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    • 01. 從小孔成像到數(shù)碼相機(jī)????
    • 02. 從曝光三要素到智駕三要素????
    • 03. 未來會如何發(fā)展?????
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不先解決這個問題,無人駕駛永遠(yuǎn)不會到來?

11/05 09:50
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最近大家應(yīng)該發(fā)現(xiàn)了,包括數(shù)碼博主、旅行博主等等在內(nèi),許多創(chuàng)作者都涌進(jìn)了汽車這條賽道。

有人覺得,這是真實體驗;有人覺得,這是跨界恰飯;也有人覺得,汽車產(chǎn)品數(shù)碼化已經(jīng)不再遙遠(yuǎn)。

但社長倒是覺得,在汽車行業(yè)飛速發(fā)展、產(chǎn)品日新月異的當(dāng)下,更需要不同領(lǐng)域的專業(yè)/非專業(yè)人士,通過不同的視角,給大家?guī)砀恿Ⅲw的解讀。

換到數(shù)碼領(lǐng)域,也是一個樣。

正好前兩天,佳能邀請社長參加了一場相機(jī)品鑒會,試拍EOS R5 Mark II和EOS R1。

在深入了解過后,我卻發(fā)現(xiàn)影像領(lǐng)域的發(fā)展趨勢,竟然和汽車行業(yè)有著許多共通之處。而影像技術(shù)的發(fā)展,很可能會成為解鎖無人駕駛的終極密碼!

這一切,還要從200年前的第一張照片開始說起。

01. 從小孔成像到數(shù)碼相機(jī)????

“為什么光沿直線傳播,會最終呈現(xiàn)燭光的倒影?”

很多小伙伴第一次感受到光學(xué)的奇妙,或許就是從小孔成像實驗開始的。

而這,也成了早期照相機(jī)的雛形。

1839年,法國發(fā)明家、化學(xué)家達(dá)蓋爾就根據(jù)小孔成像的原理和暗箱技術(shù),造出了全球第一臺照相機(jī)。差不多長這樣:

相信從圖片上也不難發(fā)現(xiàn),早期的原始相機(jī)存在一個巨大的問題,就是特別巨大。

再加上它的原理是把鹵化銀作為感光材料涂抹在金屬或玻璃版上,曝光后再進(jìn)行顯影、定影。受限于當(dāng)時的技術(shù)條件,感光度不夠好就必須增加曝光時間——

想拍一張大頭照,都得一動不動地把腦袋放在卡箍里靜置30分鐘才行,更別說拍攝戶外的風(fēng)光了。

當(dāng)時的報社記者,對這種新鮮玩意是這么評價的:

“就像是在馬路上拿著一面鏡子,把周圍的景物極細(xì)地反映出來,然后把鏡子帶回家?!?/p>

既夸了寫實的畫質(zhì),又吐槽了體積大重量沉,還隱藏了最大的痛點拍攝時間,不愧是傳媒界的祖師爺,情商真高。

在隨后的幾十年間,感光版越來越輕,感光能力也越來越高,曝光的時間得以大大縮短。底片、膠片的發(fā)明,更是讓相機(jī)像一部“大哥大”一樣便于攜帶。

從世界第一到被反復(fù)鞭尸的柯達(dá),就是在這一時代背景下崛起的。

它在1900年推出了一款“人人都能買得起,小孩子也能輕松上手”的Brownie紙板相機(jī),售價只要1美元,膠片也只要15美分1卷。

由此,相機(jī)進(jìn)入了新的膠片時代,攝影第一次成了平民化的活動。

這一延續(xù),就是一百年。

膠片時代的創(chuàng)新,除了更加便攜之外,主要集中在三個方面。

一,是加強(qiáng)了動態(tài)拍攝(視頻)的能力。

只需要把感光膠片像彈匣一樣連續(xù)送進(jìn)相機(jī),就能把拍攝速度從幻燈片的每秒12張?zhí)嵘郊o(jì)錄片的每秒60張(60幀/秒),甚至能拍攝第一屆奧林匹克運動會的實況!

二,是畫面從黑白變成了彩色。

1900年前后,“電影之父”法國魯米埃兄弟將染有三原色的土豆淀粉均勻涂在玻璃干板上,實現(xiàn)彩色正片感光,發(fā)明出了真正的

但從原理上也不難發(fā)現(xiàn),它用的還是原始相機(jī)的干板感光技術(shù)。彩色膠片要等到1935年柯達(dá)發(fā)明Kodachrome之后,才逐漸普及。

三,是隨著光學(xué)技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了一大批功能各異、畫質(zhì)也越來越出色的鏡頭。

專門拍攝遠(yuǎn)距離的長焦鏡頭、專門拍攝廣角的廣角鏡頭、以及大家早已習(xí)以為常的變焦(可以簡單理解為放大和縮?。╃R頭,帶來了越來越多的影像變化。

這讓人們從更多不同的視角出發(fā),看到了這個世界的美好。

但正如那句話所說,柯達(dá)直到破產(chǎn)那天,生產(chǎn)的膠卷質(zhì)量都非常好,只是世界不再需要它了。

確實,膠片相機(jī)的光影層次更豐富,出片的效果也如同奶油化開般自然。但它卻有幾個天然的硬傷——

最直觀的,就是“攝影窮三代”。一次“你閉眼了啊,重來”,就會多浪費一張膠片。

拿到滿意的底片之后,還得去照相館沖印。往往要等一周后新鮮勁都過了,才能看到成片。

更難的,是它還自帶debuff:拆裝膠卷要手動,測光要手動,對焦要手動……成片好壞全憑經(jīng)(yun)驗(qi),就連底片都要放在避光的地方保存。

就算后期的膠片相機(jī)有了自動曝光和自動測光技術(shù),也很難讓普通人迅速捕捉到最完美的一瞬間。

這幾點疊加起來,就是四個字:新手勸退。

因此當(dāng)上手更迅速、拍攝更輕松、后期更寬容的數(shù)碼相機(jī)席卷而來的時候,留給膠片相機(jī)的就只剩下情懷二字。

沒錯,用集成電路捕捉數(shù)位影像的數(shù)碼時代來了。

更何況,又一次生效的摩爾定律,讓數(shù)碼相機(jī)的進(jìn)化速度比龍卷風(fēng)還要快!

1975年柯達(dá)使用CCD傳感器、生產(chǎn)出全世界第一臺數(shù)碼相機(jī)的時候,分辨率還只有100×100,也就是1萬像素。

但從1980年開始的十年時間里,相機(jī)的像素從12萬躍遷到了400萬,幾乎每年都要增長50%;感光元件的成像質(zhì)量,也在飛速增長。

憑借著越來越好的畫質(zhì)和更加方便的存儲方式,數(shù)碼相機(jī)的市占率開始走進(jìn)大眾的生活。單是2000年一年的出貨量就達(dá)到了1000萬臺,開始動搖膠片相機(jī)的地位。

而到了“后數(shù)碼時代”,批量生產(chǎn)成本更低、連拍速度更快、能耗更低續(xù)航也更長的CMOS傳感器加入戰(zhàn)局,直接給膠片相機(jī)判了死刑。

首次使用CMOS傳感器的,正是佳能EOS D30:

到了現(xiàn)在,滑布李他們已經(jīng)用到超過6000萬像素全畫幅機(jī)型了。配套鏡頭的畫質(zhì),也在光學(xué)技術(shù)的加持下越來越銳利。

不難發(fā)現(xiàn),從黑白到彩色,從模糊到清晰,再從照片到視頻……整個影像設(shè)備的發(fā)展史,不僅是科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展史,更是人類突破自我的勵志史。

但令人意想不到的是,這些技術(shù)竟然對跨界的汽車行業(yè),產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

02. 從曝光三要素到智駕三要素????

玩攝影的朋友都知道,進(jìn)光量的多少,直接影響著最終的成片質(zhì)量。

所以拍攝最重要的,就是“曝光三要素”——

光圈決定進(jìn)光量(和背景虛化程度),快門速度決定進(jìn)光量(和物體運動時的速度),感光度(ISO)負(fù)責(zé)給畫面提亮(太高會出現(xiàn)噪點)。

這時,數(shù)碼相機(jī)或者說是CMOS傳感器,最弱的短板就暴露出來了:動態(tài)范圍。

數(shù)碼相機(jī)的感光元件由一個個獨立的光電二極管(也就是像素)組成,每個像素的亮度都有一個固定的數(shù)值、無法無極調(diào)節(jié)。

因此它沒辦法像使用光敏化學(xué)物質(zhì)的膠片相機(jī)一樣,感知到極為細(xì)微的光影變化,更不用說像人眼一樣,還原自然界108(也就是一億倍)的光強(qiáng)變化范圍了。

就比如這張照片,雖然對畫面中間(焦點)的內(nèi)飾質(zhì)感進(jìn)行了呈現(xiàn),但上半部分的高光區(qū)域過曝了,看不到后視鏡和天空中的細(xì)節(jié);下半部分則是一片死黑,沒有細(xì)節(jié)。

這時,就必須使用后期合成/調(diào)色來進(jìn)行調(diào)整,才能達(dá)成“看起來還不錯”的效果。

而如果想要盡可能還原人眼看到的畫面,展現(xiàn)景色的輪廓和層次,最簡單的就是像某些電影一樣使用膠片機(jī)來拍攝、用數(shù)碼進(jìn)行制作拷貝,這就是后話了。

好了鋪墊到了現(xiàn)在,終于輪到我們今天的主題了。

之前社長和大家說過,智駕系統(tǒng)的原理就是感知-決策-執(zhí)行這三步走:

簡單來說,就是車輛先收集各個傳感器的數(shù)據(jù)(眼睛看到),再通過軟件算法進(jìn)行決策(大腦思考),最后讓車輛執(zhí)行加減速/轉(zhuǎn)向/交互等駕駛動作(手腳動作)。

現(xiàn)階段感知的核心,并不是前段時間大熱的激光雷達(dá),而是車載攝像頭

為什么這么說,可以戳這里了解:車圈大變天!激光雷達(dá)即將被判死刑?

車載攝像頭的缺點也和數(shù)碼相機(jī)一樣,很難應(yīng)對明暗對比強(qiáng)烈的環(huán)境:包括但不限于大逆光、夜晚沒有路燈/標(biāo)識不清晰的高速路、對面開啟“致盲”遠(yuǎn)光等等。

要想解決這個問題,在車上放幾臺膠片相機(jī)顯然不現(xiàn)實,畢竟等膠片沖印出來黃花菜都涼了。

所以,車企也和相機(jī)廠商走上了相同的道路,也就是硬件——使用更高的位深、更大的傳感器和更清晰的鏡頭,再配上適中的像素,來更精準(zhǔn)地還原真實場景。

(有點反常識的冷知識:像素越多動態(tài)范圍越窄,這也是前些年低像素的iPhone拍照好看的原因)

與此同時,由于需要處理大量的數(shù)據(jù),不只需要智駕芯片提供高算力存儲和傳輸?shù)乃俣纫惨涌觳判小?/strong>

如今相機(jī)的存儲卡,讀取/寫入速度已經(jīng)能達(dá)到3GB/秒;而前段時間三星推出的車載SSD固態(tài)硬盤,讀取/寫入速度也分別達(dá)到了4.7/1.4GB/秒。

只不過車企和相機(jī)廠商的目標(biāo),還是有所不同的。

相機(jī)廠商需要做的只有研發(fā)新技術(shù),并通過不斷賣貨來增加產(chǎn)能、降低成本,形成良性循環(huán);

但車企必須要在成本、性能和體積之間作出選擇題,車載攝像頭和車載傳輸/存儲設(shè)備,也必須滿足車規(guī)級的標(biāo)準(zhǔn)才行。

因此目前大多數(shù)車企的解決方案,是在前攝上提供最高規(guī)格的雙目/三目攝像頭,最大程度地確保ACC、AEB等主動安全功能;后視和側(cè)視則是作為輔助。

而到了軟件部分,就有意思了。

車企這邊的成績大家有目共睹,最新的端到端算法已經(jīng)讓智駕產(chǎn)生了翻天覆地的變化。

簡單來說,端到端并不是從A點到B點,而是指根據(jù)攝像頭等傳感器的圖像數(shù)據(jù),直接生成車輛的轉(zhuǎn)向、剎車和加速度信號去控制車輛,即“感知決策執(zhí)行一體化”。

打個比方,以前是三個人打配合,一個瞭望手負(fù)責(zé)看路,一個指揮官負(fù)責(zé)決策,一個操舵手負(fù)責(zé)駕車。但現(xiàn)在端到端把感知、決策、執(zhí)行這三個環(huán)節(jié)都整合到了一個大模型中,最終一個人就能全部搞定。

想進(jìn)一步了解端到端的小伙伴,可以戳這篇文章了解:太瘋狂了!特斯拉刪除99%代碼,F(xiàn)SD卻更好用了!智駕的終極答案竟然是它?

如果還不夠直觀,也可以看看滑布李這條新的視頻:

但相機(jī)這邊,居然也早早地用上了深度學(xué)習(xí)技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)!

如果說智駕的目標(biāo)是瞄準(zhǔn)車道線、跟隨前車行駛,那相機(jī)的目標(biāo)就是瞄準(zhǔn)需要拍攝的人或物,時刻準(zhǔn)備好自動對焦來捕捉精彩瞬間。

或許和軟件定義汽車一樣,影像領(lǐng)域也走到了“軟件定義相機(jī)”的道路上。

03. 未來會如何發(fā)展?????

看完了影像行業(yè)近兩百年的歷史,如果你也同樣了解汽車的過往,很可能會和我有著同樣的感觸:

固然力學(xué)、光學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科依然在發(fā)展,但未來更重要的,或許是軟件。

各行各業(yè)之間的跨界融合,在軟件的加持下只會越來越寬泛。汽車和娛樂、數(shù)碼和家居……人們的生活,正在無聲無息地發(fā)生改變。

但不管未來究竟會如何發(fā)展,我相信相機(jī)廠商們用盡畢生精力,也想發(fā)明出接近人眼的相機(jī),乃至超越人眼,讓人類的視野跟隨鏡頭走得更遠(yuǎn);

而作為交通工具的汽車,也會憑借著全新的體驗,成為人們生命的延伸。

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