行業(yè)陰謀：“手機(jī)攝影秒殺單反”（五）計(jì)算光學(xué)什么鬼？

劉丹

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市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)離不開營(yíng)銷，競(jìng)爭(zhēng)激烈的智能手機(jī)市場(chǎng)更是一刻都離不開。
營(yíng)銷這事兒說(shuō)起來(lái)很復(fù)雜，解釋起來(lái)可以說(shuō)的玄之又玄，也可以說(shuō)的簡(jiǎn)而又簡(jiǎn)，若是只用兩個(gè)字概括的話，那就是“忽悠”。
營(yíng)銷的本質(zhì)就是忽悠。
品牌們?cè)跔I(yíng)銷時(shí)花樣百出，變換著各種花樣忽悠消費(fèi)者?？蔁o(wú)論它說(shuō)得多生動(dòng)、笑得多甜美，它的終極目標(biāo)只有一個(gè)，那就是高溢價(jià)（這絕不是貶損，追求盈利是企業(yè)的本分和使命之一）。
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當(dāng)某個(gè)品牌被更多的消費(fèi)者喜歡時(shí)，它就會(huì)變著法兒的越賣越貴，手機(jī)品牌們當(dāng)然也不例外，而且做得很成功。
但想把東西賣得更貴，得有適當(dāng)?shù)睦碛?、把消費(fèi)者忽悠住才行。
前面的系列文章中說(shuō)過(guò)，國(guó)產(chǎn)手機(jī)決定性能的重要組件(比如CPU等)，都是在那幾家供應(yīng)商手里采購(gòu)的，操作系統(tǒng)也都一樣，所以大家同檔次的產(chǎn)品性能相近，互相間形不成產(chǎn)品力優(yōu)勢(shì)。
廠商們?cè)谑謾C(jī)的主要功能性能上沒(méi)太多文章可做，就只能在附屬功能上找突破。
在手機(jī)的附屬功能中，攝影功能最受消費(fèi)者關(guān)注，溢價(jià)能力最強(qiáng)！
而且相機(jī)的組件采購(gòu)時(shí)選擇余地大，算法等軟件可以自己開發(fā)，只要肯投入，就有可能獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
于是手機(jī)廠商們都在攝影功能上做文章。鏡頭數(shù)量和像素?cái)?shù)字飛速上漲、拉踩單反相機(jī)為自己提身價(jià)，換代產(chǎn)品的價(jià)格節(jié)節(jié)攀升，廠商們賺得盆滿缽滿。
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可同行業(yè)各大品牌間激烈的競(jìng)爭(zhēng)又出現(xiàn)了一個(gè)惡性后果：
大家爭(zhēng)相給像素?cái)?shù)字灌水忽悠消費(fèi)者，4000萬(wàn)、5000萬(wàn)、6000、一個(gè)億！應(yīng)用兩個(gè)億像素主攝的某品牌旗艦機(jī)，據(jù)說(shuō)2022就要上市了......
牛皮越吹越大，終于hold不住了！

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你宣稱主攝6000萬(wàn)像素的時(shí)候，照片質(zhì)量就跟別家1200萬(wàn)像素主攝沒(méi)什么區(qū)別，媲美單反更是個(gè)笑話，不過(guò)反正老百姓只看數(shù)字大小不辯好壞(也不知道好照片啥樣)，稀里糊涂地也就蒙過(guò)去了，賺完錢了事。
可一個(gè)億像素的手機(jī)相機(jī)模組登場(chǎng)，味道已經(jīng)徹底變了，這個(gè)像素?cái)?shù)字怎么來(lái)的？
硬件就別說(shuō)了，什么成像算法、影像AI、多幀堆棧等等之類的說(shuō)法已無(wú)法自圓其說(shuō)，支撐不了這個(gè)過(guò)于夸張的數(shù)字。
不過(guò)不要緊，辦法總比問(wèn)題多。
這不，新的成像理論應(yīng)用成果臨危受命，帶著滿滿的科技感匆忙登場(chǎng)了，走上了忽悠消費(fèi)者的舞臺(tái)。

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影像AI這幾個(gè)字，把手機(jī)相機(jī)的像素牛皮，從800萬(wàn)撐到了6000萬(wàn)+；而計(jì)算光學(xué)這四個(gè)字，起碼能hold住1個(gè)億到10個(gè)億像素這個(gè)區(qū)間！
應(yīng)用“計(jì)算光學(xué)”，是手機(jī)廠商用來(lái)體現(xiàn)科技含量、支撐高溢價(jià)的最新武器，也是手機(jī)廠商宣揚(yáng)“手機(jī)攝影秒殺單反相機(jī)”的終極武器。
這四個(gè)字一出，別說(shuō)秒殺單反，哈勃望遠(yuǎn)鏡都能秒！你說(shuō)牛不牛吧？
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手機(jī)廠商們隆重推出了“計(jì)算光學(xué)”的概念，這四個(gè)字充滿了營(yíng)銷特質(zhì)，--- 就是不好好說(shuō)話。
在科研屆和理論屆，研討也好論文也好，沒(méi)誰(shuí)直接說(shuō)"計(jì)算光學(xué)"，一般都說(shuō)"計(jì)算成像"，或者稱作"計(jì)算光學(xué)成像"。
"計(jì)算光學(xué)"這個(gè)神秘兮兮、深度滿滿的詞兒，翻譯過(guò)來(lái)就是"計(jì)算攝影"或者叫"計(jì)算成像"。
這倆名字顯然更好理解，但因?yàn)樘美斫鈺?huì)顯得不值錢，用來(lái)忽悠人效果不佳，所以得可著玄乎、聽不懂的詞說(shuō)。
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“計(jì)算成像”沒(méi)那么神秘，離我們并不遙遠(yuǎn)，實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)至少有30年的歷史。
醫(yī)院檢查用的3D造影、CT就是計(jì)算成像；遙感衛(wèi)星的“全息成像”也是“計(jì)算成像”，最常見(jiàn)、最簡(jiǎn)單的計(jì)算成像就是我們身邊無(wú)處不在的紅外攝像頭。
實(shí)際上，在我們使用的智能手機(jī)中，“計(jì)算成像”也已經(jīng)應(yīng)用了很多年，成像算法、影像AI都屬于計(jì)算成像的范疇，但比較初級(jí)?，F(xiàn)在不過(guò)是有所升級(jí)，換了“計(jì)算光學(xué)”這個(gè)科技含量滿滿、充滿未來(lái)氣息的新馬甲重新登場(chǎng)。
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“計(jì)算成像”的真正意義在于：我看不見(jiàn)看不清，但我可以算出來(lái)！
關(guān)鍵詞不再是成像，而是計(jì)算！
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用常規(guī)光學(xué)攝影的方式拍月亮，你焦距再長(zhǎng)、鏡頭口徑再大，有點(diǎn)小云霧遮掩著你還能玩得轉(zhuǎn)不？顯然不能了。
因?yàn)榭諝庵械膲m埃水汽會(huì)遮擋光路、造成散射，空氣密度不均勻也會(huì)造成類似哈哈鏡的扭曲效果，這就造成了擾動(dòng)）。
計(jì)算攝影就牛掰得很，哪怕有薄云和霧氣遮擋，肉眼只能看到個(gè)輪廓的情況下也可以拍出清晰的月亮。
方式是在視場(chǎng)中尋找參照點(diǎn)并且采樣，分析空氣對(duì)光子的擾動(dòng)有多大，然后通過(guò)算法糾正過(guò)來(lái)，你就可以得到一張清晰的月亮照片了。
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如果你站在毛玻璃后面，因?yàn)槊Ａв泻芏嗖灰?guī)則的折射面，所以你身上反射的光，穿過(guò)毛玻璃后扭曲了，我看你就是模糊的了。
而計(jì)算攝影在采集毛玻璃上的光斑后，計(jì)算光的散射與扭曲規(guī)律，然后把扭曲糾正過(guò)來(lái)，就得到一張清晰的照片了，就像抹去了浴室鏡子上的霧氣一樣......神奇不？

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當(dāng)你拿起手機(jī)拍攝遠(yuǎn)處的風(fēng)景時(shí)，因?yàn)橛布拗撇杉坏阶銐虻挠行袼?，可能遠(yuǎn)些的樹葉就已經(jīng)分辨不清楚了。
成像算法和影像AI只能把那些樹葉涂抹成一塊塊的色斑（同時(shí)添加了像素），給你一個(gè)感覺(jué)上的清晰印象，覺(jué)得那是一棵樹。
而計(jì)算攝影則完全不同了，只需采集到那顆樹反射過(guò)來(lái)的少量光子，和那顆樹漫射到旁邊物體上、再折射到你鏡頭中的光子，就可以“計(jì)算”出那顆樹的清晰樣貌，清晰到每一片樹葉都能分辨。
甚至在你和那顆樹之間放一堵墻，讓你完全看不到那棵樹，只需采集到的那顆樹漫射到旁邊物體上、再折射到你鏡頭中的光子，就可以“計(jì)算”出那顆樹的清晰影像。
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計(jì)算光學(xué)的范疇很廣泛，相對(duì)于傳統(tǒng)光學(xué)來(lái)說(shuō)具有很多革命性優(yōu)勢(shì)。比如提高成像的質(zhì)量、簡(jiǎn)化成像系統(tǒng)，突破物理限制等。
有了這個(gè)計(jì)算光學(xué)這個(gè)理論基礎(chǔ)做支撐，手機(jī)廠商們別說(shuō)一個(gè)億像素，10個(gè)億也敢吹了！
因?yàn)橛?jì)算成像的重點(diǎn)是“計(jì)算”，照片是根據(jù)采樣信息算出來(lái)的！我說(shuō)多少像素就是多少！
如果你懷疑照片質(zhì)量沒(méi)啥進(jìn)步，那就是你的問(wèn)題了。
手機(jī)拍攝的照片，質(zhì)量的好壞從來(lái)都不是用眼睛去分辨的，要用耳朵！
---- 你沒(méi)聽說(shuō)嗎？手機(jī)相機(jī)的成像效果已經(jīng)媲美專業(yè)相機(jī)了嗎？
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市場(chǎng)行為一般都是輿論先行，應(yīng)用“計(jì)算光學(xué)”的產(chǎn)品陸續(xù)上市前，自然會(huì)有一波輿論造勢(shì)。
看張截圖：

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哈哈，國(guó)內(nèi)外的手機(jī)品牌為啥都不放過(guò)照相機(jī)行業(yè)呢？小鬼子是多不招人待見(jiàn)？
挑戰(zhàn)也好、媲美也好、秒殺也好，反正都在拿單反說(shuō)事，上面的文中就用很確定的語(yǔ)氣在描述：
“智能手機(jī)已經(jīng)越來(lái)越多的地完成只有專業(yè)相機(jī)能勝任的任務(wù)?！?/strong>
“很多情況下，手機(jī)攝影的效果并不遜色專業(yè)相機(jī)！”
“旗艦手機(jī)是如何做到成像效果媲美專業(yè)相機(jī)的呢？”
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說(shuō)這么多，核心思想是我應(yīng)用了計(jì)算光學(xué)，而“計(jì)算光學(xué)”具有超能力！
一定有朋友會(huì)問(wèn)，你前文不也說(shuō)了很多計(jì)算(光學(xué))成像的優(yōu)勢(shì)嗎，聽起來(lái)確實(shí)很牛掰的樣子，你也認(rèn)可手機(jī)攝影媲美單反了嗎？
不！
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計(jì)算成像確實(shí)是個(gè)好東西，我反對(duì)某些謊言和不切實(shí)際的論調(diào)，但我不反科學(xué)。
計(jì)算光學(xué)成像的美好前景，多半還都僅僅是前景！還都停留在理論驗(yàn)證和有限應(yīng)用階段，距離普及應(yīng)用還遠(yuǎn)著呢！
前文描述的“計(jì)算光學(xué)成像”的種種神奇之處，都是因?yàn)樗?strong>“突破了物理極限”，--- 它超越了你的認(rèn)知，所以你會(huì)認(rèn)為很神奇。
手機(jī)廠商也大肆宣揚(yáng)新品應(yīng)用了計(jì)算光學(xué)、“突破了物理極限”，但這是妥妥的營(yíng)銷話術(shù)、概念轉(zhuǎn)移，讓你聽起來(lái)牛掰哄哄，實(shí)際跟他沒(méi)多大關(guān)系。
計(jì)算光學(xué)成像確實(shí)能夠突破物理極限，但不代表手機(jī)的相機(jī)真已經(jīng)做到，請(qǐng)問(wèn)：哪個(gè)品牌的哪臺(tái)手機(jī)的攝影能力突破了物理極限？具體是哪一條？是自適應(yīng)成像，介質(zhì)成像，還是非視域成像？
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計(jì)算光學(xué)成像千好萬(wàn)好，可偏偏跟手機(jī)的相機(jī)發(fā)生關(guān)系很難！
手機(jī)攝影說(shuō)應(yīng)用了“計(jì)算光學(xué)”，那不過(guò)是嘴唇上抹了點(diǎn)豬油，就說(shuō)自己吃了一頓紅燒肉。
因?yàn)橹萍s計(jì)算光學(xué)成像應(yīng)用的不是理論，而是算力。
計(jì)算光學(xué)成像的重點(diǎn)在計(jì)算上，分析數(shù)以十億計(jì)的光子間的相互關(guān)系并排除干擾形成照片，那需要巨大的算力！

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按照計(jì)算光學(xué)成像的種種神奇理論，如果要在幾十分之一秒的時(shí)間內(nèi)，“生成”一張5000萬(wàn)像素的照片，需要超級(jí)計(jì)算機(jī)那種級(jí)別的算力。
計(jì)算光學(xué)成像應(yīng)用最早、最牛掰的是歐洲航天局。
有很多人看過(guò)歐洲航天局發(fā)布的宇宙深空照片或者黑洞照片吧？
那些恢弘的宇宙景象都是“計(jì)算”出來(lái)的！一般一張照片要用上圖的那樣的IBM超算計(jì)算幾周甚至幾個(gè)月才能搞出來(lái)(我兔家的超算更快，但不給他們用)！

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計(jì)算光學(xué)成像的理論太玄乎，還在不斷地深化發(fā)展和應(yīng)用驗(yàn)證中，理論成籮筐，應(yīng)用轉(zhuǎn)化可不太容易。
由于手機(jī)算力的限制，手機(jī)企業(yè)也只能做到有限應(yīng)用，沾個(gè)皮毛而已。
手機(jī)行業(yè)所謂“計(jì)算光學(xué)”的應(yīng)用，在提升照片質(zhì)量上起了作用，但有限。起碼在現(xiàn)階段營(yíng)銷意義大于實(shí)際意義，不過(guò)是應(yīng)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品溢價(jià)的噱頭而已。
但這個(gè)噱頭對(duì)“手機(jī)攝影秒殺單反”這個(gè)論調(diào)提供了更有力的理論支撐，對(duì)繼續(xù)給手機(jī)相機(jī)的像素灌水、繼續(xù)忽悠消費(fèi)者多掏錢足夠用了。
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計(jì)算光學(xué)成像的事兒太復(fù)雜，領(lǐng)域廣泛、各種專業(yè)名詞也多。上文敘述為了便于理解盡量簡(jiǎn)潔地說(shuō)，也都轉(zhuǎn)換成了通俗易懂的白話敘述，肯定有不完善、不專業(yè)的地方，請(qǐng)諒解。

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莫同

你這全篇都是大忽悠??！
連“衍射光學(xué)”這個(gè)背后的基本名詞都沒(méi)出現(xiàn)