黑科技被冷落？談為什么光場相機(jī)不受見

    對焦與拍照，兩者操作的次序在膠片相機(jī)時(shí)代是不可改變的，對焦在后在當(dāng)時(shí)看來根本就是天方夜譚的事情，而這種構(gòu)想在數(shù)碼相機(jī)的面世自然讓這個(gè)幻想有成真的可能。隨著數(shù)碼技術(shù)的不斷升級，更先進(jìn)的影像技術(shù)在如今已經(jīng)不算新鮮事，同時(shí)VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)產(chǎn)品的涌現(xiàn)使得“先拍照后對焦”的革命性理念再度提上了議事日程。不論是光場相機(jī)還是新型的高端拍照手機(jī)，都已經(jīng)將這一技術(shù)實(shí)戰(zhàn)化、商品化，然而這項(xiàng)技術(shù)的背后有著怎樣的技術(shù)支持，其實(shí)質(zhì)和實(shí)用性又怎樣呢？我們一起來分析一下。

    拍照對于不少剛?cè)腴T的朋友來說，可以說是一門技術(shù)活，特別是單反相機(jī)，不少新用戶都覺得它很“酷”，然而使用起來則是滿臉的心酸——沒有打開說明書的勇氣，更別說有到手即用的悟性。大多數(shù)朋友在熟悉操作后最常見的問題：沒對上焦，或者準(zhǔn)確地說沒在景深范圍。在數(shù)碼時(shí)代“廢片”泛濫的跡象非常明顯，有不少照片都因?yàn)槭Ы古芙苟�成為失敗的作品�?/P>

    對焦和曝光兩者的操作是相對獨(dú)立的，不過步驟是絕對不能調(diào)換的，膠片時(shí)代尤其不可違。也因?yàn)檫@樣對焦曝光這套步驟在數(shù)碼相機(jī)出現(xiàn)初期還是大家的共識，自然對“事后對焦”這天馬行空的理念沒有太多的拓展，直到光場相機(jī)的出現(xiàn)才對這個(gè)概念才真正面世。光場相機(jī)一直是很熱門的影像議題，更重要的是這是第一次將“先拍照后對焦”理念變成了現(xiàn)實(shí)。這個(gè)技術(shù)也就是由Lytro首先做出了實(shí)體的相機(jī)，它是利用在感光元件前的諸多微鏡頭記錄訊息，達(dá)成拍攝之后可以重新對焦的方式。

    在前段時(shí)間朋友圈里突然出現(xiàn)一篇極為不專業(yè)的文章——《日本相機(jī)要玩完了?光場相機(jī)來襲，今天攝影（云課堂自由職業(yè)攝影師）圈都在轉(zhuǎn)！》這篇文章誤導(dǎo)了不少基礎(chǔ)知識不過關(guān)的入門用戶。以為光場相機(jī)能取代傳統(tǒng)相機(jī)的思想越來越多，隨著網(wǎng)上的各種辟謠，這樣的聲音最終也不了了之。另外“事后對焦”這也并不是新鮮事物，貼合這個(gè)理念的不僅有相機(jī)，在手機(jī)上也出現(xiàn)過好幾個(gè)可以提供“事后對焦”功能的a程序甚至是專門設(shè)計(jì)的硬件，不過它們都因?yàn)楦鞣N原因沒有得到完全地推廣。

    手機(jī)承載這項(xiàng)功能看似“不務(wù)正業(yè)”實(shí)際更是有些業(yè)余，以至于人們談到光場相機(jī)的時(shí)候只能拿Lytro舉例。光場相機(jī)其實(shí)早在1995年我們就看到了類似的雛形產(chǎn)品，不過直到2011年才有Lytro公司推出了一款可以稱之為量產(chǎn)品的東西，直至現(xiàn)在光場相機(jī)真正意義上只有兩款面世產(chǎn)品；2014年又發(fā)布性能更強(qiáng)大的二代產(chǎn)品Illum，其“先拍照再對焦”的理念給影像領(lǐng)域帶來了諸多啟發(fā)。但也許是缺乏競爭者，所以光場相機(jī)至今沒有進(jìn)一步的發(fā)展。

    “先拍照后對焦”的產(chǎn)品

    既然“先拍照后對焦”相機(jī)不算是新玩意兒，那么“光場相機(jī)”（light field camera）或者“全光相機(jī)”（lenoitc camera）的歷史其實(shí)并不長。這得追溯到1996年開始的關(guān)于光場相機(jī)的課題研究，還在斯坦佛攻讀博士學(xué)位的Ren Ng和Marc Levoy首次制作出以Contax 645為原型改裝而成首款真正意義上的光場相機(jī)。

    Ren Ng 2005年制作的相機(jī)使用Megavision FB4040數(shù)碼后背，約1600萬有效像素，最后的有效輸出還不到9萬像素（296×296）。按比例來推算Lytro相機(jī)的輸入輸出比達(dá)到了1:182，不過礙于當(dāng)初CCD發(fā)展的緩慢，1000多萬像素的傳感器無可厚非，但也初步證實(shí)了光場相機(jī)的有效分辨率并不會太高，在后面的文章也會說明了這正是光場相機(jī)得不到廣泛應(yīng)用的根本原因。

    當(dāng)然對于每個(gè)攝影愛好者來說，中畫幅的魅力固然是有的，高昂的價(jià)格同樣是讓大部分玩家望而卻步。而且改造成本和改造過程遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是普通消費(fèi)者可以折騰得起的�；�于中畫幅數(shù)碼后背的“光場相機(jī)”那時(shí)候也只是停留在概念階段。直至2011年6月，Lytro宣布獲得來自格雷洛克合伙人、安德森-霍洛維茨和恩頤投資的5000萬美元A輪投資，隨后推出第一款產(chǎn)品——一臺一端為1.52英寸觸摸屏，另一端為鏡頭的光場相機(jī)，這也是光場相機(jī)量產(chǎn)歷史上的第一款。

    光場相機(jī)代表著更先進(jìn)的發(fā)展方向

    這款光場相機(jī)的核心部分就在他的傳感器前部濾鏡結(jié)構(gòu)上，雖然這臺相機(jī)的傳感器本身具備了1100萬像素，但是通過改變傳感器前面的濾鏡，我們可以發(fā)現(xiàn)這個(gè)傳感器的成像點(diǎn)并沒有放在同一個(gè)平面上，而是大概分布在100余個(gè)平面上。簡單來說，我們每拍一張照片，光場相機(jī)大概會記錄著100個(gè)物距的成像信息（相當(dāng)于同時(shí)記錄包括對焦距離的100個(gè)RAW文件），考慮到這臺相機(jī)的傳感器本身尺寸和光圈大小，這100多個(gè)部分照片已經(jīng)可以涵蓋所有的景深情況。之后我們只需要把這些照片所具備的距離信息整理一下，再加上焦點(diǎn)算法（實(shí)際上是銳度優(yōu)先＋相似距離信息拼接），就可以形成完整的照片了。

    2014年7月，作為光場相機(jī)初代產(chǎn)品推出之后自家第二代產(chǎn)品——Lytro終于推出了Lytro Illum。針對前代產(chǎn)品出現(xiàn)的畫質(zhì)問題，Lytro Illum采用4000萬像素鏡頭和f/2.0大光圈來提升照片質(zhì)量，同時(shí)還配備大量實(shí)體按鍵來改善相機(jī)的易用性�？赡芎芏嗯笥讯紩�意識到一個(gè)問題，他把一張照片拆成了100多張，那么拼接使用的數(shù)量是多少呢？大約為10%，這比起第一代使用中畫幅相機(jī)的效率已經(jīng)高出了不少。也就是說這塊1100萬像素的傳感器，大約有1000萬像素被浪費(fèi)掉了，毫無疑問這對于照片的分辨率有著極大的影響，再加上拼接算法本身還會在一定程度上損失分辨率，所以這塊1100萬像素的傳感器實(shí)際分辨率大約等于50萬像素的水平。

    同樣的在Lytro Illum上存在著同樣的問題：對于一個(gè)1/3寸f/2.0的傳感器來說，用犧牲時(shí)間的算法，100多個(gè)距離片就可以完整的記錄下所有的信息，但是如果換成目前標(biāo)準(zhǔn)的1/2.3寸傳感器，那么這個(gè)距離片就要提升為接近200個(gè)，如果是以APS-C格式為例，這個(gè)數(shù)字需要提升到3000個(gè)，哪怕我們擁有60張/秒的連拍速度，無限的緩存，極高的存儲速度，10倍的數(shù)據(jù)復(fù)用率，每拍攝一張照片都要完整的5秒鐘，如果按目前的真實(shí)效率來考量1分鐘拍攝輸出一個(gè)RAW格式的文件，恐怕無人會接受，這與先拍照后對焦的初衷是有違的。

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    Lytro Illum的售價(jià)和實(shí)用性都比較堪憂

    Lytro Illum針對前代產(chǎn)品在易用性等方面有了很大改善。然而問題依舊存在。Lytro Illum實(shí)際拍照時(shí)的有效像素很有限，導(dǎo)致照片畫質(zhì)甚至不如高端智能手機(jī)。更嚴(yán)重的是，Lytro Illum成像速度非常緩慢。盡管它專門為此配備了高通驍龍800四核芯片來提升成像速度，但遺憾的是，改善幅度很有限，你要想抓拍一個(gè)瞬間基本上不可實(shí)現(xiàn)。配套設(shè)備不完善以及高昂的售價(jià)使之注定成為一款小眾產(chǎn)品，不被大眾消費(fèi)者所接受。

    的確光場相機(jī)的理念拯救了非常多的用戶，然而現(xiàn)今的效率確實(shí)達(dá)不到大眾水平，連有時(shí)間折騰的恐怕也得考慮考慮。但真讓人抓狂的還是其輸出圖片的畫質(zhì)。一代Lytro光場相機(jī)的成像質(zhì)量就是諾基亞稱霸時(shí)期的手機(jī)拍照質(zhì)量，也就是六七年前的手機(jī)拍照水平，即使是大幅升級的二代產(chǎn)品Lytro Illum充其量只是和普通的1/2.3英寸卡片相機(jī)的成像相近。和卡片相機(jī)對比差別不大為何我還要拿上和單反相機(jī)差不多體積和重量的相機(jī)拍攝？我還為什么需要拍一張等一分鐘的光場相機(jī)？

    所謂不論白貓黑貓，抓到老鼠就是好貓。既然光場相機(jī)難以取得成功，那我們可以尋找達(dá)到類似效果的手段就可以了，這時(shí)我們也開始將目光轉(zhuǎn)到大家每天離不開的手機(jī)。由于手機(jī)攝影的應(yīng)用程度越來越高，關(guān)于攝影的軟件和硬件的更新在這個(gè)小小的移動(dòng)設(shè)備上撐起了一片小天地，與此同時(shí)一些用于“事后對焦”的軟件隨之蜂擁而至。熟悉手機(jī)的用戶來說，事后對焦技術(shù)肯定不會陌生，在手機(jī)上，這個(gè)技術(shù)這兩年已經(jīng)不是新奇的事情了。

    手機(jī)所用的后對焦技術(shù)，其根本就在于拍攝一系列的不同焦平面照片，然后通過機(jī)身軟件整合為一組數(shù)據(jù)，然后根據(jù)用戶需要后期選擇焦點(diǎn)，手機(jī)或者相機(jī)來獲得這種照片，其核心原理就是快速的圖像采集，由于鏡頭的對焦行程很短，所以拍攝過程的時(shí)間也不長，比起一般拍攝單張所花時(shí)間可能就多出半秒不到。手機(jī)上非常有名的“先拍攝后對焦”可以算Google為Nexus上提供的一套拍攝系統(tǒng)，這套系統(tǒng)與光場相機(jī)在拍攝原理相當(dāng)一致，雖然鏡頭的“組數(shù)”不一樣，但拍攝過后同時(shí)實(shí)現(xiàn)景深控制以及不同對焦的轉(zhuǎn)換。但是這套系統(tǒng)的基礎(chǔ)，就是“拍”和“算”。手機(jī)進(jìn)行一系列的特殊連拍，也就是每一張之間改變焦點(diǎn)位置，就可以得到一系列的不同景深范圍的照片，加以計(jì)算，這樣我們就可以后期選擇不同的對焦點(diǎn)了。

    這個(gè)技術(shù)看起來很簡單，但對相機(jī)來說實(shí)現(xiàn)起來并不容易。相比于手機(jī)來說，手機(jī)做得到而相機(jī)做不到的原因有以下幾點(diǎn)：首先相機(jī)自身的像素更高，所以需要短時(shí)間的極高速連拍肯定不能時(shí)間太長，這對相機(jī)的處理性能，機(jī)身緩存和傳感器的刷新率都有很高的要求；其次比起手機(jī)，相機(jī)鏡頭的驅(qū)動(dòng)也是問題。以目前來看，手機(jī)完成拍攝時(shí)，除去計(jì)算時(shí)間，拍攝時(shí)間一般時(shí)間在0.3-0.5秒，而且需要實(shí)現(xiàn)至少10張的不同焦點(diǎn)拍攝。對于相機(jī)來說，由于像場更大，需要更多的張數(shù)以實(shí)現(xiàn)不同焦點(diǎn)的覆蓋，所以需要在極短時(shí)間內(nèi)驅(qū)動(dòng)鏡頭完成十幾次甚至幾十次的精準(zhǔn)對焦，這對于鏡頭驅(qū)動(dòng)也是個(gè)考驗(yàn)。最后就是功能實(shí)用性。手機(jī)上的后對焦軟件基本上就是噱頭為主，拍攝五張照片，就能讓人感覺很新鮮，但是相機(jī)上沒有三十張選擇，多少人會覺得這個(gè)功能有用。

    總結(jié)：

    相信大家看完整篇文章以后都會發(fā)現(xiàn)，后對焦技術(shù)目前來看沒有什么實(shí)用性，雖然后對焦技術(shù)最適合應(yīng)用的場景是體育運(yùn)動(dòng)、動(dòng)物拍攝，但是目前來看后對焦技術(shù)最多是拍拍人像，拍拍日常，真正運(yùn)用到高速攝影的領(lǐng)域相信還有一段很長的路要走。對于專業(yè)用戶來說，光場相機(jī)現(xiàn)在沒有太多的用武之地，光場相機(jī)真正與現(xiàn)在的影像技術(shù)平起平坐還需要很長的時(shí)間。