計算攝影：讓復(fù)雜變得簡單

計算攝影學(xué)（Computational Photography）是一門將計算機視覺、數(shù)字信號處理、圖形學(xué)等深度交叉的新興學(xué)科，旨在結(jié)合計算、數(shù)字傳感器、光學(xué)系統(tǒng)和智能光照等技術(shù)，從成像機理上來改進傳統(tǒng)相機，并將硬件設(shè)計與軟件計算能力有機結(jié)合，突破經(jīng)典成像模型和數(shù)字相機的局限性，全方位地捕捉真實世界的場景信息。

從今年的影像市場業(yè)績來看，數(shù)碼單反相機似乎已經(jīng)死了一半，佳能在7月28日發(fā)布的今年4～6月份的業(yè)績報告顯示，該公司遭遇史上首個季度虧損，4～6月的銷售額同比下滑26%;實現(xiàn)營收449億元，同比下降25.7%;虧損5.87億元，去年同期為盈利。

我們家里有價值幾萬元的影像設(shè)備，但旅行時卻帶了iPhone，為什么？因為攝影的整個體系變化了。

什么是計算攝影？

斯坦福大學(xué)教授兼計算機攝影先驅(qū)馬克·萊沃伊（他也是Google Pixel相機許多創(chuàng)新的幕后人物）給出了另一個定義——計算機成像技術(shù)增強或擴展數(shù)字攝影，傳統(tǒng)相機無法實現(xiàn)的能力。

計算攝影不僅僅來自手機自拍的軟件算法背景虛化，如果不使用計算攝影方法，就不會拍攝黑洞的照片。要使用標準望遠鏡拍攝此類照片，我們必須使其體積達到地球的大小。但是，通過組合地球不同位置的八個射電望遠鏡的數(shù)據(jù)并編寫一些很酷的Python腳本，人類獲得了世界上第一張黑洞圖。

數(shù)字處理的魅力

以Instagram（照片墻）為例，這是一款運行在移動端上的社交應(yīng)用，以一種快速、美妙和有趣的方式將你隨時抓拍下的圖片彼此分享，每個人都沉迷于其中的照片濾鏡，包括X-Pro II、Lo-Fi和Valencia三個部分。

現(xiàn)代的智能手機和APP上有更多的照片濾鏡，從數(shù)字角度來看比Ins的照片濾鏡更加復(fù)雜。智能手機上的硬件著色器和OpenCL的出現(xiàn)，可以應(yīng)用到GPU，這被認為是非常具有科技含量。

自動化的應(yīng)用通過打開照片編輯器，來完成過去攝影師花大量時間做的工作，如固定燈光和增加拍攝物的陰影角度，增加亮度，消除紅眼，甚至化妝。如今，只是修改幾行新代碼的事情。

像素增強器中的ML增強

如今，數(shù)字處理的優(yōu)化按鈕已轉(zhuǎn)移到機器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，一些人甚至都懶到不想去拖動對比度或者曝光值，而是寄希望于計算機為他們移動滑塊。換句話說，使用輸入圖像來確定一組最佳參數(shù)，這些參數(shù)將使給定圖像更接近于對“良好攝影”的特定主觀理解。說起來有些拗口，實際上就是希望計算機能傻瓜化地達到自己想要的影像圖片調(diào)整效果。

比如“放大并增強”圖片容量和質(zhì)量是陳詞濫調(diào)，但是AI的進步正在慢慢將其變?yōu)楝F(xiàn)實。研究人員表明，機器學(xué)習(xí)可以放大低分辨率圖像，恢復(fù)以前沒有的清晰度。現(xiàn)在，這項技術(shù)正在向消費者推廣，圖像編輯器Pixelmator率先提供了這種功能。

過去幾年中，像Google和Nvidia這樣的科技公司都在創(chuàng)建自己的算法，軟件在是包含成對的低分辨率和高分辨率圖像的數(shù)據(jù)集上進行訓(xùn)練的。該算法比較此數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建像素如何在圖像之間變化的規(guī)則。然后，當(dāng)顯示以前從未見過的低分辨率圖片時，它會預(yù)測需要額外的像素并將其插入。

這種算法與通常大50倍的研究算法相比，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)容量只有5MB的大小，它針對一系列圖像進行了訓(xùn)練，以預(yù)測用戶的不同需求，訓(xùn)練數(shù)據(jù)集也不大，僅需15000個樣本即可創(chuàng)建Pixelmator的ML超分辨率工具。現(xiàn)在線上還有很多類似的超分辨率工具，包括BigJPG.com和LetsEnhance.io，這些都是未來數(shù)字處理的方向。