計算攝影當道：你按快門時，手機正拚命算數學突破限制

進入數位時代，影像產出優劣幾乎可與感測器尺寸成正比，尺寸越大天然優勢就大，配合傳統物理光學桎梏，很難「逆襲」。

智慧手機感測器只有指甲大小，以及受限體積，鏡組設計左右為難。以傳統影像思路，有種腹背受敵的感覺，難以突破物理上限，更別說創新。

一直到 Google Pixel 初代發表，並一舉奪得 DxOMark 桂冠，人們逐步意識到「計算攝影」的魅力。再到 iPhone 12 系列發表會，蘋果花很長時間介紹 iPhone 的「計算攝影」進步，以及功能提升。

可說此時計算攝影成為潮流，相對傳統物理光學停滯不前，似乎有更多潛能，甚至只靠演算法就能達「無敵」境界。以往演算法可能只是錦上添花，讓圖片顏色更好看，夜景更純淨，逆光更清晰，但最近 MIX 4 以及 iOS 15「處理」圖片已不僅停留好看層面。

小米 MIX 4 最大亮點可說是那塊螢幕下鏡頭技術實現的全螢幕。全螢幕概念逐步實現，除了螢幕技術突破，計算攝影也發揮很大用處。現在 CUP 區域螢幕透過「小畫素」、「透明導線」等技術規避衍射效應和增強透光率，但相對普通 OLED 螢幕，透光率依舊不足 20%。

小米 MIX 4 之前，OPPO 也公布螢幕下鏡頭原型機，並表示接下來目標是把透光率提升到 40%，但距離傳統 90% 依舊有很大的空間。這差距就交給「計算攝影」，把物理光學變成數學題。

據小米分享，MIX4 相機產線會逐一根據螢幕校準，再透過「衍射模型」減弱衍射效應，以及多幀 HDR、降噪、去霧，最終成像前還會最佳化細節色彩等。透過實測，基本能達接近 80% 自拍效果。不過這演算法僅限自家相機 App，還未開放第三方或第三方最佳化，三方 App 調用前置很容易「露餡」。

iOS 15 蘋果也利用「演算法」消除一點 iPhone 鏡頭的光學缺陷。

從 iPhone 11 系列開始，由於鏡組設計面對點光源拍攝時，會出現「鬼影」，尤其夜間，彷彿現實世界有面透明鏡子。這在社群引發大量討論，一直到 iPhone 12 系列發表，蘋果依然沒有改善，鬼影依舊。

iOS 15 Beta 4 更新版，蘋果用演算法處理掉部分照片鬼影。除了抹除，iOS 15 Beta 4 的特性還會依圖片內容自動辨識鬼影。風景類照片更容易判斷，室內可能就沒有那麼有效，鬼影仍然存在。

Reddit 相關貼文下，從 iPhone XS 到 iPhone 12 Pro Max 都可最佳化鬼影，非限最新機型。隨著 9 月 iOS 15 正式版報到，相信「鬼影」會完全消失。

傳統影像領域「鬼影」只能避免，很難透過光學設計完全消除。而超廣角鏡頭使用誇張大鏡片，以及內部各種非球面鏡等特殊鏡片避免「缺陷」。蘋果利用演算法解決光學缺陷，可謂另闢蹊徑，跳出傳統影像廠商鏡片堆料解決缺陷的慣性思維。

iPhone 12 系列會後採訪，蘋果軟體副總裁同時也是負責 iPhone 影像系統的 Jon McCormack 表示，「蘋果的思維方式與專業傳統影像廠商不一樣」、「我們的目標是讓每個人都能講自己的故事」。

相對微單眼、單眼相機這類工具屬性產品來說，智慧手機影像更以使用者角度出發，如透過演算法最佳化色彩，多幀合成「夜景」、HDR 等。智慧手機也是目前唯一兼顧採集、編輯、加工、分享於一體的裝置，地位特殊。也是如此，才催生「計算攝影」這種在傳統攝影領域認為「劍走偏鋒」的路線。

不同於專業影像廠商，包括手機廠商，其實一直在探索 Camera 3.0 革命性創新（Camera 1.0 是膠片時代，2.0 是數位時代，從化學領域轉移到物理領域）。

2015 年發表的 Light L16 多鏡頭相機被華爾街日報稱之為「相機的未來」，國家地理雜誌甚至稱是有革命性意義的相機。採集原理從現在來說與智慧手機多鏡頭系統類似，16 枚鏡頭（廣角、長焦、中長焦等）一同參與成像，最後輸出一張「無瑕疵」照片。

Light L16 概念一出，成為媒體寵兒也獲得 Google Ventures 3,000 萬美元投資，但產品不斷跳票延期。最後上市後的 Light L16 相機並沒有完成最初構想，除了硬體軟體一團糟，2017 年 Mobile01 相機編輯 Ki_min 測試完後，發現所謂的多鏡頭演算法合成其實是簡單數位裁切，很多功能並未達成。

最關鍵的是，Light L16 並沒有任何算力解決「一條龍」處理，依然需要 PC 級計算平台輔助，才能完成輸出。現在回頭看，Light L16 應該只算半成品，缺少的就是計算平台和演算法。成功吸引很多媒體關注，靠的其實是成像概念，也就是演算法，現在來說就是「計算攝影」。

「計算攝影」最初出現是為了彌補手機小感光元件的缺憾，隨著晶片算力增強，智慧手機影像逐步成為競爭長賽道，讓「計算攝影」有十足進步。現在憑著演算法，讓 CUP 全螢幕趨於成熟，讓曾經困擾鏡頭設計師的「鬼影」消失。計算攝影不再承擔「最佳化」角色，逐步走向前台，成為提高畫質、成像品質的關鍵。

倘若當時 Light L16 擁有如今的手機算力，可能會是相機的未來之一，但並非 Camera 3.0，「計算攝影」才是。

（本文由 愛范兒 授權轉載；首圖來源：pixabay）