手机双后置摄像头专利技术综述

姚楠

摘 要：随着智能手机的不断更新换代，可以定格美好瞬间的拍照功能强大的智能手机成为用户的首选，在不断提升相机像素的同时，“双后置摄像头”的解决方案也已渐成趋势。本文介绍了手机双后置摄像头技术发展历程，分析了手机双后置摄像头的主要技术分支及代表性专利，并对主要技术研究现状进行了简单梳理。

关键词：手机；双后置；摄像头；拍摄效果

中图分类号：TN948 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）19-0045-02

1 手机双后置摄像头技术发展历程

手机双后置摄像头，顾名思义，就是手机背面有两个摄像头。手机双后置摄像头的设计理念源自民用相机领域。最初的手机双后置摄像頭设计目的简单，是为了实现裸眼3D效果，也就是利用两个完全一样的摄像头模仿人眼的立体视觉，通过双镜头间的视角不同形成视差，然后利用手机自身的裸眼3D屏幕观看。这种带有后置双摄像头的手机主要出现在2011年左右，后因为实用性不高、实际体验效果欠佳等原因逐渐退出大众视线。其中比较有代表性的为宏达国际电子股份有限公司（HTC）生产的HTC G17，HTC同时提交了涉及3D拍摄的专利申请。

随着第一代双后置摄像头手机产品的昙花一现，2012-2013年的双后置摄像头手机市场几乎是空白，相关专利申请也相对较少。而2014年以来，双后置摄像头手机重新回到人们视线，2016年更是呈现井喷态势，因此该阶段也出现了大量改进型专利申请[1]。与第一代旨在裸眼3D的双后置摄像头手机不同，第二代双后置摄像头手机更侧重于借助双摄像头配置提高拍摄效果和画质，双摄像头技术已经越来越偏重于实用性。

目前，随着VR、AR市场的火热，双摄的应用领域再次得到拓展，未来双后置摄像头技术将瞄准虚拟现实和增强现实的应用方向，通过双摄像头实现3D扫描和建模，这将大幅度降低双摄测距、3D建模的难度和成本。

2 技术分支及其代表性专利介绍

通过对双后置摄像头的了解及专利文献的阅读，本文主要从功能和结构两方面对双后置摄像头进行研究。

2.1 按照功能划分

2.1.1 不同像素立体摄像头

不同像素立体摄像头主要由像素较大的主摄像头和像素较小的副摄像头构成，其中主摄像头主要负责拍摄、副摄像头则主要是负责测算景深范围和空间信息，形成类似单反相机大光圈浅景深（背景虚化）的效果。其中代表机型为HTC One M8。

典型专利申请例如CN205545606U，其中移动终端本体包括成像像素不同的两个摄像头，其中，第一摄像头用于负责图像采集；第二摄像头则不管是体积还是像素都可以比第一摄像头小一些，用于拍摄有虚化效果的背景视像，然后将第二摄像头拍摄的有虚化效果的背景视像与第一摄像头拍摄的视像合成，生成类似单反相机大光圈浅景深或背景虚化的效果。

2.1.2 同像素彩色+黑白双摄

同像素彩色+黑白双摄，就是在做暗光增强作用的两个摄像头中，一个用彩色标准摄像头，一个用去掉彩色滤波片的黑白摄像头。彩色标准镜头用来记录色彩信息，而黑白摄像头由于所有的光线都能没有阻隔的被捕捉从而可以获得更好的进光量，然后将两个图片融合即可获得色彩饱满、光线充足的照片。其中代表机型为华为P9。

典型专利申请例如CN105578063A，获取第一摄像头拍摄的彩色图像和同一时间第二摄像头拍摄的黑白图像，提取所述彩色图像中的各像素点的颜色信息参数及黑白图像中的各像素点的灰度信息参数，确定输出图像中对应像素点的颜色信息参数；采用本发明，可以改善低亮度情况下图像的拍摄效果。

2.1.3 同像素平行双摄

同像素平行双摄即使用像素相同的两个摄像头，进光量与感光面积是单镜头的2倍，有效像素尺寸也随之提升，像素尺寸加大、进光量增加，相片质量自然提升。其中代表机型为酷派铂顿。

典型专利申请例如CN102984355A，在手机主体内安装有第一摄像头及与所述第一摄像头间隔预设距离的第二摄像头，两摄像头同步采集图像数据，其中两摄像头模组的拍摄参数相同；将所述图像数据合成为2D图像；该技术方案可提高拍照时的视角和图像的立体感、层次感及整体画质等性能。

2.1.4 同像素定焦+广角双摄

一般搭载一颗广角镜和一颗定焦镜（视角窄），分别采集一幅近景和一幅远景图像，手机内置算法会将两张照片合成为一张来模拟光学变焦功能，全面提升照片的分辨率，增强动态范围和景深。同时，也可以根据需要选择取景范围不同的两个摄像头进行单独拍摄，以获得不同对焦效果的图片。

典型专利申请例如CN104333703A，其在摄像头拍摄模式设置为全景深模式下，启动近焦摄像头和远焦摄像头；针对同一景物，所述近焦摄像头和远焦摄像头同时拍摄两张不同景深的图片，合成以得到全景深图片；本发明能够在不增加双摄像头模组尺寸、从而不加大终端尺寸和制造成本的前提下，最终得到清晰度较高的图片。

2.2 按照功能划分

2.2.1 一体结构

一个线路板上同时封装两颗摄像头模组，然后增加支架固定和校准。该结构对两颗摄像头的封装精密度要求较高，需要高精密封装设备完成，对两颗摄像头的偏移度、光轴倾斜度控制极高，需要通过特殊的硬件材料如高平整度的线路板、坚固的底座、消磁的马达，也需要特殊的封装工艺来完成。这种方案硬件成本高、设备投入大、图像合成效果丰富。代表机型为华为荣耀6PLUS。

典型专利申请例如CN104349030A，其手机壳体连接有第一摄像头和第二摄像头；由于两个摄像头可以在同一电路板上进行布线，其结构紧凑，占用壳体内部空间小，利于产品的轻薄化发展。

2.2.2 分体结构

两颗单独的摄像头，通过支架固定校准。这种方案对组装精密度要求相对较低，不需要投入高精密设备，硬件上也只增加了固定支架，生产工序是也只增加的摄像头校准和支架固定。该方案硬件成本低，生产设备投资小，但图像合成的效果少。代表机型为HTC ONE M8。endprint

典型专利申请例如CN104333687A，其双摄像头装置包括并排设置的第一摄像头模组和第二摄像头模组，其中两摄像头模组分别采用独立的印刷电路板；本申请中双摄像头装置通过加强筋隔开，保证了两个摄像头模组的相对尺寸稳定，从而提高成像画质，提升了用户体验效果。

3 技术研究现状

双摄像头产业热点的出现，带动了包括终端厂商、算法、硬件模组等在内的整个产业链的发展。下文将从产业链中几个重要分支入手，从专利申请的角度，对各分支技术研究现状及相关企业研究重点进行分析。以下数据来源主要为截止到2017年6月，在中国提交的涉及手机双后置摄像头技术的专利申请。

3.1 主要终端厂商

差异化设计是双后置摄像头发展的推动力，近年来，各终端厂商结合市场需求，积极开展双后置摄像头相关研发和产业化工作，并取得了阶段性进展。目前已经有多家国内外手机公司推出了双后置摄像头手机或者已经申请了相关的专利，主要终端厂商专利申请情况见图1。

由图1可以看出，广东欧珀移动通信有限公司（OPPO）是双后置摄像头相关专利申请的主要企业，其专利申请涵盖了摄像头硬件结构、照片合成算法优化、目标测距等各个方面。而华为、酷派、苹果等终端厂商虽然近年来均已在市场上推出了自己的双后置摄像头手机的热点产品，但其专利申请数量并不多。其中，苹果在2016年发布的IPHONE7手机正是以双后置摄像头作为主推，被称为将重新卷起双后置摄像头的热潮[2]，苹果公司在我国申请的双后置摄像头相关专利中最早是在2015年提交的专利申请CN105245771A，该申请附图见图2。该申请采用具有不同焦距的两个相机单元分别获取两个不同视场的图像，并作为单独的数据结构保存到存储介质中以进行照片合成，该申请的技术方案在其他公司的专利申请中也有所涉及。

3.2 算法

提到双摄像头的算法，就不得不提到ISP（Image Signal Processing图像信号处理器），目前主要包括单ISP同时控制左右摄像头及双路ISP分别控制左右摄像头两种方式，ISP主要用来对前段图像传感器输出的信号进行后期处理，有线性纠正、噪声去除、坏点去除、内插、自平衡、总动曝光控制等功能，ISP对双摄模组支持度的提升以及更好的集成图像处理算法具有重要作用。目前主要的国内外ISP算法公司包括Linx（被苹果收购）、华晶、兴芯微电子等。

在算法具体应用方面，各企业都有优劣。从目前已经推出的双后置摄像头手机效果来看，各家的算法还有待提高。通过对双后置摄像头手机算法相关申请进行统计，发现目的在于提升拍照效果的申请占比较大，约为56%；其次是与3D立体拍摄[3]相关的申请，约为36%，且3D立体拍摄相关的申请近一两年有重新走高趋势；最后为其他与镜头质量检测，智能识别，测距等辅助应用相关的申请，约为8%，算法相关申请分布情况，见图3。

通过对其中提升拍照效果的相关专利申请进行进一步梳理，统计出与变焦、对焦相关的专利申请占28%；与全景拼接相关的专利申请占23%；与逆光、暗光补偿相关的专利申请占12%；与去抖动、照片模糊校正相关的专利申请占20%，其他占17%。由此可见，提升拍照效果的相关专利申请的下级技术分支，申请数目较为均衡。

3.3 硬件结构

双后置摄像头的发展，必然与双摄模组的工艺和良率的提升密不可分。目前制造双摄像头的模组企业，主要包括：光宝、舜宇、三星机电等。

双摄对两个摄像头的同轴度要求非常好，从工艺流程来看，芯片贴装，镜头组装和线路平整度等都对同轴度有着直接影响。此外，磁干扰问题也是双摄需要解决的主要问题。因此，如何进行双摄像头的合理布局就显得尤为重要。

对硬件结构相关的专利申请进行统计，与手机规模小型化相关的专利申请占32%，其重心在于尽量减小手机的尺寸、厚度、重量等，真正实现便携；与方便安装相关的专利申请占23%，主要涉及卡槽等的细节设计；与降低生产成本相关的专利申请占28%，例如通过转轴等方式减少闲置镜头模组的数目，实现一个镜头模组的多用途（前置和后置共用一个镜头模组）；与抗磁干扰相关的专利申请占5%；其他占12%，硬件结构相关申请分布情况，见图4。

4 结语

本专利技术综述简要介绍了手机双后置摄像头相关技术分支，及技术研究现状，有助于对手机双后置摄像头技术进行初步了解，对相关专利申请的检索有一定的借鉴作用。

参考文献

[1]张毅.双摄像头为手机拍照带来了什么[J].电脑迷，2015，（7）：28-29.

[2]小河.iphone 7的双摄像头能改变世界么[J].个人電脑，2016，（4）：89-92.

[3]梁发云，等.双镜头3D摄像系统的设计与标定[J].电视技术，2013，（7）：179-182.endprint