小米11最大黑科技，計(jì)算攝影到底是什么？

手機(jī)攝影，算是近幾年手機(jī)廠商們著重發(fā)展的領(lǐng)域之一，說到底需要專業(yè)相機(jī)進(jìn)行嚴(yán)肅攝影的人還是少數(shù)，對(duì)大多數(shù)消費(fèi)者來說，智能手機(jī)就足以勝任日常的拍攝任務(wù)。

但另一說，大眾消費(fèi)者的攝影水平參差不齊，也談不上什么“技術(shù)”可言，然而他們也依然對(duì)拍照的效果有著不低的要求，這本身似乎是一對(duì)矛盾。那么，不專業(yè)的設(shè)備加上不懂?dāng)z影的消費(fèi)者，可以拍出“專業(yè)照片”嗎？理論上是不可能的，但手機(jī)廠商的一項(xiàng)動(dòng)作，賦予了這種可能性。

近日，雷軍在宣傳自己的最新年度旗艦小米 11 系列時(shí)，提到了一個(gè)名詞：計(jì)算攝影。

簡而言之，它是一種數(shù)字處理技術(shù)，可以從成像機(jī)理上來改進(jìn)傳統(tǒng)手機(jī)相機(jī)，并將硬件設(shè)計(jì)與軟件計(jì)算能力有機(jī)結(jié)合，全方位地捕捉真實(shí)世界的場景信息。通過改善色彩和照明效果，并可以將局部的細(xì)節(jié)從黑暗之中拉出來，這能使拍照出來的成像效果非常好，色彩鮮艷亮麗，十分契合人眼的觀感。

那么這個(gè)計(jì)算攝影到底能夠帶來什么實(shí)質(zhì)性的改變呢？小米所提到的這項(xiàng)技術(shù)與之前 iPhone 是否又完全一致呢？
濃墨重彩的一筆：谷歌 Pxiel 系列

其實(shí)最早在發(fā)布會(huì)上提出這項(xiàng)技術(shù)的手機(jī)是谷歌推出的 Pixel XL，通過當(dāng)時(shí)最強(qiáng)大的 IMX378 傳感器和初出茅廬的計(jì)算攝影功能，它成功擊敗了一系列旗艦產(chǎn)品登頂 DxO 排行榜（當(dāng)年的 DxO 還是有一定可信度）。作為對(duì)比，當(dāng)時(shí)同樣采用 IMX378 的小米 5 的相機(jī)成像效果要差上不少。

Pixel 所使用的計(jì)算攝影技術(shù)核心原理是 HDR+，和其他手機(jī)廠商的做法不同，一般廠商實(shí)現(xiàn) HDR 功能基本是靠傳感器“自力更生”，但谷歌利用自身強(qiáng)大的軟件實(shí)力，在傳感器硬件的基礎(chǔ)上引入了后期處理，讓 HDR 成像的速度更快、效果更好。

其原理主要是使用欠曝的 Burst shoot 來創(chuàng)建多重相片，然后通過合并的方式呈現(xiàn)出擁有更高寬容度的圖像。原理聽起來容易，但想穩(wěn)定輸出擁有如此高水準(zhǔn)的照片并不容易，谷歌相關(guān)團(tuán)隊(duì)也花費(fèi)了兩年多的時(shí)間才正式推出這一技術(shù)。

到了 2018 年，就在那個(gè)所有手機(jī)廠商都在通過增加攝像頭數(shù)量的方式來提升自己拍攝體驗(yàn)的年代，谷歌帶來了手機(jī)計(jì)算攝影歷史上最有代表性的機(jī)型，Google Pixel 3 系列，它獨(dú)步天下的殺手锏，是“15 張照片堆?！薄?/p>

有一說一，Pixel 3 XL 使用的 IMX363 傳感器性能并不強(qiáng)，尤其是在夜晚的時(shí)候表現(xiàn)十分勉強(qiáng)，和當(dāng)時(shí)市面上的一票“大底傳感器”比起來，顯得老態(tài)龍鐘。

而 Pixel 3 通過 15 張 RAW 堆棧均值來實(shí)現(xiàn)信噪比端的提升，再結(jié)合谷歌自家的降噪算法直接解決了困擾業(yè)界多年的手持不能拍暗光的難題，還大大提高了手機(jī)影像的上限。小雷這里也拿出多年前的 Pixel 3 XL 的樣張，從幾組樣張中就能夠看出 Pixel 3 XL 的算法強(qiáng)大之處，就算放到 2020 年也能夠排得上號(hào)。

除了夜景算法外，Pixel 3 在人像模式上也帶來了全新的相機(jī)算法，為了能夠獲取到更優(yōu)質(zhì)的人像算法，谷歌相機(jī)團(tuán)隊(duì)做出了一個(gè)五攝怪物：將五臺(tái) Pixel 3 拼在一起，通過獲取的圖像數(shù)據(jù)來進(jìn)行算法訓(xùn)練，最后根據(jù)生成的景深映射圖進(jìn)行不同程度的背景虛化處理。即便是有明顯的物距，也能實(shí)現(xiàn)比較自然的前景背景虛化效果，這甚至是如今很多擁有多攝方案的手機(jī)都無法比擬的。

同時(shí)，谷歌還利用了自家的原生安卓底層對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化，前文提到的 15 張堆棧的操作在電腦中都需要花費(fèi)一定的時(shí)間和精力。而 Pixel 3 可以在短短幾秒內(nèi)搞定，出片率極高。

在 Pixel 4 上，谷歌為其增加了一顆專用于人像拍攝的 2 倍變焦鏡頭，并帶來了更有意思的天文模式。說起天文模式，可能不少使用過谷歌相機(jī)的用戶都能找到一個(gè)名為“天體攝影”的功能，顧名思義，谷歌想讓用戶使用手中的手機(jī)就能輕松拍下浩瀚的星空，也就是說能夠在光線極暗的情況下可以輸出一張畫面亮度遠(yuǎn)高于肉眼的相片。

左為 Pixel 3 XL，右為 iPhone 12 Pro（均開啟夜景）

考慮到拍照時(shí)用戶在拍攝時(shí)手難免會(huì)抖動(dòng)的情況，Pixel 3 在不需要解碼器的情況下就識(shí)別出場景中每個(gè)元素的真實(shí)紅、綠、藍(lán)數(shù)據(jù)。這種更好的源數(shù)據(jù)意味著谷歌可以比通常的方法更好地?cái)?shù)碼放大照片，谷歌稱之為超級(jí)分辨率變焦。官方表示 Pxiel 4 的 2 倍變焦鏡頭能夠達(dá)到同行 8 倍變焦鏡頭的水平。

左為 Pixel 3 XL，右為小米 10 至尊紀(jì)念版（均開啟夜景模式）

可以說，以 Pixel 系列為代表機(jī)型的橫空出世，宣告了“計(jì)算攝影”時(shí)代的到來。隨著 ISP、SoC 的算力不斷提升，我們發(fā)現(xiàn)原來拍出出色的照片也可以不依賴強(qiáng)悍的硬件，正如航天圈子里的笑話“力大磚飛”一樣，只要算法足夠強(qiáng)勁，破爛傳感器都能拍出出色的照片來。
更好的計(jì)算攝影，在 iPhone 上呈現(xiàn)

雖然在手機(jī)計(jì)算攝影這一領(lǐng)域 Pixel 的地位舉足輕重，無奈其知名度與市場份額著實(shí)較低，不少國內(nèi)用戶根本不知道這個(gè)品牌的存在，更別說前文提到的一系列技術(shù)了。真正讓計(jì)算攝影技術(shù)這一概念被用戶熟知的還是那家手機(jī)巨頭——蘋果。

蘋果在 iPhone 11 系列發(fā)布會(huì)上就重點(diǎn)介紹了 iPhone 11 系列全新升級(jí)的相機(jī)系統(tǒng)，這也是蘋果第一次在發(fā)布會(huì)上花費(fèi)將近一半時(shí)間去講解 iPhone 的影像系統(tǒng)。蘋果將自己的計(jì)算攝影功能命名為深度融合“深度融合”，它需要前后進(jìn)行四次長曝光、四次短曝光，然后再進(jìn)行一次長曝光，最終從這些照片中選出表現(xiàn)最好的圖像將其融合在一起。

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另外 iPhone 11 系列還會(huì)利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，智能地去調(diào)節(jié)照片的白平衡、對(duì)比度、飽和度以及總體質(zhì)感，讓拍攝出來的樣張更為自然。簡單來說，就是讓用戶能夠“傻瓜式”地拍出一張討喜的照片出來，這也是不少用戶鐘愛 iPhone 拍照的原因之一。

而在 Pixel 十分重視的人像方面，蘋果也對(duì)此進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)優(yōu)化，在最新的 iPhone 12 Pro 系列上配備了 LiDAR 攝像頭，能夠幫助 iPhone 12 Pro 系列在人像識(shí)別時(shí)的景深控制得更好，像頭發(fā)邊緣這樣非?？简?yàn)細(xì)節(jié)的地方過渡也會(huì)更為自然，很少出現(xiàn)略帶摳圖痕跡的情況。

夜景部分的表現(xiàn)，小雷這里就不多贅述了，從前者的對(duì)比圖來看，雖然 iPhone 12 Pro 在夜景方面的表現(xiàn)相比前幾代已經(jīng)有了質(zhì)的改變，但與 Pixel 3 XL 還有一段距離。

計(jì)算攝影會(huì)是未來？

隨著小米開始著重宣傳計(jì)算攝影技術(shù)后，國內(nèi)將會(huì)有越來越多的用戶認(rèn)識(shí)并了解這一技術(shù)，從普通消費(fèi)者的角度來看，計(jì)算攝影技術(shù)的普及和優(yōu)化是一件好事，它能夠讓越來越多的用戶輕松拍出自己喜歡的照片。

畢竟絕大多數(shù)手機(jī)用戶并沒有太多攝影方面的專業(yè)知識(shí)，你給他們一個(gè)專業(yè)單反，他們都很難拍出什么大作出來，相反你給他們一個(gè)“傻瓜式”相機(jī)，他們會(huì)覺得這真是個(gè)好東西。

計(jì)算攝影的初衷只是為了幫助人們簡化攝影流程，現(xiàn)在計(jì)算攝影已經(jīng)可以一定程度上彌補(bǔ)普通傳感器與大底傳感器之間的差距；在未來，隨著圖像處理性能的提升，計(jì)算攝影能夠做到的事情變得更多，硬件不再是決定手機(jī)成像效果好壞的關(guān)鍵因素。

它最終一定會(huì)拉平大多數(shù)業(yè)余攝影愛好者的差距。換句話說，今后任何人操起手機(jī)一摁就是大片，因?yàn)檫@是所有人的期望。