計算攝影技術的運用及對攝影發展的影響

王 歡

計算攝影是基于傳統數碼攝影而衍生發展出來的一種新型數字成像技術，它能夠經過一系列的軟件處理，通過光學成像、傳感器捕捉、智能化選擇、和數字計算等技術，將計算機視覺、數字信號處理、圖形與圖像學等內容進行深層次的交叉整合，從數碼相機的成像原理上徹底改變傳統相機的拍攝方式。雖然這個名詞對于很多攝影師而言還相對比較陌生，但是隨著所拍照數字圖片畫質的不斷提升，其實不知不覺中我們早就已經享受到它所帶來的好處。目前計算攝影技術已經廣泛運用于拍照手機的研制與生產中，并在專業數碼相機中也開始有所應用，各大手機和相機生產廠商大都成立了重點研究計算攝影技術的圖像算法中心。本文就從計算攝影技術入手，談一談其在拍照手機中的運用及對攝影發展產生的影響。

1 計算攝影技術在手機中的應用

1.1 提升拍照手機的成像效果

專業數碼相機大都體積較大，可以內置大尺寸的影像傳感器和擁有豐富的鏡頭群，這是拍照手機永遠也無法達到的。受限于自身體積，拍照手機想要在小型影像傳感器和相對單一的鏡頭選擇上，獲得相對高品質的圖片拍攝效果，目前只能依賴于計算攝影技術。通過不斷地技術研發，拍照手機目前在很多攝影領域，例如人像攝影、夜景攝影和全景攝影等領域中，已經獲得了不亞于部分專業數碼相機的水平。這表明計算攝影技術在許多方面已經可以幫助拍照手機突破傳感器尺寸和鏡頭的限制，較好地解決諸如拍攝時曝光控制，景深選擇，降低噪點，光學變焦等一系列問題，從而獲得理想的拍攝效果，計算攝影技術的不斷進步無疑將成為推動未來拍照手機發展的重要手段。

1.2 推動手機攝影比重逐漸加大

在具備拍照功能的手機出現之前，幾乎所有的攝影圖片都是通過相機來完成拍攝的，隨著拍照手機的出現，個人移動社交平臺的成熟，越來越多的人慢慢被培養出隨手拍照，實時網絡分享的習慣，為了迎合這種需求，手機廠商無不將拍攝功能作為手機諸多功能中一個最大的賣點，很多最新的計算攝影技術在手機中被率先采用，目前市場占有率排名靠前的蘋果，華為等品牌拍照手機主攝像頭后所搭載的影像傳感器，其性能已經超過了很多小型數碼相機，并且為了配合計算攝影技術的需要，主流拍照手機幾乎都搭配了三到五枚攝像頭，可以實現從超廣角到長焦距的自由切換。擁有計算攝影技術的拍照手機因其體積小巧便于攜帶，且功能強大操作方便的特點，受到很多攝影愛好者乃至專業攝影師的追捧，除對影像質量要求較高的商業攝影以外，現階段絕大多數日常圖片是通過拍照手機來拍攝完成的。

1.3 提高手機攝影作品的成功率

手機與相機的結合，使得人人都可以成為攝影師。而拍照手機與計算攝影的結合，則大大提高了攝影作品的拍攝成功率。以往大多數人即便購買了高級的數碼相機，由于對專業攝影技術的掌握知之甚少，看到喜歡的場景，也是胡亂按下快門，獲得一張相對普通的照片。其實大部分拍攝者對于自己的作品并不滿意，但又很想通過網絡分享自己所拍攝的照片，對于大多數并沒有學習過太多攝影理論知識也未必掌握專業圖像處理軟件的手機用戶而言，如果能夠在拍攝的過程中，不再需要調整拍攝菜單和進行模式選擇，只需設定好拍攝內容，輕松按下快門，拍照手機可以根據拍攝物體的種類，光線的不同自動進行后期計算加工，就能完成圖片自動美化處理，直接獲得滿意的效果，這樣能夠大幅提高圖片拍攝的成功率，這時一部加入了計算攝影技術的拍照手機就可以解決上述所有問題。

1.4 加入更多智能化的拍攝場景

把照片拍好看是攝影最為基本的要求，而在此基礎上，若能拍攝出與眾不同的攝影作品，這才更能體現出計算攝影技術的優勢所在。拍照手機生產廠商在研制過程中，加入了眾多全新智能化的計算攝影元素，例如能夠實時處理人像的美顏功能、多鏡頭設計、多幀畫面融合、自動景深合成、拍后對焦、高動態HDR、全景拼接功能等，這些預設的多場景拍攝效果在傳統攝影中，即便對于擁有豐富拍攝經驗的專業攝影師而言，不借助于計算機后期處理軟件，也是很難實現的。但現如今，任何一個人只需擁有一部具備計算攝影技術的拍照手機，就可以在計算攝影技術的幫助下，輕松完成各類場景特效的拍攝。智能化的手機攝影功能，在特效處理上已經遠遠超越了現有的專業數碼相機。

2 計算攝影技術對攝影發展產生的影響

計算攝影技術對于拍照手機帶來的影響已經顯而易見，如果將這項成熟的技術運用在專業數碼相機上同樣也可以極大地改善圖片的整體拍攝效果。數碼攝影技術經過了數十年的飛速發展，初期各大相機生產廠商普遍通過提升像素來提高圖片質量，從最早的30 萬像素，到幾百萬像素，再到現在主流的5 000 萬像素，甚至已經可以超過1 億像素級。但是目前像素的提升已經達到了瓶頸，大量實踐拍攝證明，人類眼睛和相機鏡頭的分辨率都是有限的，單純依賴于提升像素數量對于提高數碼圖片的整體質量并沒有實際意義，只有通過高性能的芯片和先進的計算攝影算法相互結合，才能在現有像素不變的情況下提升數碼相機的整體拍攝質量，計算攝影技術的提升對未來攝影的發展具有至關重要的作用。

2.1 攝影的方式發生了轉變

數碼攝影的過程分為兩個步驟，圖像采集和后期處理，而在每個步驟里又有很多小要素。在圖像采集階段需要考慮相機與鏡頭的選擇，光線的運用，畫面構圖等。后期處理階段所涉及到的內容就更多，畫面的亮度，對比度，反差，飽和度，各種特效濾鏡的運用等。一直以來這兩個部分都是分開獨立進行的，數碼相機負責前期拍攝，計算機負責影像后期處理。計算攝影技術的出現，把整個流程中的每一個要素點聯系在一起進行拓展和整合，在數碼相機拍攝的部分就考慮到后期處理的內容，比如通過數碼優化改變相機的光學設計，調整相機鏡頭位置，改變光圈形狀，調整透視效果，在拍攝時采集可見光之外的光線進行補光等。每一張圖片的拍攝過程，都運用大量計算機算法進行技術支持，甚至采集到的大數據影像可以用非傳統的顯示方式進行3D 或者VR 呈現，這些都可以歸入到計算攝影的范疇內，計算攝影技術加入到數碼相機中，使得數碼攝影的方式發生了轉變。

2.2 攝影藝術越發大眾化

拍照手機出現之前，只有專業攝影師才會花費大量資金去購買昂貴的攝影器材，作為一名攝影師在拍攝之前還需要學習大量的攝影專業知識和相機的操作方法，在不斷實踐當中提升自己的拍攝技術，這些在一定程度中限制了攝影藝術的大眾化步伐。直到拍照手機的普及才發生了轉變，通過計算攝影所拍攝的照片不再需要絕對依賴于拍照者的專業攝影知識和專業相機大畫幅的圖像傳感器，先進的數字算法和強大的芯片在數碼攝影中扮演著至關重要的角色，攝影師只需面對拍攝場景，選擇好合適的構圖按下快門，拍攝過程中并不需要知道數碼相機中的計算攝影具體做了些什么，所拍攝出的照片效果卻比以往更加出色，這提高了大眾的拍攝需求，使得原本高高在上的攝影藝術成為生活中的一項日常行為，變得越發大眾化。

2.3 數碼相機日漸小型化

拍照手機日新月異的發展，對于傳統數碼相機的研發造成了巨大的沖擊，如今拍照手機幾乎已經人手一部，越來越多的攝影師在外出拍攝時，也不再愿意背負著體積龐大的攝影器材。數碼相機生產廠商也在不斷改進設計思路，追求新相機的小型化，低重量，智能化。從目前的發展趨勢中我們不難看出，絕大多數廠商已經將數碼相機的發展重點放在了微單和無反相機的研制上，逐步淡出傳統單鏡頭反光相機的器材領域。這類數碼相機去掉了機身中的反光鏡，使得機身體積減少，重量變輕，這無不依賴于計算攝影技術在新器材設計中的運用，先進的數字處理技術，可以在相機小型化的同時，使的相機的硬件發揮出更大的作用，同時也可以讓那些通過拍照手機喜歡上攝影的愛好者們，開始將目光投入到小型化數碼相機上，促使專業數碼相機和拍照手機一起同步獲得發展。

2.4 改善攝影作品的拍攝效果

一般對攝影的理解，就是按下快門，生成和人眼看到景物一模一樣的照片。計算攝影技術的出現突破了光學元件的物理限制，改善了圖片的拍攝效果。通過計算攝影可以將多張照片甚至多個不同鏡頭所拍攝的照片合成處理之后，生成一張高畫質照片，其清晰度大大超過了相同像素直接拍攝的效果。以往數碼相機在測光時，很難同時兼顧明亮和昏暗的區域，但是通過搭載計算攝影技術，就可以通過以不同亮度級別分別拍攝的多張照片，然后將這些照片合并為一張照片，通過這種方式獲得的數碼照片，能夠更為細膩的表現畫面中的細節。同樣，計算攝影技術還可以用來改善圖片局部的色彩和光線，從而獲得層次更豐富，成像效果更出色，色彩更飽滿艷麗的圖片。此外計算攝影技術還能為數碼相機帶來更強的防抖效果，超強的夜景拍攝能力，獲得更加清晰的數碼圖片。

2.5 對于傳統攝影的重新定義

攝影被稱為瞬間的藝術，長久以來以真實記錄畫面作為其主要功能，而計算攝影在手機中的運用，所得到的畫面其實是經過數字改良的，除了新聞紀實攝影之外，攝影師不再以“所見即所得”作為攝影的唯一標準。例如計算攝影技術通常通過對于同一畫面拍攝大量不同參數的圖片，然后進行復雜的分析，尋找到最佳優化組合，再將這些數據計算并且結合在一起，獲得一個完美的畫面，通過這種有別于傳統攝影方式所拍攝出來的圖片，整體效果看上去更為出色，但圖片看起來和真實場景是有所區別的，畫面中產生了部分虛假的成分，這可以算作是一種不真實的影像。同樣，以往專業攝影師需要通過拍攝多張圖片后期加工才可以得到的全景照片，現在僅需使用拍照設備對場景進行掃描，計算攝影瞬間就可以完成一張全景照片，這種看似復雜的全景拼接技術已是數碼相機中一個最基本也最簡單的功能。可以說，未來數碼相機和拍照手機的拍攝效果好不好，不僅要看傳感器大小，鏡頭焦距長短，像素多少，更重要的是要看其所應用的計算攝像技術先進性如何，攝影在計算攝影時代中被再一次重新定義。

3 結語

計算攝影是一門廣泛運用在攝影領域里的新興技術，它可以將數碼相機的硬件設計與軟件計算能力進行有機的結合，通過數字算法的全面升級，突破數碼感光元件物理上的局限性，增強拍照手機和傳統數碼相機的數據采集和處理能力，全方位的表現畫面中的場景信息。總體而言，在拍攝過程中使用計算攝影的次數越多，拍攝期間進入相機鏡頭的信息內容就越多，一部拍照手機或者數碼相機，它具備的計算攝影技術越先進，計算功能越強大，其拍攝出的圖片效果就越好。計算攝影已然成為當今攝影中一項不可或缺的組成部分，并將為未來攝影藝術的發展提供更多的可能。