玩了這麼多年手機,你知道手機是怎麼拍照的嗎?
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本文來自果殼
1975年,在美國紐約羅徹斯特的柯達實驗室中,一個孩子與小狗的黑白影象被CCD感測器所獲取,記錄在盒式音訊磁帶上,這是世界上第一張數碼照片。
圖片 | gigazine.net
得益於感光元件的發展,2000年的時候,數碼照相功能被搬到了手機上,人人都是攝影大師的時代到來。但玩了這麼多年手機,你知道手機是怎麼拍照的嗎?
手機主要從3個核心角度完成拍攝:看遠近、辨明暗、識顏色。
看遠近
鏡頭是什麼?最簡單的鏡頭就是一個凸透鏡。光學概念上,改變凸透鏡最佳成像距離的方法有兩種:改變透鏡的焦距或者改變透鏡到感光元件的距離。手機使用馬達控制鏡頭和感光元件之間的距離,以此來實現對焦。
真正用在拍攝中的鏡頭,不會只有一個凸透鏡,通常還會有多個凹透鏡或非球面鏡,來矯正光學畸變。
現在的很多手機也會有多個鏡頭
辨明暗
在知道手機攝像是如何辨明暗之前,我們先了解一下什麼是畫素。
畫素是影象的基本單位,它們通常以點或方塊的形式顯示,呈棋盤網格式排列。每個畫素都有確定的位置和顏色值,照片就是畫素點的二維集合。在沒有經過有損的壓縮,或鏡頭合適的前提下,單位面積內的畫素越多代表解析度越高,所顯示的影像也就越接近真實物體。
感光元件的作用就是確定每個畫素點的明暗值。手機內使用的感光元件是CMOS晶片,由數百萬個互補式金氧半導體組成的畫素陣列,一個半導體就是一個畫素點。當暴露在光下時,CMOS可以感應光線,產生與光強度成正比的電荷,通過測量電荷,就可以獲得畫素的光亮數值,也就得到了影象的灰度。
識顏色
影象的灰度已經確定了,那麼該如何獲得物體的顏色呢?
在每個感光元件上都覆蓋一個紅、綠或藍色的濾光片,組成一個彩色濾色陣列,這個方陣被稱為Bayer Filter (拜爾濾色鏡)。這個濾光片陣列讓每個畫素只呈現一個單原色,處理器接收到的資料影象其實是一個三色棋盤。但是經過拜爾濾色鏡的光是有缺失的,如果直接輸出,將會得到如下圖片:
這咋跟媽媽牌毛衣似的,保真度也太差了。這個時候,就需要靠數字訊號處理器(DSP)進行色彩還原了。怎麼還原呢?按照“近朱者赤,近墨者黑”的法則。如果綠色濾光片覆蓋畫素,我們需估計該畫素的紅色和藍色分量,綠色畫素附近必定有紅色(藍色)畫素,只要取周圍紅色(藍色)畫素的平均值就好。
圖片 | Wikimedia Commons
DSP將處理過的資料編碼為手機所支援的影象、解析度等資料格式,然後儲存為影象檔案,寫在手機儲存器中,我們也就得到了一張高保真的照片。
一個酷炫的光線測試
手機攝像能夠模擬人眼,將光資訊轉化成電資訊,再通過處理器最終輸出一張高清照片。但在光線不足的時候,手機又該怎麼看遠近、辨明暗、識顏色呢?
我們做了一個光線測試,將同一個鏡頭放置在不同的光線環境中,看看TA的表現吧~
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視訊裡我們一共做了7個實驗,並且用OPPO Reno拍攝了7張照片
左滑檢視圖片
7個現象所需要的燈光是不一樣的:氯糖反應、魯米諾和焰色反應,因自身發光,不需要額外的燈光,環境較暗;黃金雨和碘都是晶體,為了讓他們閃耀起來,需要給一束光;氫氧化物沉澱和顏料色彩較多,需要較明亮的環境光才能拍清楚細節。
魯米諾拍攝花絮,光線較暗
如此高清的照片,OPPO Reno是怎麼做到的?
我們知道,在暗光下提高拍照質量一般有三種辦法:提高CMOS晶片的感光能力、增大光圈、延長曝光時間。
OPPO Reno為了拍出更美的夜色,不僅在鏡頭、CMOS晶片、光圈上精益求精,還配備了全新的複合多幀演算法,通過合成多張照片,呈現出更好的光影效果。
第1招:提高感光能力
OPPO Reno主攝採用索尼IMX586, 1/2英寸大尺寸sensor,容納4800萬個光敏元件,翻譯成人話就是4800萬超清畫素。另外為了擴大單個畫素感光面積,索尼IMX586將4個畫素點作為一組,可以提高手機的感光度。在暗光環境中,OPPO Reno能夠捕捉到更多的光線,看清“暗物質”,讓畫面更清晰。
圖片 | sony.net
4800萬畫素的主攝+1300 萬潛望式長焦鏡頭+800 萬超廣角鏡頭的三攝組合,造就了OPPO Reno的10倍光學變焦,讓你看得更遠。
第2招:增大光圈
光圈,其實就是鏡頭的“瞳孔”,控制著進光量。當環境光強烈時,我們的瞳孔會收縮變小,上下眼瞼也會適當合攏,儘量減少光線進入;而當環境光變弱時,瞳孔就會擴大,配合睜大眼睛的動作,增大進光量。
眯眯眼 | giphy.com
同理,在光線不足的環境下,可以通過擴大光圈的方法來滿足拍攝需求。OPPO Reno採用F1.7超大光圈,讓進光量更多,在黑暗的環境中也能拍出明亮的照片。
OPPO Reno拍攝的夜景
同時,因為進光量的增加,快門可以變得更快,運動的物體也就可以被鏡頭凝固下來。比如idol魅惑的舞姿,比如舍友傻fufu的樣子,比如白鴿略過的剪影,OPPO Reno都能幫你抓拍。
隨著光圈孔徑的增加,背景光點彌散圓的直徑成比例地增加,虛化程度加強,景深變得更淺,分分鐘拍出攝影大片。
光圈越大,景深越淺,背景越模糊
第3招:複合多幀演算法
一般意義上,延長曝光時間可以增加進光量,讓照片在 CMOS感光能力和鏡頭光圈大小一定的情況下曝光充足。在拍攝夜景時,曝光時間有時候可以長達數秒。但夜景中明暗差距大,很容易出現亮處過曝或暗處曝光不足的情況。
OPPO Reno為了讓每一處曝光合適,採用複合多幀演算法,合成連續拍攝的多張照片,汲取最準確的畫面,擴大曝光的動態範圍,真實地展現現實世界的明暗對比。
同時,複合多幀演算法還能減少噪點,使畫質更純淨。在手持模式下,一張夜拍照片有5重曝光,三腳架模式更是多達17重曝光。
以往的夜拍,城市和人像只能二者保一,要麼是夜景明亮人像泛白,要麼是人像清晰夜景模糊。OPPO Reno可以對人和景進行分割槽處理,甚至還會針對人像進行膚色保護,避免晚上人臉慘白,還原你真實的美麗。
OPPO Reno拍攝的人像
不僅如此,OPPO Reno的三攝組合還內含OIS光學防抖技術,可以說是手抖星人的必備神器了。
在這麼多技術的加持下,OPPO Reno就可以真實地還原夜色之美了。
OPPO Reno拍攝的夜景
參考資料:
[1] Cosmology: The Study of the Universe。 Universe 101: Big Bang Theory。 NASA。 2010-12-10
[2]吳鋼。 《攝影史話》。 中國攝影出版社。 2006。 ISBN 7-80007-955-4。
[3]翟錦文。 《寫我心情—數碼攝影基本技法示範》。 中華書局(香港)有限公司。 2006
[4]James R。 Janesick。 Scientific charge-coupled devices。 SPIE Press。 2001: 4
[5]The History of Kodak Roll Films。 2016
[6]Wei Tang。 RuiWang。 Tingfeng Wang, Outfield experiment of semiconductor laser jamming on color CCD camera.Optik Volume 173, November 2018:185-192
[7]“3CCD colour advantages -AT”。 www.adept.net.au。 Retrieved 11 April 2018。
[8]Jeff Mather。 Adding L* to RGBG。 2008。
[9]W.Snoeys.Monolithic CMOS sensors for high energy physics。 Elsevier B.V。 2019,924:51-58
[10]https://web.archive.org/web/20061016105340/http://www.myanimator.com/research/hdri_ibi/tutorial/index.html
[11]Xiaofei Pan, Jiaqi Zhang.HDR video quality assessment: Perceptual evaluation of compressed HDR video。 Journal of Visual Communication and Image Representation.2018, 57: 76-83
[12]https://blog.csdn.net/shiyimin1/article/details/81607693
[13]Wadman, Bill。 The Difference Between Dynamic Range And Latitude。 The Phoblographer。 2014
[14] https://gigazine.net/news/20080509_first_digital_camera/