Google 这台最强 AI 手机,凭什么靠单摄就干掉了 iPhone XS?

来源:快报
责任编辑:王亮
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没有太多硬件基因的 Google,对于智能手机产品一直有另一番理解,尤其是在拍照方面。

2016 年 10 月 5 日,Google CEO 桑达尔·皮蔡(Sundar Pichai)提出了由「移动为先」转为「AI 为先」的口号,同日亮相的初代 Pixel 手机就是这个理念的体现。

表面上看,Pixel 使用的摄像头和更早推出的 Nexus 6P 并没有太大变化,大家都是一样的 1230 万像素和 1.55 μm 的单像素尺寸,区别仅仅是加入了相位对焦功能。

但两者却在 DxOMark 上获得了完全不同的评价 —— Nexus 6P 只有不起眼的 73 分,但 Pixel 却凭借 89 分拿下了当时的榜首。

之后的第二代 Pixel 推出时,Google 也开始把关键卖点放在了拍照上,这款手机的评分涨到了 98 分,一举超过同期的三星 Galaxy Note 8 和苹果 iPhone X 再度登顶,DxOMark 当时给出的评语是「创下智能手机相机质量的新记录」。

连续两次拿下榜单首位,加上媒体和用户的好评如潮,开始让 Google 亲儿子手机散发出一种神秘的吸引力。其中最让人不解的是,两代 Pixel 手机都仅凭单摄像头就获得了这一成绩,难道 Google 的 AI 算法真的已经强大到能无视物理硬件了吗?

▲图片来自:Gizmodo

哪怕是在今天,新发布的 Pixel 3 手机也依旧没有采用时下主流的双摄乃至是三摄组合,这种「靠单摄独步天下」的功力,除了 Google 你也很难再找到第二家了。

但现在来看,它确实有这份「任性」的资格和底气。

Pixel 3 的摄像头有多聪明?

在大众用户的认知中,摄影的过程无非就是三个步骤:1)看到自己想拍的东西;2)打开相机按下快门,记录这个瞬间;3)获得一张静止不动的照片。

专业摄影师就不一样了。他们得根据现场的光照情况对应调整快门和光圈大小,选择合适焦段的镜头,拍摄时会考究构图和按快门的时机,拍完还要拿去 PS 或 LR 里后期一下,最终才得出了我们眼中的各种「大片」。

▲图片来自:Businessinsider

但智能手机的普及改变了这一切,不管是 Pixel 还是 iPhone 或其它手机,手机厂商都在淡化原本只有摄影师才懂的 ISO、曝光时间等数值,这些交给处理器和算法完成就好了,用户只要懂得按下快门,也能拍出一张媲美卡片机的照片。

Google 显然也懂得这个「拍照傻瓜化」的道理,只是比起寻求专用硬件来点亮更多的技能树,它更喜欢利用 AI 和各种堆栈算法来解决问题。

这种思路很有趣,说白了,它希望让机器自己去学习如何才能拍得更好。

在去年的 Pixel 2 系列中,Google 专门加入了一颗名为「Pixel Visual Core」的定制图像处理单元,这是 Google 与英特尔合作开发的 8 核心协处理器,目的是用来加速各种与 AI 拍照相关的任务,比如 Pixel 系列一贯主打的 HDR+。

而在 Pixel 3 上,这颗 Visual Core 核心也获得了更新,它的处理速度比去年快了 40%,意味着它能对更快地处理各种繁杂的照片源数据,在机器学习的帮助下还让 Pixel 3 解决了一些日常拍照的痛点。

首先是名为「Top Shot」的照片精选特性,它能够在你按下快门时自动记录前后数秒的影像,有点类似 iPhone 中的 Live Photos,但此时 AI 还会自动将「最佳时刻」打上标签供你挑选,所以就算是你不小心拍到别人闭眼的窘态,也可以选择其它画面作为最终照片。

▲「Night Sight」不仅适用于后置,也适用于前置。图片为 Google 官方样张

至于在伸手看不清五指的场景下,Google 给出的方案是「Night Sight」夜景模式,这个功能的核心还是借助 HDR+ 的连续采样和多帧合成,目的是尽可能地提高照片的亮度,彻底解决「暗光拍不到」的问题。

为了强调这个模式的出众效果,Google 在发布会上还对隔壁 iPhone XS 进行了一番「吊打」,也不知道苹果此时的心情是怎么样的。

还有一个是「Super Res Zoom」,主要是取景是变焦后图片放大的情况,其实是将一些传统单反中的「像素偏移模式」用在了变焦功能上。

▲ engadget 日本使用 Pixel 3 拍摄的样张,如果放大图中框选的部分…图片来自:engadget

▲ 这是 Pixel 3 放大后的样张。图片来自:engadget

具体来说,Google 抓住了我们取景时都会轻微抖动的小细节,它会在这个过程自动根据手部运动移动感光元件,然后并连续抓拍数张照片,再借助算法进行合成。

在这个方式下,每个像素都可以获得足够的 RGB 信息,最终便能实现一张拥有超高解析力的照片。

按照 Android Central 的说法,哪怕是放大 8 倍,Pixel 3 的变焦照片仍然能保持和 Pixel 2 上 2 倍变焦的清晰度。这意味着就算没有独立的长焦镜头,Pixel 3 仍然可以拍出不亚于光学变焦效果的照片。

Google 延展的不止是拍照的广度,还有拍照的深度

我们已经看过所有能选择的镜头组合,单纯加一颗摄像头对我们而言并没有好处。

在 Pixel 3发布会后,Google 的产品副总裁 Brian Rakowski 这样说道。在他看来,Pixel 手机已经能通过传感器获得足够多的信息,之后再通过机器学习等方式,同样能产生用户所需要的照片。

本质上看,Google 是在尝试用「计算摄影(Computational Photography)」的概念,为传统摄影引入 AI 机器学习等高级算法,等同于是对分辨率、光照、对焦点和景深等这类图像信息进行一次重新梳理,以此突破单摄像头的物理边界。

打个比方,以 Pixel 2 中的 HDR+ 为例,表面上看你用手机拍照只是打开取景器再咔嚓一声,可暗地里摄像头在你打开取景器后就开始采集工作了,这些数据会实时保留在手机缓存中,并最终被合成算法所调用。

除此之外,Google 还将图片分割成一个个独立的方块,保留高动态范围和细节的同时,也会尽可能地去除模糊、鬼影和噪点。

还有像前文提到的「Top Shot」这种「先拍后选」的模式,其实也受到了计算摄影思维的影响,它们都是在用户无法感知到的底层去实现。

DPReview 近期采访了 Pixel 的相机产品经理 Isaac Reynolds 以及计算摄影主管 Marc Levoy,他们表示,为了保证零延迟快门的体验,当初 Pixel 2 的安全快门值设为了 1/15 秒,这样哪怕是在最糟糕的暗光环境,HDR+ 也可以保证在 0.6 秒内对最高 9 张图像进行合成;若是光线充足状态下则可以缩短到 150 毫秒。

很显然,用户是不会感知到这些后处理流程的,呈现在我们眼前的只是最终的成品照。

而在 Pixel 3 上,用于「Super Res Zoom」变焦模式的合成图像会高达 15 张之多,而「Night Sight」夜景模式更是牺牲了零延迟快门。

它和一些国产手机的超级夜景一样,需要你在按下快门的同时保持机身稳定,此时相机会捕捉最高 15 张照片并进行合成,每张照片的快门速度最低为 1/3 秒,由此来获得接近 5 秒曝光效果的照片,其中因手抖而糊掉的照片也会被自动剔除。

不仅如此,考虑到黑暗环境下的糟糕光源,「Night Sight」拍摄出来的照片也会借助机器学习来实现自动白平衡。

另一个不得不说的是自 Google Pixel 2 时代就备受好评的人像模式,虽然这款手机并没有配备双摄像头,但依旧可以拍出不输于同期双摄旗舰的虚化照片。

它实际上是借助传感器的 PDAF 双像素特性来捕获左右两种视觉图像,从而得到简单的深度信息,然后再依靠图像分割技术,对图像轮廓进行精准定位。

在这个过程中,Google 花了不少心思训练了一个神经网络模型,它会根据深度信息分辨出照片中哪些部分属于人物,哪些部分是属于背景的,毕竟只有分清前景和后景,算法才能对正确的区域进行虚化处理,最终才能合成一张浅景深的照片。

▲上图为机器学习参与后的深度信息图,下图则是单纯基于双像素和立体算法的深度信息图,背景椅子的部分可以看到明显的差异。图片来自:DPReview

而在 Pixel 3 上,Google 对深度映射算法又做了新的调整,并加入了机器学习的手段。从对比图可以看到,如果只是单纯基于双像素和立体算法,碰到像玻璃杯、有网格的栏杆这类前后景模糊的场景时,深度图识别很可能会出错。

但在机器学习参与后,照片的整个虚化效果和范围都跟以前完全不一样了。

有了 AI 拍照,能让 Pixel 手机变得和 iPhone 一样流行吗?

Google 是靠搜索和工具业务起家的,本质上不是一家硬件公司,即使是 Pixel 手机,它的整个重心都是围绕服务和 AI 展开的。

所以在历届 Pixel 发布会上,最出风头的仍然是 Google 的软件服务。演讲人不会对配置做太多的介绍,更多会去强调那些「只有 Pixel 手机才能用上的功能和服务」,这其中就有各种 AI 拍照的身影。

▲图片来自:Post and Courier

但面对苹果、亚马逊等巨头公司的步步紧逼,Google 又不得不做硬件,就像 Google 的硬件负责人 Rick Osterloh 所说的那样,他要找到更多的方法让 Google 智能助手出现在人们面前。所以你不仅能看到 Pixel 手机,还有各种音箱、耳机与平板电脑。

这并不是一个主流的玩法,在很多人看来,智能手机是一门硬件生意,推动消费者每年换手机的动力来自更好看的外观、更强的处理器和更多的摄像头,各种手机产品的横评也只是硬件参数的对比,而无法量化的软件只能一笔带过。

毕竟,大家本质上用的都是 Android 作为底层,跑同样的 apk 应用,也唯独只有硬件能做出比较大的差异。

可 Pixel 手机依旧和其它 Android 不一样,这是 Google 亲自参与的,只有它能够将 Android 系统改造成自己想要的东西,不然你也不会看到那么多基于底层的拍照算法,还有额外的定制芯片。

在 Google 的 AI 加持下,没人能猜到 Pixel 手机还能带来多少我们所不知道的光影玩法。

▲ 图片来自:Nagisa Ichikawa

但 AI 并非无所不能,Pixel 3 上依旧有只能靠硬件来实现的特性。比如说新加入的 800 万前置广角镜头,就是专门用来拍多人集体照和大场景自拍的,这两种场景都没办法靠标准镜头实现。

还有那颗 Visual Core 核心,如果没有它的协助,Pixel 3 的 AI 拍照也无从谈起。

归根结底,手机中的 AI 仍然要依靠足够的计算力来驱动,没有优秀的硬件做基础,软件体验显然得打个对折。

但 Google 显然在为手机摄影带来另一种发展方向,这也给那些原本就有强大物理硬件加持的同僚们更多启示。当然,也无疑让消费者们对手机拍照有了更大的期待。

题图来源:Nagisa Ichikawa

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