手機(jī)成像技術(shù)簡談

1、手機(jī)成像技術(shù)簡談（測光篇）  (2013-11-23 00:44:24)轉(zhuǎn)載標(biāo)簽： 手機(jī) 成像 拍照 測光 lumia（本文首發(fā)于大眾軟件2013年11月下半月刊，轉(zhuǎn)載時(shí)請(qǐng)注明出處和作者：歐陽洋蔥）手機(jī)也能拍出亮度適中的好照片照片拍好的第一步就是把焦對(duì)好，畫面亮度也恰到好處，當(dāng)然做特別的藝術(shù)創(chuàng)作偶爾可能會(huì)有例外。但即便是這兩個(gè)基本步驟，也會(huì)由于客觀因素的種種制約很難做到最佳，所以周圍小伙伴所拍的照片，失焦、過曝或太暗的成片都不在少數(shù)。雖然現(xiàn)代的數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)攝像頭在拍照時(shí)基本都做到了完全傻瓜式，無需用戶調(diào)整參數(shù)，任意按下快門就能照出還

2、不算差的照片。但某些場景，例如逆光、夜晚等，往往不是成像設(shè)備靠內(nèi)部算法和自動(dòng)調(diào)節(jié)就能有令人滿意的照片呈現(xiàn)的。當(dāng)然這與設(shè)備本身的成像素質(zhì)與性能有關(guān)，但實(shí)際與拍攝者也有很大的關(guān)系。（手機(jī)攝像頭模塊外觀）這篇文章，我們就僅從“測光”的角度，從理論和實(shí)際兩方面來談?wù)勅绾稳藶檎瓶爻上窳炼?，拍出更好的照片。鑒于大部分小伙伴掃街或出游都更愛用手機(jī)拍照，所以我們主要談的是手機(jī)攝像頭的“測光”系統(tǒng)和操控方式。一、什么是測光與曝光不管是何種成像設(shè)備，單反、微單、普通DC抑或手機(jī)，若要在成片階段對(duì)最終所拍照片的亮度做控制，那么在用戶按下快門之前，首先就要對(duì)用戶所需拍攝的場景或事物進(jìn)行測光。只有在測光之后，成像設(shè)備才

3、能對(duì)所攝內(nèi)容進(jìn)行明暗調(diào)節(jié)。（手機(jī)攝像頭模塊的構(gòu)造，最右端為感光元件）數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)攝像頭內(nèi)部都藏有一個(gè)被稱作感光元件（或稱圖像傳感器）的受光傳感器。這顆感光元件在扮演的角色上就好比膠片相機(jī)時(shí)代的底片感光元件可感知進(jìn)入攝像頭內(nèi)部的光亮。攝像頭正是通過感光元件對(duì)外界光的感知，得到最終的成像。當(dāng)代的數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)攝像頭產(chǎn)品中，除了單反的測光系統(tǒng)偏復(fù)雜，其他大部分成像設(shè)備的測光工作也都是由這枚感光元件配合圖像處理器完成的。也就是說，感光元件不僅擔(dān)負(fù)最終的成像工作，而且也擔(dān)負(fù)在成像之前對(duì)所攝畫面的測光工作。在此，我們可以對(duì)手機(jī)測光做個(gè)簡單的定義：感光元件感知用戶所需拍攝畫面光量多少的過程，即是測光。（不

4、同手機(jī)在測光的傾向性上也有不同，有些偏保守，寧可欠曝也不過曝，有些偏激進(jìn)，寧可過曝也不欠曝）不過測光實(shí)際上只是讓手機(jī)攝像頭知道了外界進(jìn)入內(nèi)部感光元件的光有多少，進(jìn)入感光元件的光過多或過少都是不行的，都會(huì)讓最終成像的明暗度無法達(dá)到用戶預(yù)期。如果抵達(dá)感光元件的光過量，就會(huì)讓最終成像“曝光過度”（或稱過曝）；抵達(dá)感光元件的光太少，則會(huì)讓成像“曝光不足”（或稱欠曝）。這里所謂的“曝光”，即是指感光元件暴露在光照下的這樣一種狀態(tài)。成像設(shè)備在測光過后，需要完成的就是調(diào)節(jié)所拍畫面的亮度，達(dá)到人眼的最佳觀感。不管這種調(diào)節(jié)是用戶手動(dòng)操作還是經(jīng)由圖像處理器自動(dòng)設(shè)置，其實(shí)質(zhì)都是調(diào)整曝光參數(shù)的過程。需要特別指出的是，

5、這種調(diào)節(jié)和照片后期的PS是不同的，因?yàn)镻S是對(duì)數(shù)字圖像既有信息的后期調(diào)整，而曝光參數(shù)的調(diào)整是基于所拍畫面，在按下快門之前的前期調(diào)整。曝光參數(shù)的設(shè)置往往可以決定由于亮度關(guān)系導(dǎo)致的畫面細(xì)節(jié)的去留，而PS顯然是無法達(dá)成這一點(diǎn)的。1.決定曝光的幾個(gè)參數(shù)我們上面已經(jīng)談到，測光后對(duì)所拍畫面亮度做預(yù)調(diào)節(jié)，實(shí)質(zhì)就是設(shè)置幾項(xiàng)曝光參數(shù)。換句話說，這幾項(xiàng)參數(shù)實(shí)際上就決定了成像的亮度。大部分對(duì)手機(jī)拍照略有研究的用戶就多多少少有機(jī)會(huì)與這些參數(shù)接觸，它們分別是光圈值、ISO值和快門速度（或稱曝光時(shí)間）。這3個(gè)變量的此消彼長，不僅可以決定最終的成像亮度，而且也是進(jìn)行各種攝影創(chuàng)作的核心基礎(chǔ)，不過這里我們主要談這三者對(duì)亮度的影

6、響。（諾基亞N86是為數(shù)不多光圈值可變的手機(jī)產(chǎn)品，當(dāng)然它也沒有采用實(shí)體多葉光圈）由于當(dāng)代手機(jī)講究輕薄性，而且不太可能在攝像頭上耗費(fèi)太高的成本，所以這3個(gè)變量中的光圈值在手機(jī)中實(shí)際是個(gè)固定的量。光圈值是由物理焦距和光圈大小決定的大部分手機(jī)的物理焦距和光圈孔徑大小都不可變（可實(shí)現(xiàn)光學(xué)變焦的N93i一類手機(jī)是例外）。所以我們用手機(jī)拍照時(shí)，無需考慮光圈值的影響。（相機(jī)鏡頭通過光圈葉片的開合來改變光圈孔徑，但手機(jī)攝像頭沒有這樣的條件）普通用戶僅需了解的是，光圈值是用類似F/1.4，F(xiàn)/2，F(xiàn)/2.8，F(xiàn)/4，F(xiàn)/5.6這樣的方式表述的。因?yàn)楣馊χ凳墙咕嗯c光圈直徑的比值，所以后面的這個(gè)數(shù)字越小，反而表示進(jìn)

7、入攝像頭內(nèi)部的光越多（注意：此數(shù)字越小，并不一定表示光圈就越大）。因此，如果僅考慮光圈值這一參數(shù)，那么標(biāo)稱F/2.0的手機(jī)攝像頭（如Lumia 920），一般在暗光環(huán)境下會(huì)比標(biāo)稱F/2.4光圈值的手機(jī)攝像頭（如Xperia Z）更有優(yōu)勢，因?yàn)樵诳扉T速度不變的情況下，F(xiàn)/2.0的鏡頭通光量更多。（小米發(fā)布會(huì)上，雷軍對(duì)光圈的注解，不過景深可沒有好壞之分哦）有人會(huì)問，既然把鏡頭內(nèi)部的光圈做大可以增加通光量，為什么手機(jī)這樣暗光拍攝能力較弱的成像設(shè)備不考慮把光圈再做大一些呢。實(shí)際上，若考慮將光圈進(jìn)一步做大，手機(jī)攝像頭的鏡頭（即由鏡片組成的鏡組）制造工藝要求就會(huì)更高，用料與成本也更多，并且還會(huì)增加整個(gè)攝像

8、頭模塊的體積。市面上雖然已經(jīng)有不少標(biāo)稱F/2.0光圈的手機(jī)出現(xiàn)，但實(shí)際其鏡片的光學(xué)素質(zhì)遠(yuǎn)達(dá)不到優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，光圈大小不僅影響通光量，而且還影響著景深很多媒體在評(píng)測時(shí)將能否呈現(xiàn)淺景深作為衡量手機(jī)攝像頭成像素質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)之一，這就是相當(dāng)大的誤解。不同深淺的景深有各自應(yīng)用的拍攝場景，如拍攝需要同時(shí)將前后景都清晰表現(xiàn)的場景時(shí)，我們就需要范圍較廣的景深，此時(shí)就要求盡量小的光圈。此外，光圈確實(shí)能夠影響景深，但并不能看作是景深的決定因素，景深還受其他因素的影響，如感光元件的尺寸。很多媒體在評(píng)測Lumia1020時(shí)將其出色的背景虛化效果歸結(jié)在F/2.2光圈上，這顯然是錯(cuò)誤的。景深是另一個(gè)比較大的話題，這里不

9、做過多展開。（1）ISO值（感光度）ISO值可以理解為描述攝像頭內(nèi)部感光元件感光能力的值。ISO值本身是不影響外界進(jìn)入攝像頭內(nèi)部并最終抵達(dá)感光元件的通光量的，但當(dāng)感光元件的ISO值提高時(shí)，其感光度也就更高，畫面也會(huì)更亮，將ISO值降低則會(huì)讓畫面更暗。（Xperia Z支持最高ISO值1600）一般的手機(jī)攝像頭與成像設(shè)備，都會(huì)標(biāo)稱一個(gè)ISO值區(qū)間，即感光元件可在這個(gè)ISO值的范圍內(nèi)做感光度的調(diào)整，達(dá)到調(diào)節(jié)最終成像亮度的目的。2年前的手機(jī)攝像頭，ISO值還普遍限定在800乃至400以下，現(xiàn)如今像iPhone 5/Lumia 920這樣的手機(jī)攝像頭已經(jīng)支持最高3200的ISO值，也就意味著它們可以令

10、成像更亮。但感光元件的感光度最高上限受到其本身性能的影響，例如目前大部分單反的感光元件ISO上限已達(dá)25600，這是手機(jī)攝像頭望塵莫及的；而且，越高的ISO意味著畫面更多的噪點(diǎn)，噪點(diǎn)多也就意味著畫質(zhì)損失嚴(yán)重，畫面臟，觀感差。所以iPhone 5雖然能夠?qū)⒃S多暗環(huán)境的畫面拍得更亮，但它是純粹靠提升ISO值來實(shí)現(xiàn)這一目的的，于是整個(gè)畫面的噪點(diǎn)會(huì)顯得非常多，幾乎到了令人無法忍受的地步。事實(shí)上，雖然越來越多的手機(jī)攝像頭開始支持最高ISO3200，但許多手機(jī)在ISO大于800時(shí)，畫質(zhì)就已經(jīng)到了不可用的地步。僅有類似索尼RX1這樣的高端數(shù)碼相機(jī)，成像在ISO5000時(shí)才有一定的可用度，許多中低端單反在IS

11、O超過2000時(shí)也基本已經(jīng)失去了意義。反之，ISO值越低，就越能保證畫面的純凈度，成像看起來也會(huì)越干凈。這是許多攝影師寧可用低ISO，也要保證畫質(zhì)不受影響的根本原因。（Xperia Z拍攝，ISO1600，快門速度1/640秒）（Xperia Z拍攝，ISO100，快門速度1/50秒）（100%截圖，ISO值為1600時(shí)的成像相比ISO100有明顯的畫質(zhì)劣化）除了iOS設(shè)備一類純傻瓜式的成像設(shè)備之外，大部分Android、Windows Phone等設(shè)備在相機(jī)應(yīng)用中通常都一定限度地支持用戶進(jìn)行ISO感光度設(shè)置。讓用戶自行在亮度和純凈度之間做抉擇。一般情況下，相機(jī)應(yīng)用的自動(dòng)模式都是由系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)定

12、ISO值的。不過，相比另一個(gè)可對(duì)亮度做調(diào)節(jié)的變量：快門速度，ISO值的提高通常擁有最低的優(yōu)先級(jí)，因?yàn)楫吘箍扉T速度的升降不會(huì)直接影響畫質(zhì)，而ISO值的升高就意味著畫質(zhì)的嚴(yán)重劣化。（2）快門速度所謂的快門，可以理解為感光元件前方能夠一開一合的幕簾，而這扇幕簾的開合速度就是指快門速度。用戶在按下拍照應(yīng)用中的拍照按鈕后，系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的快門速度來控制這扇幕簾的開合。快門速度所控制的是感光元件的曝光時(shí)間，快門幕簾開啟時(shí)，感光元件接收到來自外界的光，幕簾關(guān)閉時(shí)，感光元件曝光結(jié)束。不難理解，快門速度也直接影響外界進(jìn)入攝像頭內(nèi)部的光的多少?？扉T速度越快，也就是幕簾開合越快，那么抵達(dá)感光元件的光也就越少，反之

13、快門速度越慢，則抵達(dá)感光元件的光越多，成像亮度也會(huì)相應(yīng)更高。這里為了便于理解，我們將快門單純地理解成有幕簾開合的機(jī)械快門。但實(shí)際上，大部分便攜式DC和手機(jī)攝像頭的感光元件前方是沒有這樣開合的實(shí)體機(jī)械組件的，系統(tǒng)是通過控制感光元件的通電與斷電來達(dá)到曝光時(shí)間的控制這種快門被稱作電子快門。有極少數(shù)手機(jī)，例如808PureView、Lumia 1020這樣較注重成像質(zhì)量的設(shè)備用到了鏡前的實(shí)體機(jī)械快門（Lumia1020結(jié)合了機(jī)械與電子快門）。（808PureView與Lumia1020都配備了鏡間機(jī)械快門，不拍照和按下拍照按鈕時(shí)快門會(huì)降下）按此理解，要控制通光量，調(diào)節(jié)快門速度就可以了。雖然機(jī)械快門存在

14、最高快門速度的極限，但快門速度的控制相較另外兩個(gè)同樣能控制成像亮度的參數(shù)ISO值和光圈值而言，是最經(jīng)濟(jì)和沒有過高技術(shù)難度的一個(gè)值。比如，大部分手機(jī)拍照應(yīng)用會(huì)將最低快門速度限定在1/17秒這個(gè)水平上，但實(shí)際上，這些手機(jī)也可輕易將快門速度再行降低到1秒（不考慮感光元件問題），這樣就可以獲得更多的通光量，暗光環(huán)境拍攝能力可直線上升。可是手機(jī)廠商卻沒有這么做，為什么？快門速度如果降低到一定程度，比如在手機(jī)上降至1/17秒以下，那么手持拍攝的成功率也會(huì)隨之大大降低。這是因?yàn)槭殖峙臄z時(shí)，人手總無可避免地抖動(dòng)位移，快門速度一旦降下來，例如降到哪怕1/10秒的程度，在快門幕簾開合的這0.1秒里，最終的成像都會(huì)

15、因?yàn)榭筛兄氖侄对斐勺罱K畫面的抖動(dòng)模糊。應(yīng)對(duì)這種問題，一是可以用外部穩(wěn)定輔助，如三腳架讓成像設(shè)備處在穩(wěn)定不會(huì)有位移的環(huán)境中。另外，也可以在攝像頭內(nèi)部集成光學(xué)防抖系統(tǒng)，像Lumia 920/HTC One那樣，可有效提升低速快門下的拍攝成功率。但這些都需要額外耗費(fèi)資源對(duì)低快門的不穩(wěn)定做彌補(bǔ)，甚至需要付出類似犧牲手機(jī)輕薄度這樣的代價(jià)，況且我們用手機(jī)拍攝更不可能每天帶著三腳架出門。（低速快門可令畫面產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)模糊，而高速快門則能捕捉瞬間畫面）另一方面，就算有可靠的穩(wěn)定系統(tǒng)做助力，設(shè)定1秒的快門速度，用于拍攝運(yùn)動(dòng)中的物體，哪怕被攝物體只是小幅度運(yùn)動(dòng)，那么最終的成像，被攝物體在畫面中也會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)模糊?；蛟S

16、，有些攝影師在進(jìn)行創(chuàng)作時(shí)偶爾需要這樣的運(yùn)動(dòng)模糊，但大部分情況下，我們只是希望能拍到清晰、銳利的瞬間，而不希望對(duì)方的腳或手有個(gè)奇怪的拖影?？梢娍扉T速度的控制也存在很大的局限性。低速快門與高速快門都有各自的應(yīng)用領(lǐng)域，例如要呈現(xiàn)道路上車輛穿梭的運(yùn)動(dòng)感，那么就需要選擇低速快門；如果需要拍攝水滴濺起的瞬間，就必須使用高速快門了。在決定這樣的創(chuàng)作方式之后，畫面的亮度就只能靠光圈值和ISO值的調(diào)整來權(quán)衡了。（諾基亞專業(yè)拍攝應(yīng)用，為用戶提供了從1/16000秒4秒的快門速度選擇）一般很少有手機(jī)的拍照應(yīng)用會(huì)將快門速度的手動(dòng)調(diào)節(jié)下放給用戶。某些第三方拍照應(yīng)用，如諾基亞專業(yè)拍照、ProShot等，能夠提供快門速度調(diào)

17、整。比如Lumia 1020就支持用戶手動(dòng)設(shè)定最慢4秒的快門速度但這也并不意味著諾基亞Lumia 1020的光學(xué)防抖組件牛叉到可在4秒的快門速度下讓用戶手持拍攝，而是主張用戶采用三腳架進(jìn)行拍攝。在光圈、快門速度和ISO值的收放都存在各自局限的情況下，如何對(duì)三者進(jìn)行參數(shù)上的配合調(diào)節(jié)就成為曝光量控制的關(guān)鍵。三者的取舍與創(chuàng)作的場景也有很大關(guān)系，而我們暫且停留在知道他們都可對(duì)曝光量形成影響的層面上即可，畢竟手機(jī)攝像頭的創(chuàng)作空間還是相當(dāng)有限。（3）有關(guān)曝光補(bǔ)償要將曝光補(bǔ)償?shù)母拍罱忉屒宄?shí)際上并不簡單，如果要用通俗的話來說，即是：在自動(dòng)模式下，攝像頭的整個(gè)測光與曝光參數(shù)設(shè)置過程是自動(dòng)完成的，攝像頭每次拍下

18、一張照片都是使用它認(rèn)為最合理的曝光參數(shù)進(jìn)行的。但攝像頭并沒有智能到足以應(yīng)付所有場景，我們會(huì)看到有很多照片仍然過暗或過亮，此時(shí)就需要我們?nèi)藶榈貙?duì)其曝光標(biāo)準(zhǔn)做調(diào)整。（Xperia Z提供±2檔的曝光補(bǔ)償設(shè)置）例如我們?cè)谄毓庋a(bǔ)償中設(shè)置-0.3，即表示告訴攝像頭：你的測光與曝光參數(shù)設(shè)定過于激進(jìn)，致使拍出來的照片都太亮，可以保守一點(diǎn)，讓畫面再暗一點(diǎn)。如果將曝光補(bǔ)償固定在-0.3的位置上，那么攝像頭就會(huì)始終以比平時(shí)稍暗的呈現(xiàn)方式安排ISO值和快門速度的匹配方式。手機(jī)攝像頭曝光補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)，不管是讓整個(gè)畫面變亮還是變暗，也都是通過ISO值與快門速度的調(diào)整實(shí)現(xiàn)的。如果我們以純手動(dòng)模式來控制每項(xiàng)參數(shù)，那

19、么曝光補(bǔ)償自然也就不存在太大意義（這里的曝光補(bǔ)償需要和包圍曝光補(bǔ)償有所區(qū)分）。對(duì)于喜歡用自動(dòng)模式（或者相機(jī)中的光圈優(yōu)先、快門優(yōu)先等半自動(dòng)模式）拍照的用戶，曝光補(bǔ)償可比較快捷地控制畫面亮度，人為干預(yù)應(yīng)對(duì)各種特殊場景，令逆光、大面積純色畫面的拍攝也可有較為滿意的效果。    （特別值得一說的是，在暗光環(huán)境下，比如夜拍，若由于成像設(shè)備本身的制約，在已經(jīng)將ISO升至最高，并且快門速度最慢的情況下，如果即便如此也依然無法令畫面亮度有所提升并到達(dá)人眼可接受的程度，則成像的硬件可提供的資源已達(dá)極限此刻的曝光不足無法通過硬件手段彌補(bǔ)。唯有廠商進(jìn)一步提升硬件用料或是研發(fā)新

20、技術(shù)才能讓此刻的成像達(dá)到令人滿意的水平。）二、感光元件的寬容度    1.亮部與暗部細(xì)節(jié)往往無法得兼記得有人在黑Lumia 920夜拍能力時(shí)說，Lumia 920不過是通過讓整個(gè)畫面的亮處過曝，來強(qiáng)行獲得整體畫面亮度的提升，亮部細(xì)節(jié)是有嚴(yán)重丟失的，根本就不合理。這種提法本身就是個(gè)偽命題，因?yàn)槠渌麤]有采用光學(xué)防抖系統(tǒng)的智能手機(jī)，在普遍限定最低快門速度1/17秒的情況下，根本沒有行之有效可提升暗光環(huán)境畫面拍攝亮度的手段，就算他們想要“讓整個(gè)畫面的亮處過曝”也根本做不到。更重要的是，這一說法完全無視了感光元件是有寬容度極限的，在感光元件寬容度所不及的高反差場景

21、下，暗部或亮部細(xì)節(jié)只能擇其一。寬容度更專業(yè)的說法是“動(dòng)態(tài)范圍”，意思是說畫面最亮到最暗處的范圍。而感光元件的寬容度，則表示該感光元件能夠在一個(gè)畫面（一次快門）中呈現(xiàn)的最亮處到最暗處的極限范圍區(qū)間。（上Lumia920，下Lumia900，樣張能夠明顯看出920與900感光元件的寬容度差異）美國著名攝影師兼導(dǎo)演Jon Fauer曾在夸贊柯達(dá)Vision2膠片的時(shí)候大贊其寬容度表現(xiàn)出色，并強(qiáng)調(diào)了寬容度的重要性。在日系相機(jī)大行其道的今天，因?yàn)槿毡緩S商極少將寬容度作為賣點(diǎn)進(jìn)行宣傳，加上許多媒體在評(píng)測手機(jī)攝像頭時(shí)根本不會(huì)提“寬容度”這一概念，導(dǎo)致人們并不關(guān)注感光元件的寬容度表現(xiàn)。實(shí)際上寬容度也是一款感光

22、元件是否出色的重要指標(biāo)。這里，我們通過Lumia900和Lumia 920同一場景同一時(shí)間的樣張來說明問題。Lumia 920是筆者所接觸的手機(jī)產(chǎn)品中，感光元件寬容度相當(dāng)出色的一款設(shè)備，單論寬容度基本達(dá)到了iPhone 5s的水平。而Lumia900顯然在感光元件用料上差得比較遠(yuǎn)，寬容度相較Lumia920有較大差距。不難發(fā)現(xiàn)，Lumia920呈現(xiàn)出無論是明處還是暗處的細(xì)節(jié)都比Lumia900多出許多，Lumia900丟失了更多的細(xì)節(jié)，就因?yàn)槠涓泄庠茉谕划嬅娉尸F(xiàn)的最亮與最暗部分的區(qū)間范圍更小，也就是寬容度更小。上面的樣張是比較典型的高反差場景。所謂的高反差場景是指，該場景的最亮處與最暗

23、處，在亮度值上差得比較遠(yuǎn)。成像設(shè)備在應(yīng)對(duì)這種場景時(shí)通常都會(huì)顯得比較吃力，主要就是因?yàn)楦泄庠膶捜荻炔粔?。如果將亮部?xì)節(jié)完整呈現(xiàn)出來，那么暗部細(xì)節(jié)就會(huì)有很大損失；而如果將暗部細(xì)節(jié)完整呈現(xiàn)出來，那么亮部細(xì)節(jié)又會(huì)有很大損失。其實(shí)我們?nèi)搜垡灿袑捜荻龋贿^人眼的寬容度即便與現(xiàn)在市面上最先進(jìn)的感光元件相比，都還要優(yōu)秀得多。如果人眼等效100dB的寬容度水平，那么目前高級(jí)單反就約僅有84dB的理論動(dòng)態(tài)范圍（14bit色深輸出）。所以人眼在應(yīng)對(duì)即便是大逆光場景時(shí)，觀察世界仍然游刃有余，暗部與亮部細(xì)節(jié)都能看清楚，可感光元件就沒有這樣的本領(lǐng)了。不過人眼也并非萬能，我們開車時(shí)，若對(duì)方會(huì)車啟用遠(yuǎn)光燈，迎面開來，人眼

24、就會(huì)出現(xiàn)短時(shí)視盲，因?yàn)榇藭r(shí)，人眼的寬容度也已經(jīng)不足以再看清暗部細(xì)節(jié)。（犧牲亮部或暗部細(xì)節(jié)，有時(shí)也可以拍出具有美感的照片）這也從很大層面反映出，目前的成像設(shè)備還完全沒有到理想的程度。于是類似逆光這樣的環(huán)境，人們就只能有所取舍，要么呈現(xiàn)亮部細(xì)節(jié)，要么呈現(xiàn)暗部細(xì)節(jié)，無法令兩者得兼。不過也因?yàn)楦泄庠趯捜荻壬线@樣的限制，令攝影師能夠創(chuàng)作出類似夕陽下僅把前景輪廓勾勒出剪影的圖景這即是放棄暗部細(xì)節(jié)的靈活拍攝方式。2.彌補(bǔ)感光元件寬容度不足的后期手段雖然在硬件工藝和手段上，成像設(shè)備的寬容度遠(yuǎn)不能滿足人們的需求，但萬能的人類仍發(fā)明了一些后期的軟件手法來彌補(bǔ)這方面的不足，其中行之有效，并且廣為人知的解決方案之

25、一就是HDR。HDR的英文全拼為High-Dynamic Range，譯為中文即是高動(dòng)態(tài)范圍。HDR在手機(jī)行業(yè)被熟知應(yīng)當(dāng)是2010年，iPhone 4在拍照應(yīng)用中對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的采用。直到現(xiàn)在，iPhone拍照應(yīng)用的可自定義選項(xiàng)都不多，HDR功能的開啟和關(guān)閉就是這其中為數(shù)不多的項(xiàng)目之一。（HDR的實(shí)質(zhì)就是多次曝光后的照片合成）開啟HDR后拍攝的照片，其畫面動(dòng)態(tài)范圍會(huì)比不開啟HDR功能的畫面動(dòng)態(tài)范圍高不少。但這種技術(shù)并不是通過提升感光元件的寬容度來獲得更好的明暗部細(xì)節(jié)兼顧的。靜態(tài)HDR照片拍攝的實(shí)現(xiàn)原理也相當(dāng)簡單：在用戶選擇啟用HDR功能后，當(dāng)用戶按下拍照按鍵，系統(tǒng)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)開合快門兩次，即進(jìn)

26、行相隔時(shí)間很短的兩次曝光，也就是拍攝兩張照片。其中一張照片以呈現(xiàn)暗部細(xì)節(jié)為主，另一張則以呈現(xiàn)亮部細(xì)節(jié)為主，最后處理器通過后期算法將兩張照片合成一張，最后得到的這張照片也就可以兼顧亮部和暗部細(xì)節(jié)了。因此，在拍攝高反差場景時(shí)，例如逆光下，通常用戶都可以嘗試開啟HDR功能，以期獲得不錯(cuò)的拍攝效果，避免前景一片死黑，或是后景的嚴(yán)重過曝。（Xperia Z支持HDR功能，在開啟HDR后，成像動(dòng)態(tài)范圍能夠獲得顯著提升）不過HDR并非萬能靈藥，本身也存在一些無法解決的問題。首先，開啟HDR后所拍的照片雖然在明暗部細(xì)節(jié)的兼顧方面做得更好，但相比關(guān)閉HDR功能的照片，其噪點(diǎn)會(huì)更多，畫面純凈度更差，這與后期合成算

27、法有較大關(guān)系；其次，HDR需要通過拍攝兩張甚至多張照片進(jìn)行照片的合成，也就意味著每張照片拍攝的時(shí)間總有間隔，無論這其間的間隔時(shí)間有多短，但凡遇上拍攝處于高速運(yùn)動(dòng)中的對(duì)象，由于每張照片捕捉到的畫面其實(shí)都有差異，所以最終合成的照片上就會(huì)出現(xiàn)奇怪的鬼影。最后，使用過HDR功能的用戶也不難發(fā)現(xiàn)，開啟HDR后拍攝照片，那么拍攝速度就會(huì)明顯變慢，這是因?yàn)閿z像頭不僅需要多次曝光，而且后期還需要耗費(fèi)處理器資源進(jìn)行照片合成，拍攝速度自然比普通模式慢半拍。三、手機(jī)攝像頭的不同測光方式某些強(qiáng)調(diào)拍攝自由度的手機(jī)拍照應(yīng)用中會(huì)為用戶提供測光方式的選擇，這在手機(jī)中并不算多見，即便是如諾基亞這樣有專攻手機(jī)成像的廠商，也沒有在

28、自家的Lumia手機(jī)中提供測光模式的選擇（當(dāng)然可能和Windows Phone的限制也有關(guān)系）。不過我們依然可以談一談不同手機(jī)間測光方式的差異。1.平均測光對(duì)于初級(jí)用戶而言，有一類具有普遍適用性的測光方式叫做“平均測光”（或稱“全局測光”）。Windows Phone 8設(shè)備在GDR2固件更新之前，普遍都只支持平均測光。在這種測光方式下，圖像處理器會(huì)將攝像頭捕捉到的整個(gè)畫面分成若干個(gè)區(qū)塊，對(duì)微單一類的設(shè)備而言，其區(qū)塊劃分有時(shí)可細(xì)致到成百上千個(gè)。隨后圖像處理器對(duì)這些劃分出來的區(qū)塊進(jìn)行分別測光，目標(biāo)是盡量讓每一個(gè)區(qū)塊都能有合理的亮度顯示，不會(huì)過暗也不會(huì)過亮，并且將所有區(qū)塊測光得到的數(shù)據(jù)做整理計(jì)算，

29、通過算法綜合得到最終的曝光參數(shù)。（不懂測光的同學(xué)，一般使用平均測光會(huì)更靠譜）這種測光方式的優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)整個(gè)畫面做全局測光，得到能兼顧畫面每個(gè)角落亮度的曝光值，最終成像的亮度也會(huì)比較平均，不會(huì)出現(xiàn)大面積過曝或欠曝的情況。但缺點(diǎn)也十分明確，一是感光元件的寬容度有限，平均測光應(yīng)對(duì)普通場景自然沒有問題，但如果是高反差場景，圖像處理器在通過這種折中的測光方式測光后，即便知道明暗部細(xì)節(jié)無法兼顧，也只能安排一個(gè)偏于中庸的曝光值，這樣往往令需要提高亮度的地方不夠亮；二是圖像處理器不夠智能，例如如果它偵測到整個(gè)畫面中出現(xiàn)了較大面積的白色區(qū)域，如雪地場景，就會(huì)認(rèn)為畫面有過曝傾向，通過調(diào)整曝光參數(shù)來降低整個(gè)畫面的亮

30、度，這樣也會(huì)令更多暗部細(xì)節(jié)有缺失，且整個(gè)畫面過暗?？梢娖骄鶞y光欠缺靈活性。唯有與曝光補(bǔ)償配合使用，才能發(fā)揮其最大功效。2.點(diǎn)觸測光除了平均測光之外，比較常見的測光方式還有“中心測光”和“點(diǎn)測光”。這兩者都是令圖像處理器僅對(duì)畫面中心一個(gè)小范圍的位置進(jìn)行測光，而不管除此范圍之外的其他區(qū)域的曝光情況。這兩者的區(qū)別主要在于，“中心測光”的測光區(qū)域比“點(diǎn)測光”更大，也就是說點(diǎn)測光擁有著更大的精度。此外，還有“中心重點(diǎn)測光”這樣的測光方式，這是指整個(gè)畫面仍然會(huì)進(jìn)行平均測光，但更偏重畫面中心區(qū)域，重在令畫面中心區(qū)域的曝光量更準(zhǔn)確。（Lumia920在更新WP8 GDR2后也開始支持點(diǎn)觸測光）由中心測光，我們

31、也可引出在手機(jī)拍照應(yīng)用中比較常見的“點(diǎn)觸測光”方式。當(dāng)代智能手機(jī)拍照應(yīng)用一般都會(huì)提供“點(diǎn)觸對(duì)焦”功能，即讓用戶在畫面上點(diǎn)選焦點(diǎn)。iPhone的拍照界面上就提供較為典型的點(diǎn)觸對(duì)焦操作方式，其上有一個(gè)對(duì)焦框，手指在畫面中點(diǎn)擊不同位置都能改變這個(gè)對(duì)焦框的位置，實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)的轉(zhuǎn)移。由于本篇主要講的是測光，所以不對(duì)對(duì)焦做深入探討。然而實(shí)際上，有心的用戶會(huì)發(fā)現(xiàn)，改變這個(gè)方框的位置，整個(gè)畫面的亮度也會(huì)隨之發(fā)生或明或暗的變化。這是因?yàn)檫@個(gè)方框也擔(dān)任著“重點(diǎn)測光”選擇的職責(zé)。當(dāng)我們用手指點(diǎn)選取景畫面中的一個(gè)點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為用戶需要以這個(gè)點(diǎn)周圍的小范圍區(qū)域?yàn)闇y光重點(diǎn)即最終曝光參數(shù)的設(shè)定目標(biāo)是要首先保證用戶選擇的這個(gè)區(qū)

32、域有較為準(zhǔn)確的亮度。（兩張照片均采用Lumia900拍攝，差異僅在于選擇的測光重點(diǎn)不同，高反差場景下，明暗細(xì)節(jié)僅可擇其一）前面我們花了較大的篇幅說感光元件存在寬容度極限，于是我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，支持點(diǎn)觸測光的成像設(shè)備，如果我們?cè)谌【爱嬅嫔宵c(diǎn)選某個(gè)較暗的區(qū)域?yàn)闇y光重點(diǎn)時(shí)，通常整個(gè)畫面都會(huì)亮起來，并且畫面的其他區(qū)域甚至還可能出現(xiàn)過曝。這是因?yàn)?，在點(diǎn)選該區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)為需要最大程度保證這個(gè)位置的曝光量，要求此位置的亮度達(dá)到足夠明亮，于是強(qiáng)行提升整個(gè)畫面的亮度，致使周圍原本已經(jīng)很亮的區(qū)域加亮后過曝，即亮部細(xì)節(jié)已無暇兼顧。而點(diǎn)選取景畫面很亮的位置為測光重點(diǎn)，整個(gè)畫面的亮度都會(huì)降低，甚至某些區(qū)域出現(xiàn)了曝光不足，其

33、原因和上面所述的大致相同。這種點(diǎn)觸測光方式提供了比較自由的畫面曝光量調(diào)節(jié)方案，市面上許多手機(jī)都已經(jīng)開始采用這類測光方式，如iPhone、Lumia 920/1020（WP8 GDR2固件更新后）、Lumia 900等。但其缺點(diǎn)和平均測光的優(yōu)點(diǎn)恰好相對(duì)，比如像Lumia 900這樣感光元件寬容度本來就比較差的設(shè)備，在很多場景下，點(diǎn)觸測光都可能出現(xiàn)畫面大面積的過曝或欠曝。但在感光元件技術(shù)開發(fā)尚不完善的今天，這也是沒有辦法的事情，尤其是在遭遇逆光人像拍攝這樣的場景時(shí)，為了保證前景人像的亮度，唯有讓背景大面積過曝才不至于讓人的臉部一片漆黑。點(diǎn)觸測光對(duì)于逆光拍攝的優(yōu)勢也正在于此，點(diǎn)選畫面中所要重點(diǎn)呈現(xiàn)的前景，系統(tǒng)也會(huì)不惜令背景過曝來實(shí)現(xiàn)對(duì)前景亮度的保證。（vivo Xplay的拍照應(yīng)用，支持焦點(diǎn)和重點(diǎn)測光區(qū)域分開選擇）這里尤其值得一提的是，像Lumia 920、iPhone這類支持在取景畫面中點(diǎn)選焦點(diǎn)和測光重點(diǎn)的設(shè)定，經(jīng)常被稱作測光與對(duì)焦的聯(lián)動(dòng)，即點(diǎn)擊一個(gè)位置，既實(shí)現(xiàn)對(duì)該位置的對(duì)焦，也實(shí)現(xiàn)對(duì)該位置的重點(diǎn)測光。但這種測光與對(duì)焦的聯(lián)動(dòng)實(shí)際也存在著很大的局限性，比如用戶可能希望焦點(diǎn)和測光重點(diǎn)區(qū)域處在畫面的不同位置之上。所以國內(nèi)有類似vivo Xplay這樣的設(shè)備出現(xiàn)，在拍照