接續前文:手機攝影鏡頭再進化:三個比兩個更厲害?(上)  

支援低光線拍攝的三鏡頭配置

三鏡頭攝影機能讓使用者在光線相對較暗的場景中拍攝照片,而且變焦功能也不會打折扣。在演唱會現場拍攝舞台上的畫面就是一個很好的例子,這種場景不但需要變焦,而且需要能支援低光線拍攝。

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支援低光線拍攝的三鏡頭配置
(來源:Corephotonics)

連續變焦功能源自於以下幾點:

  1. 單色攝影機(Camera I)因為沒有使用通常會配置在彩色攝影機感測器畫素中的拜爾濾色鏡陣列(Bayer filter array),而能提供更高的對角線解析度(diagonal resolution);在這種系統中,能使用彩色攝影機(Camera II與Camera III)來實現色彩重現。

  2. 單色廣角攝影機與彩色廣角攝影機(Camera I與Camera II)不同的空間取樣尺寸(例如畫素尺寸),也有助於此雙鏡頭子系統的整體放大倍率性能。

  3. 第三個攝影機還能支援來自望遠鏡頭之更高的中央解析度(center resolution)。

強化低光線拍攝性能,源自於與三鏡頭都有相關的、相對較低的焦比(f/#;鏡頭光圈設定)。將彩色攝影機(Camera II)輸出訊框與單色攝影機(Camera I)輸出訊框融合,會取得是前者兩倍的光線,如此也能大幅改善SNR。

兩倍曝光的效益是不採用彩色濾光片陣列的結果,因為在彩色濾光片中,每個畫素會被過濾為只記錄三種色彩中的一種,以犧牲整體潛在可吸收光線為代價。

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RGB/單色(Mono)/望遠(Tele)三鏡頭能支援更佳的光線敏感度以及光學變焦
(來源:Corephotonics)

另一個這種三鏡頭配置方案勝過現有雙鏡頭變焦攝影機的顯著優勢,是在Camera I與Camera II之間有較大的重疊視野(field of view,FoV);這種功能可以在擴增實境(AR)以及數位散景(淺化背景深度的效果)等多種應用中,支援整體寬廣FoV中的立體深度感測,

而此種配置的一個顯著缺點是在靜態影像擷取時的快門延遲相對較高,而且在視訊錄影時的低光線拍攝性能就沒有改善;此外很重要的是,這類攝影機系統的功耗必須小心監控,以避免當三鏡頭同時運作時發生懸崖式掉電。

支援廣角拍攝的三鏡頭配置

鏡頭排列順序對系統性能會有影響;舉例來說,將廣角彩色攝影機放在中間,能在視訊拍攝時支援較順暢的廣角鏡頭到望遠鏡頭過渡,同時簡化兩相鄰攝影機(彩色與單色)之間的融合程序。但這種配置的代價是犧牲立體深度感測精確度,不過能透過將廣角彩色攝影機與廣角單色攝影機放在相對兩端來改善。

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魚眼變焦攝影機配置
(來源:Corephotonics)

這種攝影機配置會非常適合旅遊愛好者;舉例來說,在拍攝開闊的景觀時,超廣角鏡頭能避免一般採用影像拼接的拍攝模式。同時非常有助於在變焦時擷取精細的影像細節;現在的智慧型手機只能讓使用者在影像品質較佳的光學變焦或是超廣角畫面中二選一,但三鏡頭配置就不需要做出這種抉擇。

相較於前一種三鏡頭配置,這種配置能以更經濟的方式處理功耗,因為大多數時間只有一個鏡頭啟動,依據使用者的變焦倍數;此外此攝影機陣列順序背後的邏輯會更直接,因為依據攝影機放大性能,相鄰的兩攝影機之間會一直以連續模式無縫切換。

這類系統的挑戰在於超廣角鏡頭會有相對較高的影像失真,特別是在視訊平滑過渡、融合兩個影像甚或是工廠校準程序時;不過熱愛攝影的手機使用者,會非常欣賞望遠鏡頭較長的焦距,能讓他們從遠處拍攝到效果更好的目標物特寫。

支援折疊式望遠攝影機的三鏡頭配置

這種三鏡頭配置也能讓使用者享受前所未有的真正5倍光學變焦,不需要妥協於今日的智慧型手機外觀(也就是能與無邊框全螢幕顯示器共存的5mm高度攝影機)。而儘管F/#相對較高(例如f/2.8),望遠鏡頭的低光線拍攝性能也很出色,因為折疊式望遠鏡頭強化了入攝瞳(pupil),比起標準RGB廣角鏡,能擷取五倍以上的光線;比起前面提到的這種配置中的廣角攝影機,光線擷取量則是超過2.5倍。

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採用先進摺疊光學技術的三鏡頭配置
(來源:Corephotonics)

這種超級變焦三鏡頭配置,從1到5倍變焦都能提供無縫、連續的變焦體驗,無論是拍攝靜態影像或是4K視訊錄影;結合多訊框(multi-frame)技術、影像融合以及多階影像(multi-scaling),這種攝影機最高能提供25倍變焦。結合可折疊變焦光學元件與OIS技術,這種先進的三鏡頭系統能改善今日智慧型手機攝影機的兩大缺陷:低光線拍攝性能以及光學變焦倍數不足。

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廣角/2倍望遠/5倍望遠拍攝
(來源:Corephotonics)

報酬遞減原則

我們在這篇文章中探討了三鏡頭攝影系統的關鍵挑戰,以及可能很快會被業者採用的三種不同攝影機配置方法。

一般來說,報酬遞減原則(Law of Diminishing Returns)也適用於多鏡頭技術,在雙鏡頭配置中的第二個攝影機在提升使用者體驗上提供了最高的報酬,但任何一種三鏡頭配置中的第三個攝影機,可能需要為整體使用者體驗帶來很明顯的價值,才能抵銷其添加的額外成本、佔位面積以及複雜度。

無論如何,三鏡頭配置能充分解決低光線拍攝時的限制(包括靜態影像與動態視訊擷取),同時提供適當的光學變焦能力(3倍以上),這在近期之內會成為對手機業者來說最具說服力的解決方案。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: Triple Cameras: Are Three Better Than Two?,by Gil Abraham;本文作者為以色列公司Corephotonics產品管理總監)