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计算摄影:为什么谷歌说它的像素4相机会这么好

  • 时间:2019-10-19 19:48 编辑:Stephen Shankland 来源:2KB项目 阅读:391
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摘要:像素4有三个相机,并使用计算摄影引擎盖下。Sarah Tew/CNET什么时候?谷歌周二发布了新款Pixel 4的摄像头,它吹嘘电脑摄影能让手机的照片变得更好,从微光夜视摄影到改进的识别毛发和宠物皮毛的肖像工具。你甚至可以拍星星的照片。什么使

像素4有三个相机,并使用计算摄影引擎盖下。

Sarah Tew/CNET

什么时候?谷歌周二发布了新款Pixel 4的摄像头,它吹嘘电脑摄影能让手机的照片变得更好,从微光夜视摄影到改进的识别毛发和宠物皮毛的肖像工具。你甚至可以拍星星的照片。什么使这一切成为可能呢?计算机摄影,它可以改善你的相机镜头?不可估量的,帮助你的手机匹配,在某些方面超过,甚至昂贵的相机。

谷歌并不孤单。苹果营销总监菲尔·席勒(PhilSchiller)在9月份吹嘘说,iPhone 11的新计算摄影能力是“疯狂的科学”。


但是计算摄影到底是什么呢?

简而言之,这是数字处理,以获取更多的相机硬件-例如,通过改善颜色和照明,同时从黑暗中提取细节。考虑到手机中微小的图像传感器和镜头的局限性,以及相机在我们生活中扮演的越来越重要的角色,这一点非常重要。

听说过像苹果的夜模式和谷歌的夜景这样的术语吗?那些模式,提取明亮,详细的镜头,从困难的昏暗条件下,是计算摄影的工作。但它到处都是。它甚至被安装在第一阶段5.7万美元的中型数码相机中。


window.cnetFunctions.log(“服务加载:iframe_youtube(GDPR同意禁用)”);第一步:HDR和全景

一种早期的计算摄影优点叫做HDR,是高动态范围的缩写。小感应器不是很敏感,这使得他们在一个场景中与明亮和模糊的区域同时挣扎。但是,通过在不同的亮度级别拍摄两张或更多的照片,然后将照片合并成一张照片,数码相机就可以接近更高的动态范围。总之,你可以看到更多的细节,在明亮的高光和黑暗的阴影。


也有缺点。有时候HDR的拍摄看起来是人为的。当主题从一个框架移动到另一个框架时,您可以获得工件。但是自从2010年苹果在iPhone 4上推出HDR以来,我们手机中的快速电子设备和更好的算法已经稳步改进了这种方法。HDR现在是大多数手机相机的默认模式。


谷歌通过HDR+方式将HDR提升到了一个新的水平。它没有结合在黑暗、普通和明亮的曝光下拍摄的照片,而是捕捉了更多的深色、曝光不足的照片。巧妙地将这些照片堆叠在一起,使其达到正确的曝光,但这种方法在明亮的区域做得更好,因此蓝色的天空看起来是蓝色的,而不是被冲走的。它还有助于减少被称为噪声的颜色斑点,因为噪声会损害图像。


2018年,苹果在iPhoneXS一代中接受了同样的想法,即智能HDR。

全景拼接也是计算摄影的一种形式。加入一组并排镜头,让你的手机建立一个身临其境,超宽的形象。当你考虑所有的微妙匹配曝光,颜色和风景,这可能是一个相当复杂的过程。如今,智能手机只需将手机从一边扫到另一边,就可以建立全景图。

Google Pixel 2 portrait mode Google Pixel 2 portrait mode

GooglePixel手机提供了一种模糊背景的肖像画模式。该手机通过机器学习和一种特殊的图像传感器来判断深度。


StephenShankland/CNET 3D视讯

另一种主要的计算摄影技术是3D技术。苹果公司使用双摄像头来立体地观察世界,就像你的眼睛相距几英寸一样。谷歌在其Pixel 3上只有一个主摄像头,它使用图像传感器技巧和人工智能算法来计算场景中的元素有多远。


最大的好处是肖像画模式,它的效果显示一个主题在尖锐的焦点,但模糊的背景成为奶油般的平滑-“不错的bokeh,”在摄影行话。

这是高端单反相机的大,昂贵的镜头是著名的。就像单反和物理一样手机和数学一样。首先,他们将3D数据转换成所谓的深度图,这是一种场景的版本,它知道照片中的每个像素离相机有多远。作为主体的一部分的像素保持锐利,但后面的像素与邻居模糊。


Google的Pixel 4从两种不同的测量数据中收集立体数据--从主相机镜头的一边到另一边的距离,再加上主相机到远摄相机的距离。第一个帮助接近的主题,第二个与更远的,两者的结合有助于改善棘手的照片元素,如飞散的头发。


纵向模式技术可以用于其他目的。这也是苹果公司实现其工作室照明效果的方式,这种效果会对照片进行改造,使之看起来就像一个人站在黑白屏幕前。


深度信息也可以帮助把场景分解成片段,这样你的手机就可以更好地匹配阴影和明亮区域的颜色。谷歌没有这样做,至少现在还没有,但它提出了一个有趣的想法。

Computational photography and Night SightComputational photography and Night Sight

放大图像

谷歌的Pixel 3智能手机拥有一款名为“夜视”的计算摄影功能,它可以拍摄一张挑战4,000美元佳能5D MarkIV单反相机的照片。佳能的更大的传感器性能优于手机,但手机结合了几个镜头,以减少噪音和改善颜色。


StephenShankland/CNET夜视

HDRPlus方法的一个令人高兴的副产品是“夜视”,它于2018年在GooglePixel 3上推出。它使用了同样的技术

苹果公司在2019年的iPhone 11和11 Pro手机上也推出了“夜模式”。


这些模式解决了手机摄影的一个主要缺点:在酒吧、餐馆、派对上拍摄的模糊或黑暗的照片,甚至在光线稀少的普通室内环境下拍摄的照片。在现实世界的摄影中,你不能指望明亮的阳光。


夜间模式也为创造性的表达开辟了新的途径。他们是伟大的城市街景与霓虹灯,特别是如果你有有益的雨,使道路反射所有的颜色。

Pixel 4将它带到了一个新的极端,它的天体摄影模式混合了多达16张照片,每一张15秒长,来捕捉星星和银河系。


超分辨率

谷歌(Google)落后于苹果高端手机的一个领域正在向遥远的主题靠拢。苹果公司有一台额外的摄像头,焦距更长。但谷歌使用了一些巧妙的计算摄影技巧来弥补这一差距。


第一个叫做超分辨率。它依赖于对核心数码相机过程的根本改进。当你的相机拍摄一张照片时,它只捕捉每个像素的红色、绿色或蓝色数据。去噪填充缺失的颜色数据,因此每个像素都有所有三个颜色分量的值。


谷歌的Pixel 3和Pixel 4都依赖于这样一个事实:拍照时你的手会有点晃动。这样,相机就可以为场景中的每一个元素找到真实的红、绿和蓝数据,而无需去解锁。而更好的来源数据意味着谷歌可以比通常的方法更好地对照片进行数字放大。谷歌称其为“超级RES缩放”。(一般来说,光学变焦,就像变焦镜头或第二摄像机一样,比数字变焦有更好的效果。)

在像素4上的超级RES缩放从一个专用的远摄相机中受益。谷歌称,尽管其焦距仅是主相机的1.85倍,但它的清晰度与3倍的光学镜头相当。


在超分辨率技术的基础上,谷歌增加了一项名为RAISR的技术,以挤压出更高的图像质量。在这里,谷歌电脑提前检查了无数张照片,以训练AI模型哪些细节可能与更粗糙的特征相匹配。换句话说,它使用的是在其他照片中发现的模式,这样软件就可以放大比摄像机更远的距离。


iPhone的深度融合

今年iPhone 11的新产品是苹果的“深度融合”(DeepFusion),这是一种在低到中等光线下对同一多张照片的更复杂的变化。它需要四对图像--四张长曝光和四张短曝光--然后是一张更长的曝光照片。它找到最佳组合,分析镜头,以确定它应该优化哪种主题,然后将不同的帧结合在一起。

深层融合功能促使席勒吹嘘iphone 11的“计算摄影疯狂科学”。但它要到iOS 13.2才能面世,而iOS 13.2现在正处于测试阶段。

49-iphone-11

将来自iPhone 11 Pro的照片与去年的iPhoneXS 64照片进行比较,计算摄影有哪些不足?


计算摄影是有用的,但是硬件的限制和物理定律在摄影中仍然很重要。把照片拼接成全景图和数码放大都很好,但是有摄像头的智能手机有更好的计算摄影基础。


这也是苹果今年在iPhone 11和11 Pro上增加了新的超宽摄像头的原因之一,据传Pixel 4将获得一种新的长焦镜头。这也是华为P30 Pro和Oppo Reno 10X Zoom拥有5倍“潜望镜”长焦镜头的原因。

你只能用软件做这么多事情。


奠定基础

计算机处理的第一批数码相机来了。它是如此的基本和重要以至于我们甚至不称它为计算机摄影--但它仍然很重要,而且还在不断改进。


首先,这里有一个去填充缺失颜色数据的方法,这个过程对于蓝色天空这样的均匀区域来说很容易,但是像头发这样的细节却很难做到。这里有白色天平,相机试图补偿像蓝色调阴影或橙色白炽灯泡之类的东西。锐化使边缘更脆,色调曲线使暗色和光影保持很好的平衡,饱和度使颜色流行,而降噪消除了在昏暗条件下拍摄的有损图像的彩色斑点。

在最前沿的事情发生之前很久,计算机比电影做的工作要多得多。


在过去的日子里,你会通过把感光胶片暴露在一个场景中来拍摄一张照片。在暗室里,任何摆弄照片的行为都是一种艰苦的努力。数字照片的变化要大得多,而计算摄影将操作提升到一个新的高度,远远超出了这一水平。


谷歌让人类的暴露更加明亮,让他们的皮肤更加光滑。HDRPlus和深度融合混合了同一场景的多个镜头。由多张照片拼接而成的全景照片并不能及时反映出一个瞬间。


所以你真的可以把计算摄影的结果称为照片吗?摄影记者和法医调查人员采用更严格的标准,但大多数人可能会说是,因为这主要是因为当你按下快门按钮时,你的大脑会记得什么。


记住,使用的计算摄影越多,你拍摄的照片就越远离瞬间的光子进入相机镜头,这是很明智的。但是计算摄影变得越来越重要,所以在未来的几年里还会有更多的处理。

最初于10月9日出版。

更新,10月15日:添加了谷歌的Pixel 4手机的细节。

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