Pixel 4为什么能用夜拍捕捉银河？Google的长曝光、照片合成与景物识别
Google发表的新手机Pixel 4功能有不少升级，不只是雷达感应手势操作，还将Pixel 3的相机拍照功能再强化，在夜晚景物之外甚至能拍摄到整片星空。Google Pixel 4相机搭载双镜头模组，力求达到「所见即所得」的效果，尽可能减少照片与实物之间的色彩差异。到底为什么Google Pixel 4能拍摄银河呢？Google日前发布了Pixel 4相机功能技术文章，至于拥有强大夜拍功能的Pixel 3可参考：解析Google Pixel相机原理 Pixel 3、Pixel 3a单镜头相机为什么这么强？
拉长曝光时间 15张照片叠合图像
通常手机拍夜空的时候，因为星光太过微弱，手机的相机难以捕捉光线，导致照片上只看得见一片漆黑。因此Pixel 4除了加大光圈之外，也拉长了曝光的时间上限(也就是拉长快门时间)，让Pixel 4最多能有4分钟的长曝光，镜头有足够的时间捕捉微弱的光点。Pixel 3、Pixel 3a透过软体更新则能有1分钟的曝光时间。
▲光圈越大，能进入到镜头的光线越多，相反的如果光圈较小，能进入到镜头里的光线就较少。光圈大小的数值以f值表示，而因为光圈数值位于分母，因此光圈越大，数值越小。如图，f1.8的光圈要比f11大。(图片来源：wiki)
虽然长曝光让星光得以被镜头捕捉，但拉长曝光同时也会遇到许多问题，比如说感光元件过热、手持不稳、或是星空随着时间移动等等，每项都会影响到相片最终呈现的效果。其中，当CMOS(感光元件)过热时，照片上会出现「热像素」，让原本没有光点的地方出现红点般的杂讯，而镜头的高感光度也会让照片容易出现噪点。
名词解释：感光度ISO 感光度也称为ISO，是对光线的敏感度，高ISO有助于在光线不足、无闪光灯的情况下拍摄。
▲长曝光、或是高感光度拍摄容易出现噪点。如上图左方明显的模糊颗粒，照片并不清晰。(图片来源：家里的猫)
为了解决杂讯的问题，Pixel 4并不只拍一张照片，而是在曝光的4分钟中，将照片分为多个帧(Frame)，也就是拍摄许多张照片，让每张照片的曝光时间不那么长。这些帧的曝光时间较短，模糊的部分也较少，Pixel 4再透过照片互相比对辨认，使用演算法将杂讯覆盖过去，以获得清晰的最终成果。
维持星点固定 每帧曝光最多16秒
因为需要长时间曝光、拍摄，1张清晰的银河照片Pixel 4需要大约4分钟的时间进行拍摄与后制合成。然而，月亮和星星都是会移动的，如果单张照片的快门时间，也就是曝光时间过长，可能拍摄到的不是星点，而是星星移动的轨迹。为了避免拍摄成星轨，Pixel 4每帧最多16秒，16秒的曝光足够Pixel 4捕捉到足够的光，也同时让星星看起来像光点。
▲因为星星不停地在移动，因此如果曝光时间过长，无法拍摄到光点，只能有光线。图为单帧2分钟曝光中的模糊星空。(图片来源：Google)
当然，如果想要更精细的照片，Pixel 4可以选择拍摄更多的帧，有更多的资料比对让照片更清楚。然而，拍摄与摄影师的耐心有关，Google表示很少人愿意等待超过4分钟以上的图像，因此Pixel 4将单张照片限制为最多15帧，每帧最多16秒。
机器学习与图像训练 自动区分地景与星空
为了避免星光之外的景物变成过度曝光，Pixel 4透过机器学习与超过10万张图像训练，会自动区分星空与景物，并且自动进行不同程度的叠合。Pixel 4能辨识天空与非天空的区块，针对区块选择性地增加对比度、亮度，让照片每一个部分都有合适的色彩。也因此，当Pixel 4在叠合星空的时候，不会同时影响到其他景物、人像的明暗与光影。
▲如果是星空与景物在同一张照片里，Pixel 4会自动区分天空与地景，分别做出不同的处理，避免景物过亮，或是星空不够清晰。(图片来源：Google相簿，Nicholas Wray Wilson)
手机夜拍里程碑 仍有缺点待解决
虽然比不上专业相机，但手机能够清楚拍摄夜晚景物、星空银河等等，已经是技术上的一大革新。不过虽然Pixel 4在星空拍摄方面非常强大，Google也表示仍有进步的空间，其在噪点判断、高亮度对比拍摄、以及需要严格的环境标准(极暗、脚架固定、长时间倒数计时)才能拍摄到理想效果等等，都还有可以改良的地方。但就算如此，Pixel 4手机相机的银河拍摄功能令人惊叹，也期待之后Google在手机相机上更多的突破。
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