華為P20 Pro的混合變焦功能 就這樣提高了成像質量

騰訊數碼訊（紅果）據Android Authority網站報道，通常情況下，旗艦智能手機會包含大量優雅、獨特和日趨強大的相機功能，例如谷歌的HDR+、LG的廣角鏡頭或超慢鏡頭視頻錄製。華為希望利用其新穎的混合變焦功能——最新款旗艦手機P20和P20 Pro採用的新相機功能之一——吸引消費者的眼球。

這並非華為首次採用混合變焦功能。這項技術已經被應用在華為多款高端手機中，例如Mate 9、P10和Mate 10 Pro。在2016年的華為麒麟960處理器發布會上，華為就提到過這項功能。但是，P20 Pro是華為首款利用長焦鏡頭把變焦能力提升至5倍，而成像質量不會有明顯下降的手機。

光學變焦 PK 為數字變焦 PK 混合變焦

攝影愛好者可能會略過這些基礎知識，但對於普通讀者來說，介紹下這些基礎知識還是很有必要的。

相機上傳統的變焦技術可以分為兩大類：光學變焦和數字變焦。光學變焦技術移動機械的玻璃鏡頭，調節焦距，從而放大用戶看到的景象。使用光學變焦技術，在拍照時，成像感測器（負責拍攝數碼照片的元器件）「看到」的是放大的圖像，能以其最大解析度呈現放大的圖像。部分手機採用光學變焦技術，但只使用不同焦距的相機，通過切換不同的相機來放大拍攝主體，與傳統光學變焦技術相比，這類技術的局限性要大得多。

相比之下，數碼變焦技術用於沒有可移動鏡頭元件的相機中，例如智能手機。使用數碼變焦技術時，無論變焦倍數如何，圖像感測器都會「看到」相同的場景。放大拍攝主體的唯一方式，是裁剪照片、對它進行放大，這會降低解析度，導致照片上有更明顯的顆粒感。在使用數字變焦技術時，設備通常會利用軟體插值演算法，使照片看起來更柔和，但會丟失一些細節。

華為的混合變焦技術，以一種更智能的方式使用兩個攝像頭，利用處理能力強大的軟體，以不同的焦距混合來自兩個攝像頭的數據，在放大拍攝主體時，保留或重建更多細節。它當然不是光學變焦，成像質量也沒有那麼好，但在保留遠處的細節方面，它的表現要遠好於基本的數字變焦技術。我們可以認為這一技術的成像質量介於光學變焦和數字變焦之間，但從根本上說，它是一種數字化技術。這一技術特別適用於智能手機——光學變焦機制不適用於單一鏡頭。即使接近其5倍混合變焦極限時，華為P20 Pro成像質量似乎還是相當不錯的。

混合變焦技術原理

我們如何實現這樣的效果呢？一種被稱作超級解析度的處理能力非常強大的圖像處理技術，可以用來強化照片中的細節。華為沒有明確聲明其混合變焦功能使用了超級解析度技術，但這樣的暗示可謂「隨處可見」。華為的HiAI移動神經網路計算平台文檔，詳細闡述了包括超級解析度在內的一系列圖像處理技術——能夠在華為的麒麟神經處理單元上運行。華為早在2013年的Ascend P2手機中就使用了超級解析度變焦技術——由圖像處理技術公司Almalence提供。另外，即使在技術上拉近的距離比長焦鏡頭800萬像素解析度極限還近，用戶仍然能獲得解析度為1000萬像素的放大版照片。因此，這些跡象表明了某種形式的超級解析度技術。

超級解析度的總體思路是所謂的亞像素定位。通過考慮另外2、3個幀——每個幀都有略微不同的視角——中的相同點，亞像素定位能使照片中任一點的精度達到亞像素精度水平。華為的雙相機系統，已經能向我們提供兩個略微不同的視角，但我們也能整合任何單一相機的多個圖像幀，增加可以使用的數據量。這一技術並非是專門為雙相機系統而保留的——在觀察遙遠的行星或宇宙中的其他天體時，它通常被天文學家用來去除照片中的噪點和提高解析度。在2014年推出的單鏡頭Find 7中，OPPO就在5000萬像素超級變焦成像功能中使用了相似的技術。

需要記住的一點是，存儲在一幅照片的每個像素中的信息，只是成像感測器捕獲光線的近似值。相機受限於它們的解析度，因此每個像素實際上把它探測到的更精細細節「平均」為單一色彩。這還可能會受到由機械和電子來源進入成像感測器的噪點的影響。因此，當在兩個略微不同的位置拍攝同一張照片時，許多像素的值將略有區別。使用各種演算法或資料庫，通過「考慮」多幀照片中像素間的差別，從成像質量更低的照片中獲取更多細節是可能的。最終結果是包含更多像素數據的解析度更高的照片。

從本質上來說，超解析度是某種形式的過採樣——它利用多幅解析度更低的樣張，生成一張解析度更高的照片。用戶可以利用多種不同權重和演算法，決定如何處理這些照片，每次都會獲得略微不同的結果。當放大這種解析度更高的圖像時，與傳統數字變焦功能相比，它能保留更多細節。這一技術還能用來減少噪點，使圖像變得更清晰，更穩定，用於創作延時拍攝風格的照片。

只是，這一技術並非完美無缺。與其他內插濾鏡一樣，尖銳邊緣周圍的「光環」或「光暈」會是一個問題，紋理看起來像油畫一樣——色彩相互浸染。根據拍攝物體，不同演算法會獲得略好的成像質量，因此成像質量將因拍攝物體的不同而有差別。從利用華為P20 Pro拍攝的照片中，我們能看到部分這種現象。

對於華為P20 Pro相機來說，超解析度照片被裁剪成放大的照片，或壓縮為解析度為1000萬像素的照片。Android Authority還不能確定的是，華為在生成這些照片時使用了什麼樣的演算法，以及每個相機拍攝多少張照片。我們所知道的是，它融合來自800萬像素、3倍光學變焦長焦鏡頭和4000萬像素攝像頭的數據。支持混合變焦功能的華為智能手機，採用相同的思路，它利用一個單色成像感測器收集更多數據，限制相機具備2倍混合變焦能力。

照片樣張

在拍攝這些照片樣張時，Android Authority使用了1倍、3倍光學變焦，以及5倍混合變焦功能。為了對它們進行比較，1倍、3倍光學變焦照片分別放大（不使用插值）了500%和166.67%，以達到5倍變焦效果。換句話說，Android Authority對所有照片進行了裁剪，使之與5倍變焦照片一樣。最初，Android Authority計劃使用專業模式，以確保相同的曝光設置，抵消不同相機光圈帶來的影響，但Android Authority的測試發現，3倍長焦鏡頭完全沒有發揮作用，導致變焦倍數不足。Android Authority編輯羅伯特·特里格斯（Robert Triggs）懷疑的原因是，在專業模式下，混合變焦仍然發揮作用，但只使用來自4000萬像素和2000萬像素的單色成像感測器的數據。有趣的是，在其Galaxy Note 8手機中，當使用專業模式拍照時，三星也關閉了2倍變焦長焦鏡頭。

相反，Android Authority利用默認的照片模式拍攝照片，以獲得最好的變焦效果，但關閉了人工智慧拍攝功能，以在切換變焦倍數時，儘可能地保持照片色彩和曝光相似。出於比較的目的，頭兩張樣張照片也包含放大的4000萬像素照片。正如Android Authority預期的那樣以4000萬像素的解析度模式拍攝照片，可以提供更多的解析度數據，在進行數字變焦時可以獲得更好的成像質量。結果也表明，在拍攝解析度達4000萬像素的照片時，使用光學變焦和混合變焦功能，成像質量遠好於數字變焦。在拍攝遙遠的物體時，它們絕對是用戶會選用的變焦功能。

在第一批照片中，需要關注的主要元素是右側的文字，和照片左部唱片上的凹槽。利用5倍數字變焦功能放大照片，根本看不清這一距離上的文字細節。切換到4000萬像素成像感測器，情況只是略有改善，表明拍攝照片時使用這樣倍數的數字變焦功能，用處真心不大——與成像感測器像素數量無關。但是，3倍光學變焦和5倍混合變焦模式之間的差別很難區分。混合變焦功能可以更清晰地顯示文字，去除照片中的噪點。但其一個副作用是，唱片左側的凹槽開始混在一起。色彩分級也略有不同，很可能是處理演算法的結果。總體而言，如果考慮放大這樣大的倍數，混合變焦能獲得成像質量更好的照片。

在5倍數字變焦功能方面，第二批照片顯示出了相似的不足之處。3倍光學變焦功能基本上能顯示出花朵和葉子邊緣的細節，除更銳利的邊緣外，3倍光學變焦和5倍混合變焦之間幾乎沒有什麼差別。兩者最大的差別可能是混合變焦的降噪效果和略微更精準的邊緣。1倍、3倍和5倍光學變焦之間還存在著顯著的色彩和曝光差別。這部分原因取決於相機的自動設置，不同的相機光圈和照片的內容，還可能有軟體演算法。

Android Authority最終的照片表明，P20 Pro的混合變焦功能，在更優化的環境中，生成的照片光線充足、邊緣硬朗。這次的差別更為明顯。雖然3倍光學變焦功能會使照片顯示出明顯的噪點和鋸齒，混合變焦功能消除了幾乎所有這些問題。

在戶外照片中，Android Authority看到了相似的結果。使用數碼變焦時，大部分細節都丟失殆盡，但即使3倍光學變焦，甚至把變焦倍數提高至5倍，細節也會得到合理的保留。當比較3倍光學變焦和5倍混合變焦拍攝的照片時，Android Authority再次發現5倍混合變焦拍攝的照片更流暢，微小的細節都得到了很好的保留。

正如最後一批照片中混合變焦結果的顯著改進，用戶拍攝的場景，對5倍變焦效果會產生影響。但總體而言，與數字變焦功能相比，它代表著巨大的進步。它的處理效果也始終如一地優於3倍光學變焦鏡頭。由於混合變焦是通過軟體實現的，拍攝內容會對處理後照片的成像質量產生一定影響，要獲得最好的成像質量，用戶需要在光照良好的環境中拍攝照片。總之，與大多數其他手機不同的是，用戶可以真正使用P20 Pro的變焦功能。

照片 PK 專業模式

本文開始就曾提及，在使用相機的專業模式拍攝照片時，3倍光學變焦鏡頭不能用來「協助」5倍混合變焦功能。特里格斯親自證實了這一點。在專業模式中，使用變焦功能拍攝的照片不如使用普通的照片模式清晰。因此，照片成像質量與P20和其他沒有配置長焦鏡頭但支持混合變焦功能的手機相似。但重要的是，這些照片的成像質量要顯著優於普通的數字變焦功能，證實混合變焦技術（超級解析度）確實效果不錯。

在上述照片樣張中，即使在專業模式下拍攝照片時，混合變焦功能的成像質量也遠遠高於普通的數字變焦功能。但是，在沒有3倍長焦鏡頭提供光學變焦細節的情況下，與照片模式相比，專業模式下成像質量要差得多。這顯然不夠理想，但它確實向我們提供了一個有趣的機會，比較超級解析度變焦功能與光學變焦功能的優劣。

上述的結果基本上符合我們的預期。在專業模式下，3倍混合變焦功能的成像質量確實好於數字變焦。但是，在照片模式下，使用3倍長焦鏡頭拍攝的照片成像質量要高得多，有足夠多的細節，色彩也更生動。

在使用變焦功能時，為了獲得最高的成像質量，請使用P20 Pro的照片模式而非專業模式。

那麼，專業模式為什麼不利用具備明顯優勢的變焦技術呢？原因可能要追溯到拍攝花卉照片時我們看到的不同曝光和色彩。華為的專業模式，使用戶能控制ISO、快門速度、曝光和色溫，當在800萬像素/f/2.4長焦鏡頭和4000萬像素/ f/1.8主攝像頭之間切換時，這些參數會發生很大變化。為了確保專業模式的手動調節設置，在使用變焦功能時以用戶期望的方式發揮作用——不會改變色彩和曝光——華為可能選擇只使用混合變焦功能，只利用4000萬像素成像感測器和2000萬像素單色感測器的數據，照片成像質量遠優於普通的數字變焦功能。

出色的數字變焦

由於華為混合變焦功能效果令人印象深刻，而且在不同拍照模式下表現不同，P20 Pro的三攝系統，可能比最初的設想更有趣。但是，無論在什麼模式下，與大多數智能手機相機的「數字變焦功能」相比，它都是一種出色的技術。理解混合變焦功能的最好途徑，是把它看作是一種出色的數字變焦功能。但它不依賴可移動的鏡頭或機械性硬體，因此它非常適合用在智能手機中。它是一種智能的、基於軟體的技術，能提升照片解析度，生成的照片成像質量高於數字變焦。這正是大多數用戶所期望的。

當然，混合變焦功能並不完美，但對於喜歡拍攝微距照片，或經常裁剪拍攝的原始照片的用戶，它無疑是在購買智能手機時需要考慮的一項技術。智能手機相機的成像質量可能仍然比不上數碼單反相機，但混合變焦功能這樣的創新，給喜歡攝影的用戶拍攝成像質量更好的照片提供了諸多可能性。

來源：Android Authority

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