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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