手機(jī)雙后置攝像頭專利技術(shù)綜述

姚楠

摘 要：隨著智能手機(jī)的不斷更新?lián)Q代，可以定格美好瞬間的拍照功能強(qiáng)大的智能手機(jī)成為用戶的首選，在不斷提升相機(jī)像素的同時(shí)，“雙后置攝像頭”的解決方案也已漸成趨勢。本文介紹了手機(jī)雙后置攝像頭技術(shù)發(fā)展歷程，分析了手機(jī)雙后置攝像頭的主要技術(shù)分支及代表性專利，并對主要技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡單梳理。

關(guān)鍵詞：手機(jī)；雙后置；攝像頭；拍攝效果

中圖分類號：TN948 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）19-0045-02

1 手機(jī)雙后置攝像頭技術(shù)發(fā)展歷程

手機(jī)雙后置攝像頭，顧名思義，就是手機(jī)背面有兩個(gè)攝像頭。手機(jī)雙后置攝像頭的設(shè)計(jì)理念源自民用相機(jī)領(lǐng)域。最初的手機(jī)雙后置攝像頭設(shè)計(jì)目的簡單，是為了實(shí)現(xiàn)裸眼3D效果，也就是利用兩個(gè)完全一樣的攝像頭模仿人眼的立體視覺，通過雙鏡頭間的視角不同形成視差，然后利用手機(jī)自身的裸眼3D屏幕觀看。這種帶有后置雙攝像頭的手機(jī)主要出現(xiàn)在2011年左右，后因?yàn)閷?shí)用性不高、實(shí)際體驗(yàn)效果欠佳等原因逐漸退出大眾視線。其中比較有代表性的為宏達(dá)國際電子股份有限公司（HTC）生產(chǎn)的HTC G17，HTC同時(shí)提交了涉及3D拍攝的專利申請。

隨著第一代雙后置攝像頭手機(jī)產(chǎn)品的曇花一現(xiàn)，2012-2013年的雙后置攝像頭手機(jī)市場幾乎是空白，相關(guān)專利申請也相對較少。而2014年以來，雙后置攝像頭手機(jī)重新回到人們視線，2016年更是呈現(xiàn)井噴態(tài)勢，因此該階段也出現(xiàn)了大量改進(jìn)型專利申請[1]。與第一代旨在裸眼3D的雙后置攝像頭手機(jī)不同，第二代雙后置攝像頭手機(jī)更側(cè)重于借助雙攝像頭配置提高拍攝效果和畫質(zhì)，雙攝像頭技術(shù)已經(jīng)越來越偏重于實(shí)用性。

目前，隨著VR、AR市場的火熱，雙攝的應(yīng)用領(lǐng)域再次得到拓展，未來雙后置攝像頭技術(shù)將瞄準(zhǔn)虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用方向，通過雙攝像頭實(shí)現(xiàn)3D掃描和建模，這將大幅度降低雙攝測距、3D建模的難度和成本。

2 技術(shù)分支及其代表性專利介紹

通過對雙后置攝像頭的了解及專利文獻(xiàn)的閱讀，本文主要從功能和結(jié)構(gòu)兩方面對雙后置攝像頭進(jìn)行研究。

2.1 按照功能劃分

2.1.1 不同像素立體攝像頭

不同像素立體攝像頭主要由像素較大的主攝像頭和像素較小的副攝像頭構(gòu)成，其中主攝像頭主要負(fù)責(zé)拍攝、副攝像頭則主要是負(fù)責(zé)測算景深范圍和空間信息，形成類似單反相機(jī)大光圈淺景深（背景虛化）的效果。其中代表機(jī)型為HTC One M8。

典型專利申請例如CN205545606U，其中移動(dòng)終端本體包括成像像素不同的兩個(gè)攝像頭，其中，第一攝像頭用于負(fù)責(zé)圖像采集；第二攝像頭則不管是體積還是像素都可以比第一攝像頭小一些，用于拍攝有虛化效果的背景視像，然后將第二攝像頭拍攝的有虛化效果的背景視像與第一攝像頭拍攝的視像合成，生成類似單反相機(jī)大光圈淺景深或背景虛化的效果。

2.1.2 同像素彩色+黑白雙攝

同像素彩色+黑白雙攝，就是在做暗光增強(qiáng)作用的兩個(gè)攝像頭中，一個(gè)用彩色標(biāo)準(zhǔn)攝像頭，一個(gè)用去掉彩色濾波片的黑白攝像頭。彩色標(biāo)準(zhǔn)鏡頭用來記錄色彩信息，而黑白攝像頭由于所有的光線都能沒有阻隔的被捕捉從而可以獲得更好的進(jìn)光量，然后將兩個(gè)圖片融合即可獲得色彩飽滿、光線充足的照片。其中代表機(jī)型為華為P9。

典型專利申請例如CN105578063A，獲取第一攝像頭拍攝的彩色圖像和同一時(shí)間第二攝像頭拍攝的黑白圖像，提取所述彩色圖像中的各像素點(diǎn)的顏色信息參數(shù)及黑白圖像中的各像素點(diǎn)的灰度信息參數(shù)，確定輸出圖像中對應(yīng)像素點(diǎn)的顏色信息參數(shù)；采用本發(fā)明，可以改善低亮度情況下圖像的拍攝效果。

2.1.3 同像素平行雙攝

同像素平行雙攝即使用像素相同的兩個(gè)攝像頭，進(jìn)光量與感光面積是單鏡頭的2倍，有效像素尺寸也隨之提升，像素尺寸加大、進(jìn)光量增加，相片質(zhì)量自然提升。其中代表機(jī)型為酷派鉑頓。

典型專利申請例如CN102984355A，在手機(jī)主體內(nèi)安裝有第一攝像頭及與所述第一攝像頭間隔預(yù)設(shè)距離的第二攝像頭，兩攝像頭同步采集圖像數(shù)據(jù)，其中兩攝像頭模組的拍攝參數(shù)相同；將所述圖像數(shù)據(jù)合成為2D圖像；該技術(shù)方案可提高拍照時(shí)的視角和圖像的立體感、層次感及整體畫質(zhì)等性能。

2.1.4 同像素定焦+廣角雙攝

一般搭載一顆廣角鏡和一顆定焦鏡（視角窄），分別采集一幅近景和一幅遠(yuǎn)景圖像，手機(jī)內(nèi)置算法會(huì)將兩張照片合成為一張來模擬光學(xué)變焦功能，全面提升照片的分辨率，增強(qiáng)動(dòng)態(tài)范圍和景深。同時(shí)，也可以根據(jù)需要選擇取景范圍不同的兩個(gè)攝像頭進(jìn)行單獨(dú)拍攝，以獲得不同對焦效果的圖片。

典型專利申請例如CN104333703A，其在攝像頭拍攝模式設(shè)置為全景深模式下，啟動(dòng)近焦攝像頭和遠(yuǎn)焦攝像頭；針對同一景物，所述近焦攝像頭和遠(yuǎn)焦攝像頭同時(shí)拍攝兩張不同景深的圖片，合成以得到全景深圖片；本發(fā)明能夠在不增加雙攝像頭模組尺寸、從而不加大終端尺寸和制造成本的前提下，最終得到清晰度較高的圖片。

2.2 按照功能劃分

2.2.1 一體結(jié)構(gòu)

一個(gè)線路板上同時(shí)封裝兩顆攝像頭模組，然后增加支架固定和校準(zhǔn)。該結(jié)構(gòu)對兩顆攝像頭的封裝精密度要求較高，需要高精密封裝設(shè)備完成，對兩顆攝像頭的偏移度、光軸傾斜度控制極高，需要通過特殊的硬件材料如高平整度的線路板、堅(jiān)固的底座、消磁的馬達(dá)，也需要特殊的封裝工藝來完成。這種方案硬件成本高、設(shè)備投入大、圖像合成效果豐富。代表機(jī)型為華為榮耀6PLUS。

典型專利申請例如CN104349030A，其手機(jī)殼體連接有第一攝像頭和第二攝像頭；由于兩個(gè)攝像頭可以在同一電路板上進(jìn)行布線，其結(jié)構(gòu)緊湊，占用殼體內(nèi)部空間小，利于產(chǎn)品的輕薄化發(fā)展。

2.2.2 分體結(jié)構(gòu)

兩顆單獨(dú)的攝像頭，通過支架固定校準(zhǔn)。這種方案對組裝精密度要求相對較低，不需要投入高精密設(shè)備，硬件上也只增加了固定支架，生產(chǎn)工序是也只增加的攝像頭校準(zhǔn)和支架固定。該方案硬件成本低，生產(chǎn)設(shè)備投資小，但圖像合成的效果少。代表機(jī)型為HTC ONE M8。endprint

典型專利申請例如CN104333687A，其雙攝像頭裝置包括并排設(shè)置的第一攝像頭模組和第二攝像頭模組，其中兩攝像頭模組分別采用獨(dú)立的印刷電路板；本申請中雙攝像頭裝置通過加強(qiáng)筋隔開，保證了兩個(gè)攝像頭模組的相對尺寸穩(wěn)定，從而提高成像畫質(zhì)，提升了用戶體驗(yàn)效果。

3 技術(shù)研究現(xiàn)狀

雙攝像頭產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)的出現(xiàn)，帶動(dòng)了包括終端廠商、算法、硬件模組等在內(nèi)的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。下文將從產(chǎn)業(yè)鏈中幾個(gè)重要分支入手，從專利申請的角度，對各分支技術(shù)研究現(xiàn)狀及相關(guān)企業(yè)研究重點(diǎn)進(jìn)行分析。以下數(shù)據(jù)來源主要為截止到2017年6月，在中國提交的涉及手機(jī)雙后置攝像頭技術(shù)的專利申請。

3.1 主要終端廠商

差異化設(shè)計(jì)是雙后置攝像頭發(fā)展的推動(dòng)力，近年來，各終端廠商結(jié)合市場需求，積極開展雙后置攝像頭相關(guān)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作，并取得了階段性進(jìn)展。目前已經(jīng)有多家國內(nèi)外手機(jī)公司推出了雙后置攝像頭手機(jī)或者已經(jīng)申請了相關(guān)的專利，主要終端廠商專利申請情況見圖1。

由圖1可以看出，廣東歐珀移動(dòng)通信有限公司（OPPO）是雙后置攝像頭相關(guān)專利申請的主要企業(yè)，其專利申請涵蓋了攝像頭硬件結(jié)構(gòu)、照片合成算法優(yōu)化、目標(biāo)測距等各個(gè)方面。而華為、酷派、蘋果等終端廠商雖然近年來均已在市場上推出了自己的雙后置攝像頭手機(jī)的熱點(diǎn)產(chǎn)品，但其專利申請數(shù)量并不多。其中，蘋果在2016年發(fā)布的IPHONE7手機(jī)正是以雙后置攝像頭作為主推，被稱為將重新卷起雙后置攝像頭的熱潮[2]，蘋果公司在我國申請的雙后置攝像頭相關(guān)專利中最早是在2015年提交的專利申請CN105245771A，該申請附圖見圖2。該申請采用具有不同焦距的兩個(gè)相機(jī)單元分別獲取兩個(gè)不同視場的圖像，并作為單獨(dú)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保存到存儲(chǔ)介質(zhì)中以進(jìn)行照片合成，該申請的技術(shù)方案在其他公司的專利申請中也有所涉及。

3.2 算法

提到雙攝像頭的算法，就不得不提到ISP（Image Signal Processing圖像信號處理器），目前主要包括單ISP同時(shí)控制左右攝像頭及雙路ISP分別控制左右攝像頭兩種方式，ISP主要用來對前段圖像傳感器輸出的信號進(jìn)行后期處理，有線性糾正、噪聲去除、壞點(diǎn)去除、內(nèi)插、自平衡、總動(dòng)曝光控制等功能，ISP對雙攝模組支持度的提升以及更好的集成圖像處理算法具有重要作用。目前主要的國內(nèi)外ISP算法公司包括Linx（被蘋果收購）、華晶、興芯微電子等。

在算法具體應(yīng)用方面，各企業(yè)都有優(yōu)劣。從目前已經(jīng)推出的雙后置攝像頭手機(jī)效果來看，各家的算法還有待提高。通過對雙后置攝像頭手機(jī)算法相關(guān)申請進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)目的在于提升拍照效果的申請占比較大，約為56%；其次是與3D立體拍攝[3]相關(guān)的申請，約為36%，且3D立體拍攝相關(guān)的申請近一兩年有重新走高趨勢；最后為其他與鏡頭質(zhì)量檢測，智能識別，測距等輔助應(yīng)用相關(guān)的申請，約為8%，算法相關(guān)申請分布情況，見圖3。

通過對其中提升拍照效果的相關(guān)專利申請進(jìn)行進(jìn)一步梳理，統(tǒng)計(jì)出與變焦、對焦相關(guān)的專利申請占28%；與全景拼接相關(guān)的專利申請占23%；與逆光、暗光補(bǔ)償相關(guān)的專利申請占12%；與去抖動(dòng)、照片模糊校正相關(guān)的專利申請占20%，其他占17%。由此可見，提升拍照效果的相關(guān)專利申請的下級技術(shù)分支，申請數(shù)目較為均衡。

3.3 硬件結(jié)構(gòu)

雙后置攝像頭的發(fā)展，必然與雙攝模組的工藝和良率的提升密不可分。目前制造雙攝像頭的模組企業(yè)，主要包括：光寶、舜宇、三星機(jī)電等。

雙攝對兩個(gè)攝像頭的同軸度要求非常好，從工藝流程來看，芯片貼裝，鏡頭組裝和線路平整度等都對同軸度有著直接影響。此外，磁干擾問題也是雙攝需要解決的主要問題。因此，如何進(jìn)行雙攝像頭的合理布局就顯得尤為重要。

對硬件結(jié)構(gòu)相關(guān)的專利申請進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，與手機(jī)規(guī)模小型化相關(guān)的專利申請占32%，其重心在于盡量減小手機(jī)的尺寸、厚度、重量等，真正實(shí)現(xiàn)便攜；與方便安裝相關(guān)的專利申請占23%，主要涉及卡槽等的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)；與降低生產(chǎn)成本相關(guān)的專利申請占28%，例如通過轉(zhuǎn)軸等方式減少閑置鏡頭模組的數(shù)目，實(shí)現(xiàn)一個(gè)鏡頭模組的多用途（前置和后置共用一個(gè)鏡頭模組）；與抗磁干擾相關(guān)的專利申請占5%；其他占12%，硬件結(jié)構(gòu)相關(guān)申請分布情況，見圖4。

4 結(jié)語

本專利技術(shù)綜述簡要介紹了手機(jī)雙后置攝像頭相關(guān)技術(shù)分支，及技術(shù)研究現(xiàn)狀，有助于對手機(jī)雙后置攝像頭技術(shù)進(jìn)行初步了解，對相關(guān)專利申請的檢索有一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

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[2]小河.iphone 7的雙攝像頭能改變世界么[J].個(gè)人電腦，2016，（4）：89-92.

[3]梁發(fā)云，等.雙鏡頭3D攝像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與標(biāo)定[J].電視技術(shù)，2013，（7）：179-182.endprint