机的多摄更多是无奈之举。就像一旦你接受了1080P、4K、8K的视频清晰度后，再返回来看480P的视频就会觉分辨率辣眼睛一样，一旦你已经接受了手机拍照应该不输于相机的设定后，就很难再走回头路，于是乎，手机厂商们为了满足消费者更高的欲望，只能在当前摄像头技术、图像传感器技术并无变革的情况下，采用这么一种看似扯淡、实则合理的方式来实现手机摄像技术向其极限的一步步迈进。

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