黑科技被冷落？談為什么光場相機不受見

    對焦與拍照，兩者操作的次序在膠片相機時代是不可改變的，對焦在后在當(dāng)時看來根本就是天方夜譚的事情，而這種構(gòu)想在數(shù)碼相機的面世自然讓這個幻想有成真的可能。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VR（虛擬現(xiàn)實）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。不論是光場相機還是新型的高端拍照手機，都已經(jīng)將這一技術(shù)實戰(zhàn)化、商品化，然而這項技術(shù)的背后有著怎樣的技術(shù)支持，其實質(zhì)和實用性又怎樣呢？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，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)碼時代“廢片”泛濫的跡象非常明顯，有不少照片都因為失焦跑焦而成為失敗的作品。

    對焦和曝光兩者的操作是相對獨立的，不過步驟是絕對不能調(diào)換的，膠片時代尤其不可違。也因為這樣對焦曝光這套步驟在數(shù)碼相機出現(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，直到光場相機的出現(xiàn)才對這個概念才真正面世。光場相機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。這個技術(shù)也就是由Lytro首先做出了實體的相機，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——《日本相機要玩完了?光場相機來襲，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。以為光場相機能取代傳統(tǒng)相機的思想越來越多，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，貼合這個理念的不僅有相機，在手機上也出現(xiàn)過好幾個可以提供“事后對焦”功能的a程序甚至是專門設(shè)計的硬件，不過它們都因為各種原因沒有得到完全地推廣。

    手機承載這項功能看似“不務(wù)正業(yè)”實際更是有些業(yè)余，以至于人們談到光場相機的時候只能拿Lytro舉例。光場相機其實早在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)在光場相機真正意義上只有兩款面世產(chǎn)品；2014年又發(fā)布性能更強大的二代產(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”相機不算是新玩意兒，那么“光場相機”（light field camera）或者“全光相機”（lenoitc camera）的歷史其實并不長。這得追溯到1996年開始的關(guān)于光場相機的課題研究，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。

    Ren Ng 2005年制作的相機使用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，但也初步證實了光場相機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得不到廣泛應(yīng)用的根本原因。

    當(dāng)然對于每個攝影愛好者來說，中畫幅的魅力固然是有的，高昂的價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)不是普通消費者可以折騰得起的�；�于中畫幅數(shù)碼后背的“光場相機”那時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，這也是光場相機量產(chǎn)歷史上的第一款。

    光場相機代表著更先進(jìn)的發(fā)展方向

    這款光場相機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)這個傳感器的成像點并沒有放在同一個平面上，而是大概分布在100余個平面上。簡單來說，我們每拍一張照片，光場相機大概會記錄著100個物距的成像信息（相當(dāng)于同時記錄包括對焦距離的100個RAW文件），考慮到這臺相機的傳感器本身尺寸和光圈大小，這100多個部分照片已經(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，再加上焦點算法（實際上是銳度優(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，同時還配備大量實體按鍵來改善相機的易用性�？赡芎芏嗯笥讯紩�意識到一個問題，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1/3寸f/2.0的傳感器來說，用犧牲時間的算法，100多個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，那么這個距離片就要提升為接近200個，如果是以APS-C格式為例，這個數(shù)字需要提升到3000個，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，如果按目前的真實效率來考量1分鐘拍攝輸出一個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的售價和實用性都比較堪憂

    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實際拍照時的有效像素很有限，導(dǎo)致照片畫質(zhì)甚至不如高端智能手機。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，你要想抓拍一個瞬間基本上不可實現(xiàn)。配套設(shè)備不完善以及高昂的售價使之注定成為一款小眾產(chǎn)品，不被大眾消費者所接受。

    的確光場相機的理念拯救了非常多的用戶，然而現(xiàn)今的效率確實達(dá)不到大眾水平，連有時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光場相機的成像質(zhì)量就是諾基亞稱霸時期的手機拍照質(zhì)量，也就是六七年前的手機拍照水平，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英寸卡片相機的成像相近。和卡片相機對比差別不大為何我還要拿上和單反相機差不多體積和重量的相機拍攝？我還為什么需要拍一張等一分鐘的光場相機？

    所謂不論白貓黑貓，抓到老鼠就是好貓。既然光場相機難以取得成功，那我們可以尋找達(dá)到類似效果的手段就可以了，這時我們也開始將目光轉(zhuǎn)到大家每天離不開的手機。由于手機攝影的應(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小小的移動設(shè)備上撐起了一片小天地，與此同時一些用于“事后對焦”的軟件隨之蜂擁而至。熟悉手機的用戶來說，事后對焦技術(shù)肯定不會陌生，在手機上，這個技術(shù)這兩年已經(jīng)不是新奇的事情了。

    手機所用的后對焦技術(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，手機或者相機來獲得這種照片，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，所以拍攝過程的時間也不長，比起一般拍攝單張所花時間可能就多出半秒不到。手機上非常有名的“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，但拍攝過后同時實現(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”。手機進(jìn)行一系列的特殊連拍，也就是每一張之間改變焦點位置，就可以得到一系列的不同景深范圍的照片，加以計算，這樣我們就可以后期選擇不同的對焦點了。

    這個技術(shù)看起來很簡單，但對相機來說實現(xiàn)起來并不容易。相比于手機來說，手機做得到而相機做不到的原因有以下幾點：首先相機自身的像素更高，所以需要短時間的極高速連拍肯定不能時間太長，這對相機的處理性能，機身緩存和傳感器的刷新率都有很高的要求；其次比起手機，相機鏡頭的驅(qū)動也是問題。以目前來看，手機完成拍攝時，除去計算時間，拍攝時間一般時間在0.3-0.5秒，而且需要實現(xiàn)至少10張的不同焦點拍攝。對于相機來說，由于像場更大，需要更多的張數(shù)以實現(xiàn)不同焦點的覆蓋，所以需要在極短時間內(nèi)驅(qū)動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)動也是個考驗。最后就是功能實用性。手機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，但是相機上沒有三十張選擇，多少人會覺得這個功能有用。

    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用性，雖然后對焦技術(shù)最適合應(yīng)用的場景是體育運動、動物拍攝，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，光場相機現(xiàn)在沒有太多的用武之地，光場相機真正與現(xiàn)在的影像技術(shù)平起平坐還需要很長的時間。