华为P20系列摄影背后的故事

摄影术发明至今已经有170余年了,在不断探索摄影可能性的过程中,有11种拍照方式撑起了整个摄影史,这其中即有昂贵的银版、碘化银、湿版等传统化学摄影,也有我们都熟悉的宝丽来、徕卡和今天你我都在使用的拍照手机。大家实在是太喜欢用手机拍照了,以至于每天全球都会产生18亿张手机照片。而在2018年谈到拍照手机,有一个品牌是始终无法绕过的。它凭借着AI智慧摄影、4000万像素徕卡三摄、5倍混合变焦,改变了大众对拍照手机的心理预期,它就是HUAWEI P20 Pro。P20 Pro的推出甚至震动了整个摄影圈,AI+三摄的技术到底有多牛,为什么单反相机都没有它拍的好?为此,我们专门请教了华为的多媒体技术部长Samuel,从算法上为大家解析P20 Pro是如何实现让人难以置信的拍照效果的。

安德烈・巴赞发表于1945年的《摄影影像的本体论》一文提出:“一切艺术都是以人的参与为基础的。”当手机拍照不再是难事,人人都能参与,手机拍照也就也上升为手机摄影,成了艺术。与此同时,也有越来越多的消费者对拍照手机有了更高的要求,开始在高感、色彩、光圈、快门速度等方面追求极致。

在2018年谈到拍照手机,有一个品牌是始终无法绕过的。它凭借着AI智慧摄影、4000万像素徕卡三摄、5倍混合变焦,改变了大众对拍照手机的心理预期。国际权威评测机构DxOMark 给打出史上最高的109分,领先竞品10分,这就是HUAWEI P20 Pro。P20 Pro的推出甚至震动了整个摄影圈,AI+三摄的技术到底有多牛,为什么单反相机都没有它拍的好?为此,我们专门请教了华为的多媒体技术部长Samuel,从算法上为大家解析P20 Pro是如何实现让人难以置信的拍照效果的。

会被竞品迅速跟进的三摄技术究竟难在哪?

在解释三摄原理前,我们不妨先看几张照片。

这三个长相奇怪的家伙都是相机,他们的出现都是为了解决当时某种拍照难题。比如第一款Albert Londe设计的12个镜头的相机,就是为了拍摄运动题材而研发的。第二款Summa Report相机可以解决新闻摄影的快速抓拍的需求;而第三款15镜头的Royal Mail Stamp 相机,拍摄一次就可以得到15张相同的照片。这些相机看似很高级,但却都有一个问题,就是镜头间无法协同工作,有多少个镜头,拍摄出来的就是多少张照片。

HUAWEI P20 Pro

回过头来我们再看拍照手机,如果不考虑体积,以现有的技术,让手机拍出单反相机的效果是完全有可能的。但在如此轻薄的机身里,每实现一个拍照功能,就“难于上青天”了,毕竟连手机镜头凸出机身一点,都会被嘲笑。垂直方向无法扩展,就只能在水平方向探索了。华为的作法是在P20 Pro在原来双摄的基础上增加了一个带防抖功能的变焦镜头,与其他两个镜头(一颗4000万像素的镜头负责收集颜色信息,另一颗黑白镜头采集清晰度和噪点信息)组合后形成更清晰的照片。

P20 Pro新增加了一颗变焦镜头

你以为从双摄到三摄只是增加一个镜头那么简单?那你就大错特错了。无论是双摄和三摄,首先都会遇到“距离”的问题。也就是说,拍摄同一物体,每颗镜头都会存在位置差距。就好像人的两只眼睛,每只看到的都是不同的图像,但人眼会自动调整形成一个清晰完整的画面。但镜头如果调校不好,就会产生虚影,就是我们常说的拍糊了。在实际拍摄过程中,3倍以下或使用4000万像素时,变焦镜头是不参与工作的,只有3倍以上变焦,这颗镜头才发挥作用。简单说,三颗镜头都是两两组合使用的。如何通过算法处理三颗镜头间的信息,完美解决视差问题,让你无论变焦到多少,切换到哪颗镜头,都感觉不到丝毫差异,这才是三摄的难点。每多一颗镜头,算法就会有N倍的增加,而为了实现像素级的精准,最终生成的图片都要经过上万个点的对齐测试。

华为每台手机出厂前都会经过校准

你以为这样就OK了吗?你想不到镜头还有“一致性”的问题吧。要知道每颗镜头的加工过程与安装位置都可能会产生细微差别,虽然这种机率只有1—3%,但对于摄影这种要求绝对精密、准确的技术行为,1mm的偏差就足以毁了整张照片。为此,华为在P9时就引入了深度校准系统,在每一条生产线上都配备了一套精密的镜头调校系统,通过光学检测和人工智能分析,针对每一组的三摄镜头系统都编写了一套唯一对应算法,在算法上根据这三颗镜头的对应信息进行校准,完美解决了视差问题,保证对焦与成像更准确。这套校准系统的原理有点像我们看三维立体图,镜头拉远拉近的过程中,就可以准确地计算出偏差,并从算法上校正。也就是说,华为出厂的每台手机的每颗镜头都要经过校准,而且每套镜头都有唯一的软件算法。

除此之外,华为的三摄还有一些优势,比如同样是人像模式,iPhone双摄在1倍变焦时,其中一颗变焦镜头采不到数据,2倍以上才有变焦能实现人像模式,而华为是从1倍到3倍都具备人像模式。

经历7000万张照片学习的 AI到底牛在哪?

HUAWEI P20系列不是简单堆砌硬件打造出的“性能怪兽”,而是具有“智能之心”的摄影大师。华为创新的AI摄影大师功能,是为了让即使是不懂摄影,不懂设置参数的新手,也能轻松拍出走心的大片,帮助用户记录和分享更美,更好精彩瞬间。

HUAWEI P20系列的AI摄影大师功能,可以实时识别超过500多种细分环境,并且自动调优到对应环境的最佳拍摄参数。用户身处不同光线,色彩,主体的环境下,AI智慧摄影都能瞬间自动识别,自动调教,只需轻松按下快门,即可以拍出摄影大师级的专业大片。

但是,要达到这个效果,研发阶段的人工智能训练过程并不容易。在调教中,每个细分的环境都会经历海量大师级的专业照片进行人工智能训练和学习。为了做到在500多种细分环境中都能够快速而准确的识别,华为的AI摄影研发团队与全球数十位专业摄影大师合作,在分析和学习了7000万张照片背后的环境与参数对应关系后,HUAWEI P20系列已经掌握了专业摄影大师设置相机的对应数据,再通过强大的AI运算能力,HUAWEI P20可以实现场景实时识别,专业大师级拍摄参数自动适配,让每一位举起华为手机的用户都能拍到令他们满意的照片。

还有一点也是独具匠心,由于识别场景是实时的,背景画面是不停变化的,比如背景后面走过的路人,汽车从远处开过来等干扰情况。针对这个摄影难点,华为AI摄影研发团队在与专业摄影师团队深度探讨后,制定了拍摄主体的优先级和识别规则,当用户在拍摄主体目标的时候,背景的干扰因素不论如何变化,都可以保证拍摄主体的优先级,减少了背景干扰的因素。举个例子,如果用户在拍人像,如果背景有车辆或者是路人经过,拍摄的人像主体将不会受到影响,依然保证了最优先级的对焦,而干扰因素则会被识别,进行弱化处理。HUAWEI P20系列通过大量的学习和摄影大师的调教,能够时刻感知和理解用户所处的拍摄场景,通过精准智能的规则约束,保证了用户能够拍出想要突出的主体,照片更加专业。

AI如何让你拍摄令人难以置信的夜景?

HUAWEI P20系列上市后,最受专业摄影师关注的超级夜景功能,其实在华为内部也是经过了大量的努力和专研。开始研发思路是模拟单反相机的B门(长时间曝光)拍摄功能,在手机上用多帧合成技术来实现的。在上一代HUAWEI P9上必须使用三脚架才能保证图片后期像素点贴合的准确。但是并没有多少人会随身带着三脚架,这与手机拍照轻便、灵活的拍照理念不符,所以后来华为决定开发手持拍摄夜景功能。

但弱光拍摄这个技术单反相机都没法解决,最大的难点就是怎么从算法上让图像的匹配度更准确。为此,华为给P20 Pro装上了1/1.7大尺寸传感器和大光圈徕卡镜头,让更多的光线进入图像传感器。并从算法上优化,保证了相机能够最大限度的获得光学信息。之后,华为再通过他的“独门秘笈”——华为AIS防抖技术 (AI Image Stabilization),让用户通过手持就能达到长达4秒的防抖时间,在特别暗的场景,相机会进入长曝光模式,最终生成的夜景照片甚至超过了人眼,在伸手不见五指的环境下,HUAWEI P20 系列依然能够清晰的拍到目标主体,因此也有网友戏称HUAWEI P20 系列为“超级夜视镜”。

ISO1250\ISO51200

华为这套AIS防抖技术,能结合传统电子防抖(EIS)和光学防抖(OIS)的优点,避免人体和手部不规则抖动产生对相片成像效果的影响。研发团队通过1200万次的模拟手持抖动的仿真实验,开发了一套覆盖5岁儿童到80岁老人的人工智能防抖自适应算法,再通过拥有强大运算能力的人工智能芯片,可以保证每一个用户,都可以无需三脚架,拍出清晰的超级夜景,记录下浪漫迷人的瞬间。

HUAWEI P20 Pro超级夜景拍摄样张

华为通过引入4000万像素徕卡三摄+AI智慧拍摄,改变了游戏规则,让手机摄影又提升了一个等级。特别是在低光照环境下拍摄,击败了其他的竞争对手。这其中有徕卡为华为注入了百年影像技术,从成像和光学方面完善了手机拍照性能,更多的是华为自行研发的AI和强大的后期调校,让你即使不懂摄影也能拍出媲美大师的照片。即使HUAWEI P20 Pro已经如此优秀了,但这仅仅也只是个开始。华为的野心不止于三摄,未来,华为在AI和影像领域会有更多的想法和玩法。

不再错过任何一招拍照技巧

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