低光世界里的拍攝秘密

流言

諾基亞Lumia 920的一個很大賣點就是低光拍攝，其他手機也紛紛跟進。那么，什么才夠得上低光拍攝？低光拍攝的工作原理又如何呢？讓我們一起“摸黑”進入這低光的世界，一探究竟。

多低的光算低光

都知道白天比夜里亮，中午比下午亮。但是，陰天的響午與晴天的傍晚，什么時候更亮？同為早晨八九點的北京和上海，哪里更亮？這時，光憑人的感覺是有點拿不準的，我們需要有一個嚴格的科學標準，才能精確測出光線的強弱。先讓我們了解幾個與光相關的度量術語，以便更好地理解后面所解析的低光拍攝。

光強（Luminous intensity），即光源的發(fā)光強度，計算單位是坎德拉（Candela），簡寫為cd。光強過去所用的單位為燭光（Candle），一枝標準蠟燭所發(fā)的光的強度為1燭光。我國早些時候把每1瓦的白熾燈的發(fā)光強度稱之為1燭光，比如25瓦的就稱之為25燭光。1燭光約等于現(xiàn)在新單位的1cd。

光通量（Luminous flux），即每秒鐘內(nèi)由光源所發(fā)出或者由被照物體所吸收的光能總量，單位是流明（lm）。

照度（luminosity），指物體被照亮的程度，照度的單位是勒克斯（lux，lx）。1勒克斯等于1流明的光通量均勻分布于1平米面積上的光照度，通俗地說，就是距離一個燭光的光源1米遠而與光線正交的面上的光照度（即所謂一米燭光）。照度的大小，取決于光源的發(fā)光強度，及光源與被照體之間的距離。

5勒克斯算得上是低光了，一般大陰天的時候室內(nèi)差不多就只有這么亮。無月的黑夜，照度則只有0.001～0.02勒克斯，月夜也只有0.02～0.3勒克斯，夜晚有路燈的道路可達15～30勒克斯，路燈照不到的地方則連10勒克斯都沒有，這些都可算在低光拍攝的范圍內(nèi)。

雖然有專業(yè)的測光儀，不過價格不菲，而且一般人也用不上它。其實手機上有不少測光軟件，比如Light meter，用它就可以測量周圍光線強度，能夠直接讀取具體的勒克斯數(shù)值，雖然有誤差，但作為個人參考還是不錯的。

Lumia 920的攝像頭結(jié)構

網(wǎng)上流傳一段視頻，表現(xiàn)的是暗室拍攝中，Lumia 920（以下簡稱920）秒殺蘋果等手機，引發(fā)果粉與諾粉的口水戰(zhàn)。果粉質(zhì)疑視頻中920有打閃光燈，比賽不公。而諾粉則指出那是920的對焦燈，并不影響最終成像結(jié)果。那么920的攝像頭到底是什么樣的呢？讓我們先深入內(nèi)部看看它的結(jié)構。

不管是手機攝像頭，或者是數(shù)碼相機、監(jiān)控、筆記本攝像頭等，應用場景不同，但它們的基本結(jié)構卻大同小異。如果將一個攝像頭拆開，會發(fā)現(xiàn)它們一般是由PCB電路板、DSP芯片、傳感器（Sensor）、IR紅外濾波片、基座（Holder）及鏡頭（Lens）組成。

Photokina 2012大會上，卡爾·蔡司曾展示過920攝像頭的拆解模塊，鏡頭、傳感器、DSP芯片、PCB板等一應俱全，可見920并沒有顛覆攝像頭的傳統(tǒng)結(jié)構，而只是在此架構的基礎上進行了各種增強，從而才在低光拍攝中令人矚目。

低光世界Lumia 920怎么做

手機攝像頭的工作流程一般是，景物通過鏡頭生成光學圖像，經(jīng)過IR紅外濾光片過濾后，投射到圖像傳感器上（CCD或CMOS），傳感器將圖像轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）成為數(shù)字圖像信號傳送到數(shù)字信號處理DSP芯片中，DSP處理完成再通過PCB板上的數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)绞謾C中的System LSI進行處理，最后通過LCD屏幕顯示出來。

讓更多的光進入

鏡頭是光線進入920攝像頭的第一關。顯然，在低光的環(huán)境下，鏡頭的光圈越大，能納入的光線也就越多，拍出的照片也就越明亮。果粉們常常炫耀iPhone 4S/5有著F2.4大光圈，而920采用的是F2.0光圈的卡爾·蔡司鏡頭，比iPhone大出兩個級別。注意，光圈值以F來表示，它是焦距與入孔直徑之比，F(xiàn)后的數(shù)值越小代表通光孔徑越大。

讓快門關得更慢

拍出的照片亮不亮，關鍵取決于通過快門進入鏡頭的光線總量。方法有兩種，一種就是上面介紹的加大光圈，“門”開得大，進來的光自然就多。另一種方法就是延長曝光時間，“門”開得不大，但開的時間長，也能加大進光量。920的夜拍功能超群卓眾，事實上主要靠的就是第二種方法，它采用了強制性的慢快門。

從技術上來說，控制快門有多快是最難的，最快的快門速度是衡量一款攝像頭的重要參數(shù)之一。不過要控制快門延遲，讓它關得慢一些，相對容易得多。既然如此，那么其他手機廠商同樣也可以通過延遲快門速度來增強曝光啊，為何他們都不做？這是因為，延遲快門容易，但延遲后會因為手的抖動而產(chǎn)生更嚴重的后果：圖像模糊。相比快門的控制，防抖則是一個更艱深的任務。

920增加的“浮動鏡頭”技術專為防抖，這也為夜拍時延遲曝光奠定了堅實基礎，從而可拍出比其他手機更亮的照片。浮動鏡頭（Floating lens）是一項光學防抖技術，它是安裝在一組微小的彈簧上的可移動式鏡片組，隨時調(diào)整因手抖而改變的光軸，讓光軸盡量保持在一直線上，從而達到穩(wěn)定畫面的作用，說白了就是以抖動來防抖動。

現(xiàn)在大部分手機采用的還是數(shù)字防抖技術，在已成像的圖像中，保留物體主體去掉模糊部分的像素，實際上跟后期PS性質(zhì)相似，所以效果大打折扣，與920的光學防抖不可同日而語。

讓傳感器更好地捕捉光線

光線通過鏡頭進入攝像頭后，還需要通過圖像傳感器將它捕捉下來。920傳感器采用最新的背照式傳感器，增強了攝像頭在低光環(huán)境下的采光。

傳統(tǒng)的前照式傳感器（BSI），感光二極管在電路晶體管后方，進光量會因遮擋受到影響。背照式傳感器（BSI）對此做了改進，它將感光層的元件調(diào)轉(zhuǎn)方向，這樣鏡頭過來的光從背面直射進去，避免了在傳統(tǒng)傳感器結(jié)構中，光線受微透鏡和光電二極管之間的電路和晶體管的影響。背照式傳感器在低光環(huán)境下，效果尤其明顯。

讓“后臺”處理更好更強

在920低光拍攝中，幕后的PureView（純景）技術支持功不可沒。PureView其實就是一個數(shù)字成像標準，由諾基亞與卡爾·蔡司合作研發(fā)，因諾基亞808而一舉成名。

PureView技術的核心是“超采樣”（Oversampling）。打個比方說，一個千萬像素的相機拍攝的照片質(zhì)量已經(jīng)非常高了，如果達到四千萬像素，那照片的質(zhì)量就更為精細，而且多級放大之后也不會出現(xiàn)馬賽克。而920的傳感器雖然是八百七十萬像素，但是它的實際圖像質(zhì)量卻與六千萬像素相近！因為超采樣技術，可以將八個像素點“濃縮”到一個像素點上，整合成一個“超級像素點”。這樣一來，在同等強度的光線進入鏡頭后，就會照射出比一般八百萬像素傳感器所擁有的大得多的像素點，這樣拍出的照片自然要精細得多，而且在低光環(huán)境下出現(xiàn)的噪點也大大減少，成像質(zhì)量極大提高。

拍照已成為許多人選擇手機的一個重要參考，可能Lumia 920暫時領先了，但是其他競爭者會很快趕上來。不過從目前階段的技術發(fā)展來看，競爭對手的改進基本上不會脫離上述思路。