相机单反数码：智能手机传感器足够使用么？

zhongwanxi

物理学无处可逃智能手机相机和传感器很小。而且，由于我们所有人（现在）都知道，一般而言，决定图像质量的是您捕获的光量，因此智能手机有一个严重的缺点要应对：它们无法捕获足够的光。
但这就是计算摄影的用武之地。通过将机器学习，计算机视觉和计算机图形与传统的光学过程相结合，计算摄影旨在增强传统方法可以实现的功能。以下是智能手机成像的一些最新进展的摘要-为什么我们认为它们很重要。
智能曝光和处理
智能手机摄影的定义性特征之一是您只需按一下按钮即可获得出色的图像，仅此而已。没有曝光决定，没有点击屏幕来设置曝光，没有曝光补偿，也没有后处理。

智能手机能够通过首先确定不吹大的明亮（非镜面）区域所需的正确焦平面曝光来获得上述图像（这种方法称为ETTR或“向右曝光”）。当您按下快门按钮时，智能手机将返回 9帧的时间，对其进行对齐和平均后，您将获得最终图像，其质量与9 倍表面积的传感器所期望的质量相似。虽然不是那么简单-传感器效率和平均可用帧数可能会有所变化-但相距不远：考虑到在每次曝光量相同的总光量下，智能手机可以将自己的像素保持在5倍大的RX100传感器上。
按下快门按钮时，智能手机会返回9帧的时间
它是如何做到的？它会不断将最后拍摄的9张照片保留在内存中，因此当您按下快门时，它可以抓住它们，将它们分成许多正方形的“平铺”，将它们全部对齐，然后取平均。通过忽略移动元素，丢弃某些镜头中的模糊元素或重新对齐从一帧移到另一帧的对象，即使摄影师或对象在移动，也可以将每个图像分成小块进行对齐。平均可以通过“均衡”噪声来模拟使用较大传感器拍摄的效果。
这就是让智能手机捕捉如此宽广的动态范围场景的原因：曝光于明亮的区域，同时通过图像平均减少场景静态元素中的噪声，而不会通过做出明智的决定来模糊场景中的移动（水）元素如何处理逐帧移动的元素。当然，运动的元素会给它们带来更多的噪音（因为它们无法获得专用于平均的9帧中的很多帧），但是总体而言，您看到的只是令人愉悦的图像了吗？
自动对焦
自动对焦的改进，再加上较小传感器固有的扩展景深，使智能手机的对焦性能越来越接近高性能专用相机。 智能手机上的AF几乎将整个传感器用于自动对焦（将高分辨率传感器绑定到低分辨率模式以降低噪声），同时还使用HDR +及其9帧图像平均来进一步降低噪声并具有用于进行AF计算的可用信号。
由于采用了Dual Pixel AF， 智能手机甚至可以在室内人造光下也可以快速聚焦闪电，这使我能够在瞬间之前捕捉到这个坦率的照片。诸如最近的iPhone使用的“ Dual PDAF”自动对焦之类的技术并不能完全提供这种性能（iPhone X 最终实现对焦后，在几秒钟后就出现了滞后现象，并没有那么有趣），但是却提供了潜在的图像质量优势。
而且，尽管从左右两个角度来看，智能手机传感器“看到”中的分割像素的立体视差小于1mm，但仍可以构建令人印象深刻的深度图，从而实现光学上精确的镜头模糊。这不仅仅是遮罩前景和模糊背景的问题，还是基于深度的实际渐进模糊。
我们在最近的iPhone上发现了一种相对较新的自动对焦技术，即“双PDAF”自动对焦功能，其中一个1x2微透镜放置在一个绿色-蓝色像素对上，其中蓝色滤色镜已被绿色滤色镜所取代。与不需要遮掩的像素（牺牲光并可能影响图像质量）相比，这可以提供一些好处，而对于双像素AF则可以提供一些好处，因为它们不需要分离的光电二极管来防止颜色串扰所需的深沟槽隔离。
但是，当前的实现仅在8x8像素区域中的2个像素中使用这种修改的微透镜结构，这意味着只有3％的像素用于“双PDAF” AF。与全传感器双像素自动对焦方法相比，这意味着更少的光线和信息，再加上缺乏多帧降噪功能，即使是自动对焦，智能手机手机也能从中受益，这意味着在决定性的时刻之后会出现更多的散焦或拍摄照片。像每一项技术一样，我们希望代代改进。
人像照明
在我们一直赞扬智能手机的同时，Apple在许多方面都领先于智能手机摄影。最重要的是：色彩准确性。Apple显示器都经过了校准和配置，以显示准确的颜色，因此，无论您使用的是哪种Apple或色彩管理的设备（或印刷品），颜色都一样。在这方面，Android设备仍然是“狂野西部”，但试图通过适当的后台颜色管理系统（CMS）解决此问题。所有设备都需要一段时间才能赶上，甚至本身也在努力解决当前的显示和CMS实施问题。
但是，让我们谈谈人像照明。看一下左下方拍摄的iPhone X“轮廓照明”与右上方的自然照明（在没有特殊照明功能的 智能手机上拍摄）。虽然智能手机的图像更自然，但可以说iPhone X的图像更有趣，就好像我当场用照明灯照亮了主体一样。
智能手机
苹果公司使用训练有素的算法构建一张3D人脸图，然后允许您使用“自然”，“工作室”和“轮廓”照明等模式来重新照明对象。后者突出了鼻子，脸颊和下巴等脸部部位，这些部位会捕获来自瞄准对象的外部光源的光线。这使图像具有通常只能使用外部照明解决方案或大量后处理才能实现的尺寸。
当然，左边的照片可能会更好，但这是该技术的第一次迭代。不久之后，我们就会看到其他电话和软件包利用并改进这些计算方法。
HDR和广域摄影
然后我们有了HDR。它不是您惯常考虑的HDR，而是从较大的动态范围场景创建平面图像。不，我们谈论的是HDR显示器（如明亮的对比OLED）显示当今相机可以捕获的各种色调和色彩的能力，而不是像传统的JPEG相机那样牺牲全局对比度只是为了增加和保留局部对比度。
iPhone X是第一款支持HDR照片HDR显示的设备。也就是说：它可以捕获宽广的动态范围和色域，然后在其领先的OLED显示器上显示它们，而不会剪切色调和颜色，所有这些都是为了更接近重现我们在屏幕上看到的色调和颜色范围。真实世界。
iPhone X是首款支持HDR照片HDR显示的设备
P3是好莱坞现在大多数电影中都使用的色彩空间（尽管与Adobe RGB相似，但色彩相似）。如果您具有支持P3的显示屏和受颜色管理的OS /浏览器（macOS +  Chrome，或最新的iPad和iPhone），则只会看到额外的颜色。在P3显示器上，在“ P3”和“ sRGB”之间切换以查看仅sRGB捕获所缺少的颜色。
或者，在任何显示器上，将鼠标悬停在“ s3的sRGB色域之外的P3中的颜色”上，以（灰色）查看仅使用sRGB的捕获/显示工作流程所缺少的内容。
Apple不仅利用P3色彩空间的额外色彩，而且还以“高效图像格式”（HEIF）对其图像进行编码，这是一种旨在替代JPEG的高级格式，该格式更加高效并且还允许10位颜色编码（避免出现条纹，同时允许更多颜色）和HDR编码，以允许在HDR显示器上显示更大范围的色调。
但是智能手机会取代传统相机吗？
对于许多人来说，是的，绝对如此。智能手机的自动对焦速度惊人，不仅有双像素自动对焦，而且还有激光自动对焦。像HDR +这样的图像堆叠算法只会随着时间的推移而变得更好，平均更多帧或不同时间间隔的帧。华为P20可以做到这一点，效果令人印象深刻。P20还可以结合来自彩色和高灵敏度单色传感器的信息，以产生令人印象深刻的噪声和分辨率性能。双（或什至三）镜头单元可为您提供相机机身的焦距和两个或更多的质数，我们已经看到了可以像专业人士一样选择性地模糊背景并隔离主体的功能。折叠式光学元件可以给您带来深远的变焦。
智能手机还是全画幅？
是的，受过训练的人（包括我自己）可以挑选出智能手机图像。但是什么时候智能手机图像足够好？
智能手机相机不仅赶上了传统相机，而且实际上在许多方面都超过了它们。
创意控制
相机选择使大部分物体（例如前置扬声器锥体，具有很深的深度）保持焦点，同时使其余场景明显模糊。实际上，如果您看一下扬声器箱的右上角，则会看到很大一部分聚焦。在某一点之后，内阁突然却逐渐变得模糊起来。
相机和软件已选择在使距聚焦平面足够远的物体模糊之前，在聚焦平面周围保持较大的聚焦深度。这就是计算方法的优点：尽管F1.2镜头通常只能使一只眼睛保持聚焦，而鼻子或耳朵则少得多，但是计算方法使您可以选择希望保持聚焦的程度，即使您希望使镜头模糊。场景的其余部分达到了传统光学无法使您的大部分对象保持聚焦的程度。
数字助理
爱他们或恨他们，它们将成为您未来的一部分，它们是智能手机摄影增强和超越传统摄影方法的另一种方式。我的智能手机一直在我身边，当我携带全画幅的Sony a7R III时，我经常将JPEG图像从它传输到我的智能手机。这些图像（和720p视频代理）会自动上传到我的相册帐户。
但是，动画GIF并不是助手帮助我策划和发现人生中重要时刻的唯一途径。它还可以自动整理将我的视频中的照片和剪辑（无论是从我的智能手机还是从我的相机导入的媒体中的视频和照片）汇集在一起的视频，以情感地移动“ Auto Awesome”编辑：

在任何时候，我都可以使用编辑界面（比Final Cut Pro或Adobe Premiere更为简单）来手动选择照片和视频，直到我想要的每个视频部分。我甚至可以编辑 Assistant生成的自动编译，选择我喜欢的照片，剪辑和音乐。您是否注意到视频剪辑和照片被缩减为音乐中的节拍了？
这是智能手机摄影超越传统相机的完美示例，特别是对我们而言，时间紧缺的灵魂几乎没有时间将我们的资产下载到硬盘上（更不用说备份这些资产了）。提醒您，传统相机无法与和Apple Photos等自动服务配合使用，只会让更简单的服务留下来，这会让我们大多数人感到惊讶和高兴。
这仅仅是个开始。苹果，谷歌，三星和许多其他公司正在采用的计算方法正在彻底改变我们从口袋里的设备，一直在我们身上拥有的设备可以期望的东西。
他们明天是否会违抗物理学并更换传统相机？不一定，不是现在，但是出于许多目的和人们的需求，他们将提供非常有价值的优点。在某些情况下，它们所提供的功能比传统相机要超出我们的期望，传统相机必须不断创新-也许利用智能手机和其他创新计算设备所利用的非常先进的计算技术-才能保持领先地位。
但是，正如HDR +，人像模式和人像照明等技术向我们展示的那样，我们不能仅仅通过过去的技术来预测即将发生的事情。计算摄影将使您从未想象的事物成为现实。这真是令人兴奋。
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