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低光世界里的拍摄秘密

2012-11-19流言

电脑爱好者 2012年22期
关键词:烛光像素点光线

流言

诺基亚Lumia 920的一个很大卖点就是低光拍摄,其他手机也纷纷跟进。那么,什么才够得上低光拍摄?低光拍摄的工作原理又如何呢?让我们一起“摸黑”进入这低光的世界,一探究竟。

多低的光算低光

都知道白天比夜里亮,中午比下午亮。但是,阴天的响午与晴天的傍晚,什么时候更亮?同为早晨八九点的北京和上海,哪里更亮?这时,光凭人的感觉是有点拿不准的,我们需要有一个严格的科学标准,才能精确测出光线的强弱。先让我们了解几个与光相关的度量术语,以便更好地理解后面所解析的低光拍摄。

光强(Luminous intensity),即光源的发光强度,计算单位是坎德拉(Candela),简写为cd。光强过去所用的单位为烛光(Candle),一枝标准蜡烛所发的光的强度为1烛光。我国早些时候把每1瓦的白炽灯的发光强度称之为1烛光,比如25瓦的就称之为25烛光。1烛光约等于现在新单位的1cd。

光通量(Luminous flux),即每秒钟内由光源所发出或者由被照物体所吸收的光能总量,单位是流明(lm)。

照度(luminosity),指物体被照亮的程度,照度的单位是勒克斯(lux,lx)。1勒克斯等于1流明的光通量均匀分布于1平米面积上的光照度,通俗地说,就是距离一个烛光的光源1米远而与光线正交的面上的光照度(即所谓一米烛光)。照度的大小,取决于光源的发光强度,及光源与被照体之间的距离。

5勒克斯算得上是低光了,一般大阴天的时候室内差不多就只有这么亮。无月的黑夜,照度则只有0.001~0.02勒克斯,月夜也只有0.02~0.3勒克斯,夜晚有路灯的道路可达15~30勒克斯,路灯照不到的地方则连10勒克斯都没有,这些都可算在低光拍摄的范围内。

虽然有专业的测光仪,不过价格不菲,而且一般人也用不上它。其实手机上有不少测光软件,比如Light meter,用它就可以测量周围光线强度,能够直接读取具体的勒克斯数值,虽然有误差,但作为个人参考还是不错的。

Lumia 920的摄像头结构

网上流传一段视频,表现的是暗室拍摄中,Lumia 920(以下简称920)秒杀苹果等手机,引发果粉与诺粉的口水战。果粉质疑视频中920有打闪光灯,比赛不公。而诺粉则指出那是920的对焦灯,并不影响最终成像结果。那么920的摄像头到底是什么样的呢?让我们先深入内部看看它的结构。

不管是手机摄像头,或者是数码相机、监控、笔记本摄像头等,应用场景不同,但它们的基本结构却大同小异。如果将一个摄像头拆开,会发现它们一般是由PCB电路板、DSP芯片、传感器(Sensor)、IR红外滤波片、基座(Holder)及镜头(Lens)组成。

Photokina 2012大会上,卡尔·蔡司曾展示过920摄像头的拆解模块,镜头、传感器、DSP芯片、PCB板等一应俱全,可见920并没有颠覆摄像头的传统结构,而只是在此架构的基础上进行了各种增强,从而才在低光拍摄中令人瞩目。

低光世界Lumia 920怎么做

手机摄像头的工作流程一般是,景物通过镜头生成光学图像,经过IR红外滤光片过滤后,投射到图像传感器上(CCD或CMOS),传感器将图像转换为电信号,经过模数转换(A/D)成为数字图像信号传送到数字信号处理DSP芯片中,DSP处理完成再通过PCB板上的数据总线传输到手机中的System LSI进行处理,最后通过LCD屏幕显示出来。

让更多的光进入

镜头是光线进入920摄像头的第一关。显然,在低光的环境下,镜头的光圈越大,能纳入的光线也就越多,拍出的照片也就越明亮。果粉们常常炫耀iPhone 4S/5有着F2.4大光圈,而920采用的是F2.0光圈的卡尔·蔡司镜头,比iPhone大出两个级别。注意,光圈值以F来表示,它是焦距与入孔直径之比,F后的数值越小代表通光孔径越大。

让快门关得更慢

拍出的照片亮不亮,关键取决于通过快门进入镜头的光线总量。方法有两种,一种就是上面介绍的加大光圈,“门”开得大,进来的光自然就多。另一种方法就是延长曝光时间,“门”开得不大,但开的时间长,也能加大进光量。920的夜拍功能超群卓众,事实上主要靠的就是第二种方法,它采用了强制性的慢快门。

从技术上来说,控制快门有多快是最难的,最快的快门速度是衡量一款摄像头的重要参数之一。不过要控制快门延迟,让它关得慢一些,相对容易得多。既然如此,那么其他手机厂商同样也可以通过延迟快门速度来增强曝光啊,为何他们都不做?这是因为,延迟快门容易,但延迟后会因为手的抖动而产生更严重的后果:图像模糊。相比快门的控制,防抖则是一个更艰深的任务。

920增加的“浮动镜头”技术专为防抖,这也为夜拍时延迟曝光奠定了坚实基础,从而可拍出比其他手机更亮的照片。浮动镜头(Floating lens)是一项光学防抖技术,它是安装在一组微小的弹簧上的可移动式镜片组,随时调整因手抖而改变的光轴,让光轴尽量保持在一直线上,从而达到稳定画面的作用,说白了就是以抖动来防抖动。

现在大部分手机采用的还是数字防抖技术,在已成像的图像中,保留物体主体去掉模糊部分的像素,实际上跟后期PS性质相似,所以效果大打折扣,与920的光学防抖不可同日而语。

让传感器更好地捕捉光线

光线通过镜头进入摄像头后,还需要通过图像传感器将它捕捉下来。920传感器采用最新的背照式传感器,增强了摄像头在低光环境下的采光。

传统的前照式传感器(BSI),感光二极管在电路晶体管后方,进光量会因遮挡受到影响。背照式传感器(BSI)对此做了改进,它将感光层的元件调转方向,这样镜头过来的光从背面直射进去,避免了在传统传感器结构中,光线受微透镜和光电二极管之间的电路和晶体管的影响。背照式传感器在低光环境下,效果尤其明显。

让“后台”处理更好更强

在920低光拍摄中,幕后的PureView(纯景)技术支持功不可没。PureView其实就是一个数字成像标准,由诺基亚与卡尔·蔡司合作研发,因诺基亚808而一举成名。

PureView技术的核心是“超采样”(Oversampling)。打个比方说,一个千万像素的相机拍摄的照片质量已经非常高了,如果达到四千万像素,那照片的质量就更为精细,而且多级放大之后也不会出现马赛克。而920的传感器虽然是八百七十万像素,但是它的实际图像质量却与六千万像素相近!因为超采样技术,可以将八个像素点“浓缩”到一个像素点上,整合成一个“超级像素点”。这样一来,在同等强度的光线进入镜头后,就会照射出比一般八百万像素传感器所拥有的大得多的像素点,这样拍出的照片自然要精细得多,而且在低光环境下出现的噪点也大大减少,成像质量极大提高。

拍照已成为许多人选择手机的一个重要参考,可能Lumia 920暂时领先了,但是其他竞争者会很快赶上来。不过从目前阶段的技术发展来看,竞争对手的改进基本上不会脱离上述思路。

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