仿生“复眼”摄像是智能手机用摄像头终极演化方向

自从2007年苹果推出新一代智能手机后，不但诺基亚、摩托罗拉等大牌手机逐渐损落，华为、小米、OPPO、VIVO、一加等后起之秀的本土品牌手机厂商之间的竞争也越来越激烈，他们从营销到硬件，从技术到创新全面进行竞争。其中手机摄像头的技术创新就非常激烈，从单摄到最新诺基亚推出的五摄智能手机，中间的技术创新间隔越来越短。

诺基亚品牌运营商HMD 将于12 月5 日正式发布Nokia 8.1 和Nokia 9 PureView。其中， Nokia 9 PureView 最大的亮点是获得蔡司认证的六相机阵列设计，其中手机后置将搭载五个镜头，一个传感器以及一个闪光灯， 7个小圆圈组成了一个六边形。

随着智能手机品牌厂商之间的竞争，智能手机用的摄像头将采用“复眼”摄像模式。

单摄智能手机

双摄智能手机

三摄智能手机

五摄智能手机

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未来的“复眼”智能手机

“复眼”智能手机离我们还有多远？

苍蝇的眼睛是一种“复眼”，由3000多只小眼组成，人们模仿它制成了“蝇眼透镜”。“蝇眼透镜”是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成的，用它作镜头可以制成“蝇眼照相机”，一次就能照出千百张相同的相片。这种照相机已经用于印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路，大大提高了工效和质量。“蝇眼透镜”是一种新型光学元件，它的用途很多。

据悉，复眼式摄像头采用了一组传感器阵列中的信号整合，可轻松捕捉到具有强烈纵深感的景物和细节，并且它最大的好处就是可以随意拍照，支持后期对照片焦点任意选择。也就是说，它不像以往的摄像头那般，需用对焦后才能拍摄出清晰的物体，而是可根据用户意愿，随意锁定照片的焦点所在，具有无线景深和随意改变照片焦点的功能。

在早前，光学成像公司Pelican Imaging展示了一款16镜头阵列组成的光学摄像头设备原型。对于Pelican Imaging研发的这款复眼式摄像头，此前诺基亚曾表示有计划收购该公司，使其能够应用在诺基亚Lumia系列的Windows Phone手机上。随着诺基亚手机品牌一系列地转卖，推出带有复眼式摄像头的手机最后不了了之。

瑞士一件光学电子企业，宣布开发成功了一款前所未有的数码相机产品：一台“复眼型”数码相机。该产品可能首先将在军事领域中得到运用，并且还可能将扩展到民用领域。

仅1.75克昆虫复眼式军用数码相机面世

根据相关科学论证，昆虫的复眼具备了极高的观察能力，其“成像画质“也是目前动物界中最为出色的。其优势主要在于全景的观察视角及出色的反应能力。

该产品成像原理图

而这款仅1.75g的超小型数码相机，运用了相关的技术原理，已经可以实现相关的拍摄功能。其图像传感器采用了半月型排列，虽然所拍的图片像素值并不高，但凭借覆盖180度的拍摄视角，可以轻易地拍摄对应的全景图片。

这款产品体积轻便，非常适合偷拍，所以从军事用途上角度上看，确实有一定的实用性。另外，它拍摄全景照片具备了较快的反应速度，完全不需要旋转相机拍摄或者进行后期合成。

TOMBO（复合光学细微观测模块）项目

大阪大学的研究人员们已经开发出一款超薄型照相机，那款照相机可以测定一幅图像中不同对象之间的距离然后辨认出各个对象的颜色和其他结构特征。实际上，由Jun Tanida领导的这个研究组已经开发出一套综合性硬件和软件系统，利用这套系统可以辨别出图像中的不同对象，重组三维图像。

Tanida说，他深入研究了生物学成像系统尤其是某些昆虫的复眼，并因此得到启发确定了设计的蓝图。这项名为TOMBO（复合光学细微观测模块）的技术实际上是由九块很小的透镜组成的透镜组和模仿昆虫辨别对象的空间、形状和颜色等特征的过程来分析图像的软件组成。

研究人员们将TOMBO技术的硬件集合在一个衬衫纽扣那么大的小盒子里。在如今的移动设备变得越来越小和越来越薄的时代，这样一款复眼照相机可以给手机增加强大的拍照和图像辨别功能。

麻省理工学院的电机工程学教授Frédo Durand说，这款照相机背后的基本原理并不是什么新事物。多年以来，研究人员们一直在不断测试在照相机中采用复眼透镜来提高成像的分辨率。 Durand教授说，大阪大学的研究人员们与这片研究领域的其他人不同，他们将重点集中在开发尽可能小巧的设备以便它可以应用于各种对尺寸有严格要求的特殊应用领域。Durand说，比如一款象TOMBO照相机这样的轻薄型图像辨认系统可以安装在飞机机翼上用来监控目的地。

这项技术背后的基本思想是利用多个透镜来从不同的角度捕获某个图像的信息，就象我们的双眼从不同的两点来观察对象以确定对象的空间位置一样。人眼观察事物的相对角度与对象跟人眼之间的距离有关。另外，对象的颜色和形状也会因双眼观察它的角度和距离以及光源的位置而存在细小的差异。实际上，我们的大脑会比较双眼输入的信息以确定对象与眼睛之间的距离、它的颜色和形状以及其他一些特征。

Tanida说，图像识别算法中就应用了相同的原理。软件可以将九个透镜获得的影像分开，清楚阴影，对图像变形进行补偿修复，然后重新将像素映射到一个二维图像上。 Tanida解释说，重新映射过程中的累计误差可以被用来确定对象的距离、颜色和形状，这样就可以在全三维模式下重建图像，还可以用于图像识别。

杜克大学电机工程学教授Dave Brady说，他认为Tanida的系统非常有用。虽然其中的某些技术比如光学配置和分析对象的某些算法等并非什么全新的技术，但是Tanida的研究组将它们整合在一个小巧的盒子里，可以广泛应用于手机扫描仪到汽车导航系统等各种应用领域。 Brady说：“这项创新更倾向于光学设计和集成方面的创新。”

Tanida承认，TOMBO照相机的图像质量现在只有110万像素，还需要进一步改进，改进的主要方法是改变图像处理算法和增加透镜数量。而且他还说，考虑到这款照相机将因为哪些领域而优化也非常重要。比如，停车场的监控照相机也许只需要较低的分辨率就行了，在这种情况下，照相机就只能配备较少的透镜。然而，军事用途可能会对照相机的分辨率提出较高要求，这样照相机配备的透镜数量就相应更多一些。

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