手機影像二十載,AI多攝會是終極答案嗎?

上世紀20年代,拉茲洛·莫霍利·納吉曾說,“不懂得攝影的人,便是將來的文盲”。如今大規模普及的手機攝影,正好說明了這句話驚人的預見性。自拍、合影、短視頻……按下手機拍照鍵記錄生活,幾乎成了人的本能。

《2020中國人工智能手機白皮書》數據顯示,“拍攝”是2019年中國用戶最關注的手機功能,遠超其他應用。為了迎合消費者的需求,手機廠商們自然也將目光和火力都集中在影像能力的塑造上。

手機影像二十載,AI多攝會是終極答案嗎?

以至於近年攝影能力幾乎佔據了新品發佈會的高光時刻,手機新品海報也幾乎被攝像頭畫面包攬。廠商們在分辨率數字上互相碾壓,攝像頭數量也開始內卷,手機背面的開孔一個比一個多,四攝、長焦、微距恨不得都塞到框裡來……

多攝像頭基礎上的AI計算攝影,逐漸成為主流旗艦機的標配。接下來,手機攝影將向哪裡走?

以史為鑑,可知興替,我們不妨先回溯一下手機影像能力的進化軌跡,找到未來的發展路徑。

時間簡史:手機攝影的曲折往事

隨著手機攝像頭越來越多、模組越來越厚,開始有人覺得,現在的手機攝影有點過於內卷,真的有必要嗎?回到歷史上的一些決定性時刻我們發現,影像技術的每一次內卷,都推動了創新步伐的加速。

手機如何塑造出移動影像能力,大概分為四個時期:

1.萌芽時期。

2000年11月,夏普發行了第一個真正的相機手機J-Phone。行業很快發現,智能手機中的攝像頭將成為未來的主要功能。Canalys報告顯示,2004年第三季度售出的手機中,有三分之二都是相機手機。

2.黃金時期。

2006年,諾基亞將相機手機推向了新的高度,擁有200萬像素的攝像頭,卡爾蔡司光學元件、自動對焦和LED閃光燈。LG與德國光學巨頭施耐德合作。這一階段,手機影像紛紛開啟了擁抱專業科技的進擊之路,嘗試突破智能手機成像功能的極限。

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3.滯緩時期。

隨著智能手機的起飛,改進手機攝像頭的競爭稍有停頓,主要是因為智能手機要求纖薄,強大的相機手機有些笨重。於是,手機廠商開始思考多攝像頭陣列。2010年蘋果iPhone 4等手機將自拍(前置攝像頭)帶入智能手機市場,計算攝影開始成為手機影像的創新方向。

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4.智能時期。

受手機空間和模組尺寸的影響,手機不可能無止境地增加元器件。真正讓手機攝影成為大多數用戶的選擇,是AI算法與多攝像頭合併,帶來前所未有的鏡頭效果。

AI如同一個光影魔術手,通過一系列智能攝影功能,將計算攝影提升到一個新的水平,成為多攝像頭不可或缺的夥伴。也是在這一時期,移動設備和專業相機之間的界限才開始消弭,我們不再質疑為什麼專業人士也要用手機拍照片拍電影。

經過了一輪輪的迭代升級,手機拍攝能力才真正變得舉足輕重,讓普通人可以拍出精彩的作品、記錄生活的點滴。

成像挑戰:AI多攝要跨越的三重門

可以說,攝影這門藝術,發展歷史的每一個刻度,都銘刻著技術進步的烙印。AI多攝成為大勢的背後,也是一眾科技企業的技術長跑,其中既有華米OV這樣的手機廠商,也有曠視這樣的AI公司,和代工廠、供應鏈企業的努力。

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比如在硬件上,增加CMOS可以提升成像質量,但也會增加手機存儲讀寫的效率壓力和功耗,手機廠商不得不在硬件上做大量突破。像是SoC工藝的應用,光學變焦潛望式鏡頭,堆棧式感光元件等等,手機廠商不斷追求輕薄與成像的平衡。

既然是計算攝影,自然也離不開算力的支持。很多頭部手機廠商都研發並應用了專門的AI芯片,以提升手機的計算性能,以支撐AI多攝的算力需求。

另一個必不可少的,則是算法。

10月12日曠視在其MegTech Lite漫談AI技術分享會上,就提到了移動攝影的技術挑戰,展示了曠視在AI多攝領域所做的大量技術創新和實踐成果。簡單來說,要讓手機攝影達到媲美專業單反的效果,主要有三重挑戰:

挑戰之一,變焦。

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我們知道,專業攝影師拍攝不同題材要用到不同的焦段,比如大場景自然風光適合12到24毫米,人像就要85到135毫米,而一部手機想要應對這麼多題材,就需要多個攝像頭來支撐。隨著手機後置攝像頭的數量和類別不斷增加,主攝、廣角、超廣角、長焦、微距等五花八門,不可能全部打開。而AI算法可以有效彌補手機的硬件侷限性,協調更多鏡頭組,來實現近似單反的變焦效果。

那麼,怎麼搭配組合才能讓手機的變焦過程變得絲滑呢?越好的算法越能夠消除不同攝像頭接縫處的違和感,實現1+1大於2的成像效果。以曠視的平滑變焦算法為例,可以支持超廣角+廣角、廣角+長焦等多種鏡頭組合,變焦過程平滑自然,不會出現黑區。

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挑戰之二,虛化。

專業單反的另一個厲害之處,就是有質感的虛化,人像或物體清晰而背景變虛,讓畫面更有故事感。但很多手機的虛化功能,成片看起來似乎總有點廉價,問題之一就出在算法上。

因為手機不可能裝下一個直徑4釐米的大光圈,虛化效果靠的是兩個鏡頭來製造視差,模擬出大光圈的效果。如果算法不夠強,沒能精準測距,對畫面上非常細節的部分進行計算,自然很難還原出高質量的視差效果。

據透露,曠視基於深度學習的雙攝虛化算法,可以準確地計算出深度信息,實現非常精細的虛化效果,能夠把消防栓孔的細節都恢復出來。

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挑戰之三,融合。

不同攝像頭除了焦距不同,感光度也不同,如果能把不同能力的攝像頭融合起來,就能獲得雙重效果。比如把一個對顏色感知能力強的攝像頭和對結構感知能力強的攝像頭融合起來,可以讓畫面變得既有顏色又有細節。

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但做好這一點並不容易。因為兩個攝像頭拍攝的畫面場景裡出現的物體可能並不一模一樣,會形成一定的視野盲區。想要把兩張圖融合成一張,就需要靠算法進行計算處理,比如把缺失的圖像部分用AI“腦補”出來、將重合的部分對齊等等,從而提升成像質量。

可以說,利用AI算法能夠有效彌補硬件侷限,更好地調度鏡頭、理解意圖、優化成像,達到近似單反的拍照效果。這時候,移動影像也就有了質感之美、多元之美、創作之美。

光之傳奇:技術與藝術的結合體

多攝像頭的趨勢下,AI算法的重要性越來越不可忽視,角色有點像戰場的指揮官,要在拍攝時讓不同攝像頭打好配合戰,藉助焦段、清晰度、感知度等等,實現1+1大於2的成像效果。

而曠視這樣的AI公司的參與,也給計算攝影的創新演進帶來了新思路。比如 用AI重新定義光感知系統的理念,就是由曠視提出的。目前,曠視為多款主流安卓智能手機提供一系列計算攝影解決方案。從曠視對AI與光感知系統的思考中,或許我們可以窺見計算攝影的進化之路。

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簡單來說,光感知協同進化,就是將原本相對獨立的光學系統、傳感系統、計算系統,統一納入到算法考量思考中來。曠視利用深度神經網絡,讓光、感、知系統充分協作,釋放出移動攝影的最大價值,帶來指數級的成像效果提升。

就拿最直觀的畫質來說,要提升成像畫質,傳統做法可能是各個系統分別優化,比如採用更好的鏡頭組件、更高性能的處理器,提升鏡頭傳感器的像素等等,這種A+B+C的模式,可以提升成像質量,同時也會給儲存、計算、功耗帶來壓力。

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而曠視的計算攝影解決方案則是用AI算法配合光感知系統,進行全流程協同升級。算法協同光感知系統共同發力,獲得高品質畫面的同時,也減少了對硬件系統的依賴,提升了數據處理能力和時效性,讓畫面輸出更加穩定、快捷,實現了A x Bx C的指數性改變。

可以肯定的是,未來的手機攝影,將在AI的加持下,變得更懂用戶、更懂畫面,從“所見即所得”到“所想即所得”。終有一天,手機拍攝的景物將和我們眼中所見、心中所想的美景一般無二。

每一個平凡的角落,都值得我們去注視,這是人為什麼需要手機攝影。

從歷史上的一次次突破,到今天AI重新定義光感知系統,可以看到,手機影像的技術追求和藝術追求,一直未曾停止。軟硬件協同的AI多攝,作為數字生活的記錄者,在每一個人手中與眼中,書寫著智能時代的光之傳奇。

科技企業,不僅是手機攝影技術的探路者,更是攝影藝術的同路人。探索永無止境,值得欣喜的是,今天的中國AI企業,已經在路上。

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