计算摄影技术的运用及对摄影发展的影响

王 欢

计算摄影是基于传统数码摄影而衍生发展出来的一种新型数字成像技术，它能够经过一系列的软件处理，通过光学成像、传感器捕捉、智能化选择、和数字计算等技术，将计算机视觉、数字信号处理、图形与图像学等内容进行深层次的交叉整合，从数码相机的成像原理上彻底改变传统相机的拍摄方式。虽然这个名词对于很多摄影师而言还相对比较陌生，但是随着所拍照数字图片画质的不断提升，其实不知不觉中我们早就已经享受到它所带来的好处。目前计算摄影技术已经广泛运用于拍照手机的研制与生产中，并在专业数码相机中也开始有所应用，各大手机和相机生产厂商大都成立了重点研究计算摄影技术的图像算法中心。本文就从计算摄影技术入手，谈一谈其在拍照手机中的运用及对摄影发展产生的影响。

1 计算摄影技术在手机中的应用

1.1 提升拍照手机的成像效果

专业数码相机大都体积较大，可以内置大尺寸的影像传感器和拥有丰富的镜头群，这是拍照手机永远也无法达到的。受限于自身体积，拍照手机想要在小型影像传感器和相对单一的镜头选择上，获得相对高品质的图片拍摄效果，目前只能依赖于计算摄影技术。通过不断地技术研发，拍照手机目前在很多摄影领域，例如人像摄影、夜景摄影和全景摄影等领域中，已经获得了不亚于部分专业数码相机的水平。这表明计算摄影技术在许多方面已经可以帮助拍照手机突破传感器尺寸和镜头的限制，较好地解决诸如拍摄时曝光控制，景深选择，降低噪点，光学变焦等一系列问题，从而获得理想的拍摄效果，计算摄影技术的不断进步无疑将成为推动未来拍照手机发展的重要手段。

1.2 推动手机摄影比重逐渐加大

在具备拍照功能的手机出现之前，几乎所有的摄影图片都是通过相机来完成拍摄的，随着拍照手机的出现，个人移动社交平台的成熟，越来越多的人慢慢被培养出随手拍照，实时网络分享的习惯，为了迎合这种需求，手机厂商无不将拍摄功能作为手机诸多功能中一个最大的卖点，很多最新的计算摄影技术在手机中被率先采用，目前市场占有率排名靠前的苹果，华为等品牌拍照手机主摄像头后所搭载的影像传感器，其性能已经超过了很多小型数码相机，并且为了配合计算摄影技术的需要，主流拍照手机几乎都搭配了三到五枚摄像头，可以实现从超广角到长焦距的自由切换。拥有计算摄影技术的拍照手机因其体积小巧便于携带，且功能强大操作方便的特点，受到很多摄影爱好者乃至专业摄影师的追捧，除对影像质量要求较高的商业摄影以外，现阶段绝大多数日常图片是通过拍照手机来拍摄完成的。

1.3 提高手机摄影作品的成功率

手机与相机的结合，使得人人都可以成为摄影师。而拍照手机与计算摄影的结合，则大大提高了摄影作品的拍摄成功率。以往大多数人即便购买了高级的数码相机，由于对专业摄影技术的掌握知之甚少，看到喜欢的场景，也是胡乱按下快门，获得一张相对普通的照片。其实大部分拍摄者对于自己的作品并不满意，但又很想通过网络分享自己所拍摄的照片，对于大多数并没有学习过太多摄影理论知识也未必掌握专业图像处理软件的手机用户而言，如果能够在拍摄的过程中，不再需要调整拍摄菜单和进行模式选择，只需设定好拍摄内容，轻松按下快门，拍照手机可以根据拍摄物体的种类，光线的不同自动进行后期计算加工，就能完成图片自动美化处理，直接获得满意的效果，这样能够大幅提高图片拍摄的成功率，这时一部加入了计算摄影技术的拍照手机就可以解决上述所有问题。

1.4 加入更多智能化的拍摄场景

把照片拍好看是摄影最为基本的要求，而在此基础上，若能拍摄出与众不同的摄影作品，这才更能体现出计算摄影技术的优势所在。拍照手机生产厂商在研制过程中，加入了众多全新智能化的计算摄影元素，例如能够实时处理人像的美颜功能、多镜头设计、多帧画面融合、自动景深合成、拍后对焦、高动态HDR、全景拼接功能等，这些预设的多场景拍摄效果在传统摄影中，即便对于拥有丰富拍摄经验的专业摄影师而言，不借助于计算机后期处理软件，也是很难实现的。但现如今，任何一个人只需拥有一部具备计算摄影技术的拍照手机，就可以在计算摄影技术的帮助下，轻松完成各类场景特效的拍摄。智能化的手机摄影功能，在特效处理上已经远远超越了现有的专业数码相机。

2 计算摄影技术对摄影发展产生的影响

计算摄影技术对于拍照手机带来的影响已经显而易见，如果将这项成熟的技术运用在专业数码相机上同样也可以极大地改善图片的整体拍摄效果。数码摄影技术经过了数十年的飞速发展，初期各大相机生产厂商普遍通过提升像素来提高图片质量，从最早的30 万像素，到几百万像素，再到现在主流的5 000 万像素，甚至已经可以超过1 亿像素级。但是目前像素的提升已经达到了瓶颈，大量实践拍摄证明，人类眼睛和相机镜头的分辨率都是有限的，单纯依赖于提升像素数量对于提高数码图片的整体质量并没有实际意义，只有通过高性能的芯片和先进的计算摄影算法相互结合，才能在现有像素不变的情况下提升数码相机的整体拍摄质量，计算摄影技术的提升对未来摄影的发展具有至关重要的作用。

2.1 摄影的方式发生了转变

数码摄影的过程分为两个步骤，图像采集和后期处理，而在每个步骤里又有很多小要素。在图像采集阶段需要考虑相机与镜头的选择，光线的运用，画面构图等。后期处理阶段所涉及到的内容就更多，画面的亮度，对比度，反差，饱和度，各种特效滤镜的运用等。一直以来这两个部分都是分开独立进行的，数码相机负责前期拍摄，计算机负责影像后期处理。计算摄影技术的出现，把整个流程中的每一个要素点联系在一起进行拓展和整合，在数码相机拍摄的部分就考虑到后期处理的内容，比如通过数码优化改变相机的光学设计，调整相机镜头位置，改变光圈形状，调整透视效果，在拍摄时采集可见光之外的光线进行补光等。每一张图片的拍摄过程，都运用大量计算机算法进行技术支持，甚至采集到的大数据影像可以用非传统的显示方式进行3D 或者VR 呈现，这些都可以归入到计算摄影的范畴内，计算摄影技术加入到数码相机中，使得数码摄影的方式发生了转变。

2.2 摄影艺术越发大众化

拍照手机出现之前，只有专业摄影师才会花费大量资金去购买昂贵的摄影器材，作为一名摄影师在拍摄之前还需要学习大量的摄影专业知识和相机的操作方法，在不断实践当中提升自己的拍摄技术，这些在一定程度中限制了摄影艺术的大众化步伐。直到拍照手机的普及才发生了转变，通过计算摄影所拍摄的照片不再需要绝对依赖于拍照者的专业摄影知识和专业相机大画幅的图像传感器，先进的数字算法和强大的芯片在数码摄影中扮演着至关重要的角色，摄影师只需面对拍摄场景，选择好合适的构图按下快门，拍摄过程中并不需要知道数码相机中的计算摄影具体做了些什么，所拍摄出的照片效果却比以往更加出色，这提高了大众的拍摄需求，使得原本高高在上的摄影艺术成为生活中的一项日常行为，变得越发大众化。

2.3 数码相机日渐小型化

拍照手机日新月异的发展，对于传统数码相机的研发造成了巨大的冲击，如今拍照手机几乎已经人手一部，越来越多的摄影师在外出拍摄时，也不再愿意背负着体积庞大的摄影器材。数码相机生产厂商也在不断改进设计思路，追求新相机的小型化，低重量，智能化。从目前的发展趋势中我们不难看出，绝大多数厂商已经将数码相机的发展重点放在了微单和无反相机的研制上，逐步淡出传统单镜头反光相机的器材领域。这类数码相机去掉了机身中的反光镜，使得机身体积减少，重量变轻，这无不依赖于计算摄影技术在新器材设计中的运用，先进的数字处理技术，可以在相机小型化的同时，使的相机的硬件发挥出更大的作用，同时也可以让那些通过拍照手机喜欢上摄影的爱好者们，开始将目光投入到小型化数码相机上，促使专业数码相机和拍照手机一起同步获得发展。

2.4 改善摄影作品的拍摄效果

一般对摄影的理解，就是按下快门，生成和人眼看到景物一模一样的照片。计算摄影技术的出现突破了光学元件的物理限制，改善了图片的拍摄效果。通过计算摄影可以将多张照片甚至多个不同镜头所拍摄的照片合成处理之后，生成一张高画质照片，其清晰度大大超过了相同像素直接拍摄的效果。以往数码相机在测光时，很难同时兼顾明亮和昏暗的区域，但是通过搭载计算摄影技术，就可以通过以不同亮度级别分别拍摄的多张照片，然后将这些照片合并为一张照片，通过这种方式获得的数码照片，能够更为细腻的表现画面中的细节。同样，计算摄影技术还可以用来改善图片局部的色彩和光线，从而获得层次更丰富，成像效果更出色，色彩更饱满艳丽的图片。此外计算摄影技术还能为数码相机带来更强的防抖效果，超强的夜景拍摄能力，获得更加清晰的数码图片。

2.5 对于传统摄影的重新定义

摄影被称为瞬间的艺术，长久以来以真实记录画面作为其主要功能，而计算摄影在手机中的运用，所得到的画面其实是经过数字改良的，除了新闻纪实摄影之外，摄影师不再以“所见即所得”作为摄影的唯一标准。例如计算摄影技术通常通过对于同一画面拍摄大量不同参数的图片，然后进行复杂的分析，寻找到最佳优化组合，再将这些数据计算并且结合在一起，获得一个完美的画面，通过这种有别于传统摄影方式所拍摄出来的图片，整体效果看上去更为出色，但图片看起来和真实场景是有所区别的，画面中产生了部分虚假的成分，这可以算作是一种不真实的影像。同样，以往专业摄影师需要通过拍摄多张图片后期加工才可以得到的全景照片，现在仅需使用拍照设备对场景进行扫描，计算摄影瞬间就可以完成一张全景照片，这种看似复杂的全景拼接技术已是数码相机中一个最基本也最简单的功能。可以说，未来数码相机和拍照手机的拍摄效果好不好，不仅要看传感器大小，镜头焦距长短，像素多少，更重要的是要看其所应用的计算摄像技术先进性如何，摄影在计算摄影时代中被再一次重新定义。

3 结语

计算摄影是一门广泛运用在摄影领域里的新兴技术，它可以将数码相机的硬件设计与软件计算能力进行有机的结合，通过数字算法的全面升级，突破数码感光元件物理上的局限性，增强拍照手机和传统数码相机的数据采集和处理能力，全方位的表现画面中的场景信息。总体而言，在拍摄过程中使用计算摄影的次数越多，拍摄期间进入相机镜头的信息内容就越多，一部拍照手机或者数码相机，它具备的计算摄影技术越先进，计算功能越强大，其拍摄出的图片效果就越好。计算摄影已然成为当今摄影中一项不可或缺的组成部分，并将为未来摄影艺术的发展提供更多的可能。