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用 Pixel 挑戰單反,谷歌工程師的極限低光拍攝實驗

這是一篇來自谷歌工程師 Florian Kainz 的文章。 文中詳細記述了他如何嘗試用 Google Nexus 6P 在低光下挑戰單反的拍攝效果, 在技術上有一定的參考價值。 原文中有更詳細的描述和更多的照片, 有興趣的請閱讀原文。

Florian Kainz 是 Google Daydream 團隊(VR)的軟體工程師。 一天, 他在三藩市以北的馬林岬(Marin Headlands)用一台專業的單反相機、一個顆笨重的鏡頭和一個三腳架, 拍攝了一張金門大橋和城市後面的燈光的照片。

他得意地跑去給自己在 Gcam (Google 專注於電腦圖像的研究團隊)的朋友看這張照片。 朋友看過之後, 向他發起了一個挑戰——手機能不能拍攝出同樣的效果?

Florian Kainz 清楚目前手機攝影方面的進步, 他也想搞清楚這個問題, 於是開始了手機拍攝夜景的實驗。

第一次實驗:自己寫個 App

第一次正式實驗, 他動手寫了一個簡單的 Android 相機應用程式, 手動控制曝光時間、ISO(感光度) 和對焦距離。 相機的曝光時間被設置在了數秒鐘,

且按下一次快門能夠記錄下 64 張圖像(而 Pixel 和 Nexus 相機的 HDR+ 模式只能合成 10 張)。

為了測試這款應用程式, 在一個滿月的夜晚, 作者去了三藩市西北約三十英里的加利福尼亞海岸的 Point Reyes 燈塔。 他用 Nexus 6P 拍攝這座燈塔, 用 ISO 1600 的感光度記錄了 32 個鏡頭, 每張照片的拍攝時間為 4 秒鐘。 回到辦公室, 他將原始檔載入到 Photoshop 中。 雖然單張照片的噪點多, 但作者通過 Photoshop 合成了這 32 張照片, 得到了最終的圖像, 看起來非常不錯。

使用 Google Nexus 6P 拍攝的 Point Reyes 燈塔

作者對於這次實驗非常滿意。 雖然燈塔的亮光部分被過度曝光了, 但其餘的場景都非常好, 噪點低且具有令人愉悅的自然色。

不過拍攝燈塔照片時, 燈塔的光線依舊比較充足, 於是作者準備嘗試拍攝光照更低的環境——月光下的星空。

第二次實驗:開始挑戰低光

拍攝星空和拍攝燈塔並不一樣。 雖然兩到四秒的曝光可以輕鬆捕捉到明亮的星星, 但星星並不是絕對靜止的, 它們會隨著地球的公轉和自轉發生角度的變化。 不過, 幸好這個過程足夠緩慢, 幾秒鐘的曝光間歇是幾乎察覺不到的。

但是, 當拍攝達到幾十幀時, 最終合成圖像上會出現星軌(下左)。 當然, 我們可以通過移動和旋轉照片可以將星星對齊, 而避免出現星軌。 不過, 又會出現新的問題:天空乾淨了, 星星清晰了, 但地面由於照片的選擇而變得模糊(下右)。

星星對齊前後對比照片

要想得到一張完美的星空, 我們可以將上面的兩張照片拼合。 一個地面很清晰, 一個天空很清晰。 作者最終得到一張完美的圖片:

第三次實驗:極限低光

如果在只有星光, 沒有月光, 附近沒有人造光源, 也沒有遙遠城市發出的背景光的極限低光照中, 手機還能拍出好看的照片嗎?

為了找到這樣的環境, 作者開車到了加利福尼亞海岸, 那裡的夜晚將會非常純淨。 作者將 Pixel 手機對準星空, 使用 ISO 12800 的感光度拍攝了 64 張 2 秒曝光的照片。

這張照片雖然稱不上完美,但也應該是手機目前能拍攝的極限低光條件了。

照片裡,天蠍座和射手座清晰可見。但是海平面已經消失,更不要說海上的礁石了。這主要是由於 Pixel 單張 2 秒曝光時長的限制。如果能將曝光時長提高到 8 到 10 秒鐘,星星仍然不會有明顯的運動模糊。 但隨著曝光時間的延長,可以設置較低的 ISO 感光度,從而大大降低單張照片的噪點,得到更清晰和更詳細的最終圖像。

回到最初的挑戰:拍攝金門大橋

這張照片的解析度雖然不如數碼單反相機拍攝的高,但圖像品質令人驚訝得好。照片上也沒有太多可見的噪點,捕獲動態範圍非常飽和。除了局部的過度曝光,整體非常不錯。

通過這樣一個有趣的實驗說明了,使用手機進行戶外夜景拍攝是可能的。然而,目前只能借助手機完成拍攝,如果要得到最終清晰的照片,仍需要導入到桌上型電腦上進行大量仔細的後期處理。這個過程對於普通人顯然太過麻煩。如果今後能直接使用手機完成,一定是令人興奮的。

這張照片雖然稱不上完美,但也應該是手機目前能拍攝的極限低光條件了。

照片裡,天蠍座和射手座清晰可見。但是海平面已經消失,更不要說海上的礁石了。這主要是由於 Pixel 單張 2 秒曝光時長的限制。如果能將曝光時長提高到 8 到 10 秒鐘,星星仍然不會有明顯的運動模糊。 但隨著曝光時間的延長,可以設置較低的 ISO 感光度,從而大大降低單張照片的噪點,得到更清晰和更詳細的最終圖像。

回到最初的挑戰:拍攝金門大橋

這張照片的解析度雖然不如數碼單反相機拍攝的高,但圖像品質令人驚訝得好。照片上也沒有太多可見的噪點,捕獲動態範圍非常飽和。除了局部的過度曝光,整體非常不錯。

通過這樣一個有趣的實驗說明了,使用手機進行戶外夜景拍攝是可能的。然而,目前只能借助手機完成拍攝,如果要得到最終清晰的照片,仍需要導入到桌上型電腦上進行大量仔細的後期處理。這個過程對於普通人顯然太過麻煩。如果今後能直接使用手機完成,一定是令人興奮的。

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