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      Google Pixel背后故事:如何做出手機中最好的相機

      [日期:2019-03-09 19:34:06] 來源:極客公園  作者: [字體: ]

        一年前,提起拍照好的智能手機,大家可能會首先想到的是iPhone和Galaxy(或許還有遺忘在歷史長河中的Lumia)。不過從去年年底開始,在這個名單中還得再加上一個名字:Google Pixel。

        Google Pixel的相機到底有多好呢?在法國著名影像實驗室DxO旗下的DxOMark評分中,Google Pixel得到了89的高分,這是智能手機在DxOMark中得到的最高分數,并且直到現在也沒有手機可以超越。 

       

        在Google Pixel優秀的成像品質背后,有三個地方值得關注。

        第一是它采用的索尼 IMX378 傳感器,高達1/2.3英寸的尺寸和1.55微米的大像素為成像提供了優秀的硬件基礎。 

        第二是驍龍821內置的ISP和DSP,相比上一代驍龍810有了長足的進步。 

        第三是HDR+功能,這也是Pixel拍照“魔法”的核心,畢竟用IMX378和驍龍821的不是只有Pixel,卻沒有手機可以拍得Pixel一樣好。不過有趣的是,HDR+這個在手機上大放異彩的功能,最初居然是為Google Glass而研發的。 

        以下內容編譯自The Team at X。

        有些時候,Google X的團隊決定去做一件事件,不過后來發現這些技術的應用場景遠超過了他們最初嘗試去解決的問題,Gcam就是一個這樣的例子。

        Gcam成立于2011年,那時候Google X的負責人Sebastian Thrun正在尋找可以放在Google Glass的相機解決方案。Google Glass可以讓佩戴者無需拿出相機就能以第一視角來拍攝并分享照片,不過為了讓消費者愿意來使用這項功能,Google Glass的拍照能力至少得要達到同時期智能手機相機的水準才行。

      由Google Glass拍攝由Google Glass拍攝

        不過受限于Google Glass的產品形態,只能為其配備很小的傳感器(具體和智能手機差不多)和鏡頭模組,這讓Google Glass的相機在弱光或者明暗反差較大的場景時的成像質量很差。

      一個早期的Google Glass原型機一個早期的Google Glass原型機

        由于Google Glass必須得做得足夠輕并且方便佩戴,設計師無法簡單通過配備一個更大、品質更好地相機模組來解決這個問題。面對這個“魚和熊掌”的問題,Google X團隊開始嘗試用另外一種思路來解決問題:與其嘗試用更先進的硬件來解決問題,我們能不能用更加智能的軟件處理來解決它? 

        Marc Levoy是斯坦福大學的一名教職員工,同時也是一位計算攝影領域(基于軟件的圖像捕捉和處理技術)的專家。

        2011年,Marc在Google X中組建了后來被稱作Gcam的團隊,這個團隊的任務是在移動設備上通過計算攝影技術來提高成像質量。在Gcam試圖提高Google Glass成像品質的過程中,他們采用了一種叫做圖像融合的方法,這種方法的原理是使用相機連續快速拍攝多張照片,然后合成為一張品質更好地照片,從而讓相機可以在弱光下拍出擁有足夠多細節、在明暗反差較大的場景拍出更加清晰的照片。 

        這種圖像融合技術于2013年首次在Google Glass上亮相,不過,很明顯這項技術的應用場景將遠遠不止Google Glass。

        越來越多的消費者選擇使用智能手機來取代傳統的相機,消費者希望他們手上的智能手機在任何場景和光線下都能拍出優秀的照片。在這個背景下,Gcam的下一代圖像融合技術不再局限于Google Glass,而是直接內置在了2013年10月發布的Nexus 5和后一年的Nexus 6的相機App中,這就是大家熟悉的HDR+。

        (編者注:HDR+的原理是通過連續拍攝多張RAW文件,通過多張合成的方式來獲得一張品質更好的JPEG文件,這和其他手機的HDR功能有所不同,后者的原理通過拍攝三張左右曝光不同的照片來合成一張寬容度更好的JPEG文件,HDR的重點在于合成用的照片曝光是不一樣的,應用場景也主要局限在明暗反差較大的場景。)

      Marc Levoy使用Google Pixel拍攝Marc Levoy使用Google Pixel拍攝

        現在,Gcam的技術已經被應用在Alphabet旗下的一系列的App和產品中。2015年,Gcam從Google X正式畢業,隨后加入到Google Research中,現在Gcam正在參與一系列技術的研發,包括Android、YouTube、Google Photos和360度VR相機Jump。此外,Gcam團隊的部分成員還參與到了Google相機App的Lens Blur功能(可以理解為Google的“先拍照后對焦”功能)以及Jump拍攝的360度VR視頻的拼接處理中。

      Marc Levoy使用Google Pixel拍攝Marc Levoy使用Google Pixel拍攝

        在Google新推出的Pixel手機中,Gcam開發的HDR+功能被設為了相機的默認模式。

        有了這項技術的加持,Pixel的相機獲得了無數的贊譽,有相機評分行業標準之稱的DxOMark在2016年將Google Pixel評為“智能手機上有史以來最好的相機”。回顧這段歷程,Marc說:“我們花了5年時間才把事情做對……我們非常感謝Google X讓我們的團隊可以不拘泥于眼前的利益,并且給予我們充足的自由,從而做成了這些。”

        (編者注:HDR+對數據處理能力的要求很高,在Nexus 5、Nexus 6、Nexus 5X和6P這三代產品上,HDR+都只是一個專門的拍照模式,不過在Pixel上,隨著驍龍821內置的ISP和DSP性能的大幅躍進,相機App的 HDR+默認就處于“自動啟用”的狀態。在DxoMark的測試中,打開HDR+后每3秒拍一張照片,上一代產品Nexus 6P拍到第4張相機App就會自動關掉HDR+功能,而Pixel可以一直拍下去。打開HDR+后每1秒拍一張照片,Nexus 6P的HDR+已經無法啟用了,Pixel也可以連續以 HDR+模式拍上9張,然后HDR+功能才會被關掉。)

        Gcam的下一步是什么呢?Marc對Gcam的未來感到非常興奮。

        “機器學習是我們正在推動的一個方向”,Marc解釋說,“在現有的基礎上,我們依然可以相機上做出很多有創意的東西,比如創造一個訓練體系來讓照片獲得更好的白平衡效果,再比如說對照片背景的處理,我們是應該把它變得模糊,還是把顏色調深或者做其它特別的處理。我們在機器學習領域處于領先的地位,將現實世界和計算攝影世界創造性地融合是一個非常大的機會。”

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      哥哥用力插