未來已來計算攝影的魅力

郭育青

計算攝影（Computational Photography 或Epsilon Photography）是當下炙手可熱的一個領域。它不僅是研究人員探索的熱點，更是每一個消費者每天都會體驗到的現(xiàn)實。與目前我們談論的“攝影”相較，計算攝影試圖記錄更豐富、更多維度的視覺體驗，而不僅是捕獲簡單的一張照片，猶如對當下時空的一種立體再現(xiàn)。

計算攝影利用計算、存儲、交互和通訊來克服攝影膠片和相機機械固有的局限性，這種局限性一直存在于膠片和數(shù)碼攝影，例如動態(tài)范圍限制、景深限制、視野和分辨率限制，等等;它可以合成看似不可能的照片，如“多中心投影”散點透視圖;它還能支持看似不可能的相機運動，例如天文和顯微攝影學中常用的交錯曝光法。

縱觀計算攝影的發(fā)展，計算的本質(zhì)主要通過四種方式實現(xiàn)：

1、計算式光學。每個光學組件均被視為光場可變的4D相機，例如Lytro的光場相機。其采用微透鏡陣列，使光線的入射方向同樣可被記錄，通過光學的重新演算，完成拍攝場景的重新解構和定義。由于光場相機依賴特殊的光學組件，因此只能作為特種相機。

2、計算式傳感器。現(xiàn)在，多數(shù)主流傳感器僅能捕獲曝光瞬間的2D投影，但計算式傳感器試圖使用平面甚至立體的感光組件捕獲關于場景的3D或4D信息。這方面，適馬的Fovenon X3傳感器是典型的代表。

3、計算式照明。自1950年代以來，攝影照明領域發(fā)生的變化很少。使用數(shù)字光源，讓我們有新機會盡可能復雜而精準地控制光源。采用可控的光源重新對場景補光，可通過后期計算豐富攝影表現(xiàn)手法，最被人所熟知的當屬高速頻閃攝影。另外，iPhone等手機上的面容解鎖需要依賴點陣式面部投影獲取人臉三維信息，其實也屬于計算式照明范疇。

4、計算式畫面重建。將傳感器捕捉到的光信號輸出為一張照片有很多種方式，現(xiàn)在的數(shù)碼相機幾乎無一例外地都采用了“去馬賽克”（插值拜耳陣列）、去底噪、去除壞點等流程完成一張彩色照片的處理。而在計算攝影領域，這一流程被打破重構，從而平添了更多可能性。計算式畫面重建通過考慮拍攝過程中使用的相機參數(shù)，會以新穎的方式創(chuàng)造性地組合多張照片。例如，重構一個高動態(tài)范圍圖像、刪除畫面中不想要的物體、利用拍攝時的晃動提高物理分辨率、營造景深虛化、重構現(xiàn)場畫面的光效，等等。

計算式畫面重建，打破了數(shù)碼照片的輸出流程，在以手機攝像頭為代表的消費性相機中得到了飛速普及。它幾乎存在于我們每天的生活中，因此本期專題將更多來談計算式畫面重建，希望為讀者呈現(xiàn)計算攝影在當下及未來所蘊藏的無限魅力！