在雙鏡頭年代，你的手機鏡頭已經不再是鏡頭

正如不少媒體所預料，iPhone 7 Plus 進入了雙鏡頭的時代。
雖然説 iPhone 絕不是第一個使用雙鏡頭的手機，但愛範兒主筆 Odin 曾指出，蘋果甚少採用最前沿的技術，但往往會把還未能量產、或成本太高的新技術，透過大量生產的方式來降低售價，這些零件才能得以普及，促使整個產業跟進。


同樣地，iPhone 7 絕不是第一個採用雙鏡頭設計的手機 ，但考慮到 iPhone 的影響力，愛範兒相信：手機的雙鏡頭年代快將開始。

手機鏡頭的死衚衕

為什麼手機要用雙鏡頭？關鍵在於手機照相能力已到了盡頭。

手機作為一個大眾化的消費級產品，一直都處於照相能力的軍備競賽之中。最初手機照相能力之爭，重點在於分辨率：由 60 萬、200 萬、500 萬、800 萬一直鬥到千萬級以上，非要把手機的畫面放大到“數毛”的階段，業界才發現手機 CMOS 的尺寸與分辨率已經去到難以共存的地步。

然後，產業之間開始不斷的增加鏡片數目、也不斷的增大鏡頭光圈、不斷的增大 CMOS 面積、不斷的加入光學防抖等零部件，直至連 iPhone 也有一個醜得不能再醜的凸出鏡頭（下圖），直至連 iPhone 也要為加入光學防抖而砍掉 3.5mm 耳機，大眾才開始留意到：手機內部已經難以單純透過硬件來提升成像能力。

更重要的是：手機廠商值得為了提升相機的成像能力而作進一步的犧牲嗎？在經濟學上有一個邊際效用遞減定律 (Law of diminishing marginal utility)，指的當消費者會增加一個單位產品所取得的額外效用，會隨着數量的增加而下降，直至邊際效用達到負值時（即每增加一單位產品，效用反而減少），消費者將不會喜愛該產品。
手機鏡頭的邊際效用定律

同樣地，手機鏡頭的性能增長，也受到邊際效用遞減定律所桎梏（下圖）。在手機鏡頭髮展的初期，手機的拍攝質素實在太爛，所以我們可以每一次增加分辨率、每一次增加新的鏡片、每一次加大鏡頭和感光元件，都會帶來用户在拍攝體驗上的飛躍。

但是，成像能力的飛躍到了 iPhone 5s 開始進入死衚衕。


當時就有不少評測者，開始把 iPhone 5s 與專業級的單鏡反光相機 (DSLR) 相比；但這絕不是指 iPhone 5s 的真的達到專業級相機的水平，而是指一般用户開始不太在意手機與專業級相機照片的細微差距 ── 儘管對於攝影愛好者來説，差別是巨大的。後來，華為偷偷的把佳能相機的照片，偷偷扮成是旗下手機拍攝的照片（下圖），就已經反映了就連廠商也覺得普通用户根本也不在意，所以才敢指鹿為馬，“以次充好”。


當普通用户已經不再重視那些“細微”的成像提升，但手機公司為了與對手競爭，仍然肆意的把相機元件提升，直至 iPhone 6 那個醜陋的“凸鏡頭”後，導致怨聲四起，業界才開始留意到：手機的空間已經不容我們無限量增加提升成像能力 。

當年用户會被 iPhone 5s 的鏡頭所打動，但很難再為 iPhone 6s 的鏡頭而心動。同樣地，我們不是説單鏡頭不能再繼續提升，但改良鏡頭時所付出愈來愈多的成本、在機身裏所作出愈來愈多的妥協，只能換來攝影愛好者的讚美，但對於一般消費者來説，卻是愈來愈微不足道。

故此，廠商必須在最小的犧牲下，為用户帶來最新的價值。所以，雙鏡頭就應運而生了。

手機鏡頭作為傳感器
雙鏡頭的重要性在哪裏？因為它拍出來的不光是“成像”，而是“數據”。

因為相機鏡頭髮展至今，已經由單純的“鏡頭”，變成手機的其中一個“傳感器”。愛範兒主筆 Odin 在 2013 年 iPad Air 推出時，曾對蘋果沒有提升這“生產力工具”的攝像鏡頭表示失望，原因是：

引用請不要光是把“相機”視作為“相機”，要把它視作為“傳感器”，就知道它的潛力所在 ── 有了相機，你可以把平板當成掃描器 (Scanner)；也可以把平板當成是增長實境 (Augmented Reality) 的屏幕…

事實上自手機進入智能化時代開始，開發者就不斷為手機鏡頭加入“拍照”以外的新功能：手機應用 Scanner Pro 會把手機鏡頭當作掃描器 (Scanner)，微信 (WeChat) 也大量把手機鏡頭當成二維碼掃描器，甚至用作移動支付之用（下圖）；也有手機應用能把鏡頭用作測距，或是把把鏡頭作為 AR 應用。

儘管照相機進入數碼化已經有不短的日子，但一直以來手機廠商重視的是“成像”不是“數據”，所以大家的關注點仍然是“光學”。直至 HDR (High Dynamic Range) 流行後，手機廠商才開始採用多重照片合成，來改善相片質素。

蘋果在 2011 年的 iPhone 4s 開始，在Sony的 CMOS 以外再自行研發自家的圖像信號處理器 (ISP, Image Signal Processor)，在 iPhone 5s 發佈會裏，蘋果展示 iPhone 如何在一次的拍攝裏生成海量的照片，再合成最好的照片（下圖）。當中的每一次光學成像，在處理器裏已經不再是單純的光學影像，而是數據和算法。

同樣地，雙鏡頭的重要性並不是因為它有雙鏡頭。

單純從硬件來看，雙鏡頭拍出來的成像，極其量就是兩張不同質素的照片，單獨看起來意義不大。但如何發揮雙鏡頭的優勢，關鍵已經不單單是光學，而是合成算法 ── 愛範兒早前就曾報道過，蘋果近年雖然在人工智能上默默無聞，但實際上他們早就對此深度研發；剛好在 iPhone 7 的發佈會上，蘋果的高管 Phil Schiller 指出，他們在 iPhone 7 的鏡頭裏大量使用機器學習 (Machine Learning)（下圖）。

簡言之，未來手機鏡頭將會步入新的時代：影像算法和人工智能。

雙鏡頭的“傳感器”作用

目前的消費級設備上的雙鏡頭運算，主要以兩種方式為主，一是雙目“疊加”，二是雙目“視差”。
手機的雙鏡頭運算，目前主要以“疊加”來增強攝影功能。HTC One 和 iPhone 7 一樣，均以雙鏡頭為手段，讓手機在沒有變得更厚的情況下，把兩個影像數據對比，然後進行像素疊加，藉此達至無損／低損的數碼變焦功能。

而華為在雙鏡頭的處理則有點不同：它們以一個黑白、一個彩色的鏡頭組合，利用黑白傳感器有更佳光線感應能力的優勢，再把彩色鏡頭的色彩信息疊加（下圖），藉此取得更好的低光拍攝能力。不過，兩者都可以把不同焦距的效果疊加，然後讓用户能在後期調整景深。


相反，目前不少非手機設備的雙鏡頭運算，卻是以“視差”來測距，藉此進行 3D 建模。目前的體感遊戲設備、VR 設備、以致無人機和無人駕駛汽車的自動避障功能，均過雙鏡頭攝影機透過鏡頭之間的距離，使影像出現“視差”，然後再把兩個不同的影像數據對比，用三角算法計算出鏡頭與對像之間的距離（下圖），並即時繪畫立體影像，藉此渲染虛擬影像、或計劃安全的行駛路線。


然而，由於 VR/AR 技術、以及自動避障技術愈來愈流行，導致早前不少媒體誤以為 iPhone 為首的雙鏡頭陣營，將會把手機帶到 VR 世界裏。

問題是“雙目疊加”和“雙目視差”的設備，在目前的科技下仍然是個矛盾命題：雙鏡頭的兩個影像的差距愈少愈好，系統才能更準確的把影像無瑕疊加，故此，兩個鏡頭必須儘量靠攏在一起；但 VR/AR 所用的雙目視差，兩個影像必須有夠差距，兩者之間的夾角才能增加，運算精度才能提高，所以兩個鏡頭之間的距離必須愈遠愈好。


除了是雙鏡頭距離之間的矛盾之外，目前使用雙目視差來進行 3D 建模，所需要的計算能力遠遠比影像疊加要高。大疆 Phantom 4 就以專門的 FPGA 來進行雙目運算，而 HTC Vive 更需要高端桌面電腦來能推動，而坊間大部份的無人駕駛汽車也要使用“核彈頭”級別的專門圖像處理器來計算。但以目前手機芯片的處理速度和手機的續航力來説，根本不足以進行 3D 建模。

簡言之，iPhone 在短期內，不可能透過雙鏡頭做到任何與 VR/AR 有關的事。

但是這代表蘋果“未來”真的不可能透過相機頭加入 VR/AR 陣營嗎？我們並不知道。但是，愛範兒早前引述蘋果 CEO 庫克的説法：VR 和 AR 兩者，他們更重視的是 AR。而 AR 正是需要大量使用鏡頭作傳感器的交互方式。
也許 iPhone 在今天的水平仍然不足以在 AR 做些什麼事，但蘋果在 iPhone 7 上開始，累積雙鏡頭的算法，等候幾年後的硬件爆發時，就可能是時候了。

手機攝影將會進入新時代

雖然如此，也許目前的科技未能協調兩者的矛盾，但在雙鏡頭的帶領下，未來手機攝影仍然不可避免的進入“智能”、甚至是“計算機視覺”的時代。

以往“愛範兒”也能造手機的時代已經改變，手機廠商將很難光以強大的供應鏈能力，以採購元件和把開源系統進小修小補，就能推出手機。所以，沒有算法和人工智能技術的廠商，將會愈來愈吃虧（大家還記得有多少人吐槽華為的雙鏡頭吧）（下圖）。


蘋果也是一樣。早前愛範兒負責影音的編輯樑夢麟，評價 iPhone 7 Plus 的虛化時，覺得這效果比起先前引入雙鏡頭的手機廠商來説還是可以，朋友圈來的好評度頗高，但從攝影師的角度去看，這些照片（下圖）距離相機還是有很長的距離。而且與通過光學效果實現虛化相比，蘋果在現階段的數碼算法還不能達到這個高度。


很明顯，蘋果在這方面還有很長很長的路要走。

同樣地，相機元件廠商未來也要面對巨大的挑戰。以往只提供硬件平台的他們，將要進一步提更完善的相機算法方案，更可能要與手機芯片製造商合作，把計算能力和影像計算整合，併為未來的手機元件產業帶來更大的衝擊，就例如高通 (Qualcomm) 就準備好雙鏡頭模組方案，手機廠準備打開錢包買新組件吧。

且讓我們拭目以待，這一次的雙鏡頭革命會如何改變手機生態吧。

題圖來自 giphy


資料來源：愛範兒（ifanr）