- · 《影像研究与医学应用》[05/29]
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计算摄影，手机影像的下一个五年？
作者:网站采编关键词:
摘要：当 2000 年夏普推出全球第一台拍照手机 J-SH04 时，并没有多少人买账，那颗只有 11 万像素的摄像头拍出的照片，只能称得上“能看”，那个时候人们或许不会想到多年以后，用手机拍照
当 2000 年夏普推出全球第一台拍照手机 J-SH04 时，并没有多少人买账，那颗只有 11 万像素的摄像头拍出的照片，只能称得上“能看”，那个时候人们或许不会想到多年以后，用手机拍照会成为大众生活日常，但可以肯定的是，早在 20 年前，拍照就开始成为手机的卖点。
此后，索爱、三星、松下、LG 等日韩厂商不断发力，手机摄像头有了自动对焦、光学变焦，镜头像素也上升至千万级别，拍照这件事，变得越来越简单，虽然手机拍照真正流行开来的具体年代已不可考，但有一点可以确定的是，手机拍照从单纯的画面记录走向带有创作性质的摄影，与智能手机的出现不无关系。
单看参数，可能会让人有种手机摄像足以媲美甚至吊打专业相机的错觉：5000 万像素只是起步，一亿像素也不稀奇;三摄是最低消费，四摄五摄也稀松平常;变焦倍数直奔三位数，全然不管能不能对上焦;机身厚度诚可贵，凸起的镜头价更高。厂商在摄像头上的军备竞赛，虽不能说明手机拍照在硬件上碰到了天花板，但也是内眼可见的“内卷”。
当硬件的提升已无法对画质带来明显的改变时，厂商纷纷将目光转向了原本属于小众研究方向的“计算摄影”(computational photography)。
计算摄影， 不止是计算
计算摄影是指用数字计算代替光学处理的数字图像采集和处理技术，包括数字合影图计算、HDR 合成及光场相机等。换句话讲，就是以软件代替部分相机元件，乃至实现胶片摄影无法实现的效果。你也可以理解为，计算摄影就是每台手机内置了修图大师，在我们按下快门一瞬间，它就已经开始动手调节亮度、曝光、阴影等，确保我们得到一张综合素质不错的照片。
而传统的相机可不会直接帮你修图，而是尽可能忠实地记录光线、色彩、曝光等数据，便于后期有更大的调整范围，这也是为什么我们常常觉得相机“直出”的照片往往还不如手机来得好看。其实只是两者各有侧重，计算摄影能让普通人也能拍出不错的照片，而相机则给了专业人士更多自由发挥的空间。
其实计算摄影算不上新事物，1994 年一篇题为《虚拟波纹管：从视频中构建高质量的静态图像》就提到了计算摄影的概念，不过计算摄影这两年才进入大众视野，多半要归功于苹果。
2019 年在 iPhone 11 的发布会上，时任苹果营销主管的菲利普?席勒(Philip W. Schiller)在介绍 iPhone 的相机时表示：“这是计算摄影的疯狂科学。”
在 iPhone 11 Pro 上，计算摄影主要体现为智能 HDR、Deep Fusion(深度融合)和夜景模式。
具体而言，按下快门后，iPhone 实际上会拍摄 9 张照片，其中 4 张为欠曝，4 张正常曝光和 1 张长曝光，再由 ISP 进行统一的白平衡、降噪、色彩调整等处理，还要根据图像中具体的成分如人脸、天空、树木等进行针对性优化，最后输出 jpg 格式的照片，不过现在 iPhone 和一些较新的 Android 手机已经支持储存 RAW 格式的照片，此类格式提供更大的后期调整空间。
不过需要注意的是，虽然我们前面说到计算摄影是用软件弥补与相机在硬件上(传感器)的差距，但要在按下快门后，在短时间内同时处理多颗摄像头、多张照片的庞大数据，仅靠相机模组的 ISP 已无法满足算力需求，需要更为强大的处理单元。
以 iPhone 12 为例，A14 仿生芯片每秒钟可以完成 11 万亿次的计算，才吃得下每一次摄影产生的巨量数据。
又如以影像能力著称的华为，其优秀的成像效果，靠的不仅仅是大底、多摄、潜望式长焦等硬件上的优势，计算摄影同样功不可没。以去年的旗舰 Mate 40 Pro 为例，华为创造性地用上了 ISP NPU 的融合架构，才有了在弱光下令人惊艳的拍照表现，高光不过曝，暗部亦能保留细节，视频实时 4K HDR 得以实现，也得益于麒麟 9000 彪悍的算力。
罗马不是一天建成的，Mate 40 Pro 的拍照能力在各大榜单中登顶，源于华为在计算摄影领域的深耕。
华为是第一家将 NPU(嵌入式神经网络处理器)用于手机并集成到 CPU 上的公司。早在 Mate 10 上，华为就用上了外挂的寒武纪 NPU，一年后又将寒武纪 NPU 集成到了麒麟 970 上，到了 2019 年的 Mate 30，已经用上了华为自研的达芬奇 NPU。NPU 为计算摄影融入了 AI 的能力，华为手机的拍摄水平实现了质的飞跃，如今我们熟悉的“AI 摄影大师”功能，正是 NPU 在背后默默发力。
在 P40 系列上首次出现的 XD Fusion 图像引擎，则进一步展现了华为在 NPU 上的实力。XD Fusion 即“超清图像引擎”，通过多镜头高保真信息融合、语义理解和分割、像素级画质处理，增强图像细节，提升整体影像的画质。
文章来源：《影像研究与医学应用》 网址: http://www.yxyjyyxyy.cn/zonghexinwen/2021/0323/952.html