黑科技被冷落？谈为什么光场相机不受见

    对焦与拍照，两者操作的次序在胶片相机时代是不可改变的，对焦在后在当时看来根本就是天方夜谭的事情，而这种构想在数码相机的面世自然让这个幻想有成真的可能。随着数码技术的不断升级，更先进的影像技术在如今已经不算新鲜事，同时VR（虚拟现实）技术产品的涌现使得“先拍照后对焦”的革命性理念再度提上了议事日程。不论是光场相机还是新型的高端拍照手机，都已经将这一技术实战化、商品化，然而这项技术的背后有着怎样的技术支持，其实质和实用性又怎样呢？我们一起来分析一下。

    拍照对于不少刚入门的朋友来说，可以说是一门技术活，特别是单反相机，不少新用户都觉得它很“酷”，然而使用起来则是满脸的心酸——没有打开说明书的勇气，更别说有到手即用的悟性。大多数朋友在熟悉操作后最常见的问题：没对上焦，或者准确地说没在景深范围。在数码时代“废片”泛滥的迹象非常明显，有不少照片都因为失焦跑焦而成为失败的作品。

    对焦和曝光两者的操作是相对独立的，不过步骤是绝对不能调换的，胶片时代尤其不可违。也因为这样对焦曝光这套步骤在数码相机出现初期还是大家的共识，自然对“事后对焦”这天马行空的理念没有太多的拓展，直到光场相机的出现才对这个概念才真正面世。光场相机一直是很热门的影像议题，更重要的是这是第一次将“先拍照后对焦”理念变成了现实。这个技术也就是由Lytro首先做出了实体的相机，它是利用在感光元件前的诸多微镜头记录讯息，达成拍摄之后可以重新对焦的方式。

    在前段时间朋友圈里突然出现一篇极为不专业的文章——《日本相机要玩完了?光场相机来袭，今天摄影（云课堂自由职业摄影师）圈都在转！》这篇文章误导了不少基础知识不过关的入门用户。以为光场相机能取代传统相机的思想越来越多，随着网上的各种辟谣，这样的声音最终也不了了之。另外“事后对焦”这也并不是新鲜事物，贴合这个理念的不仅有相机，在手机上也出现过好几个可以提供“事后对焦”功能的a程序甚至是专门设计的硬件，不过它们都因为各种原因没有得到完全地推广。

    手机承载这项功能看似“不务正业”实际更是有些业余，以至于人们谈到光场相机的时候只能拿Lytro举例。光场相机其实早在1995年我们就看到了类似的雏形产品，不过直到2011年才有Lytro公司推出了一款可以称之为量产品的东西，直至现在光场相机真正意义上只有两款面世产品；2014年又发布性能更强大的二代产品Illum，其“先拍照再对焦”的理念给影像领域带来了诸多启发。但也许是缺乏竞争者，所以光场相机至今没有进一步的发展。

    “先拍照后对焦”的产品

    既然“先拍照后对焦”相机不算是新玩意儿，那么“光场相机”（light field camera）或者“全光相机”（lenoitc camera）的历史其实并不长。这得追溯到1996年开始的关于光场相机的课题研究，还在斯坦佛攻读博士学位的Ren Ng和Marc Levoy首次制作出以Contax 645为原型改装而成首款真正意义上的光场相机。

    Ren Ng 2005年制作的相机使用Megavision FB4040数码后背，约1600万有效像素，最后的有效输出还不到9万像素（296×296）。按比例来推算Lytro相机的输入输出比达到了1:182，不过碍于当初CCD发展的缓慢，1000多万像素的传感器无可厚非，但也初步证实了光场相机的有效分辨率并不会太高，在后面的文章也会说明了这正是光场相机得不到广泛应用的根本原因。

    当然对于每个摄影爱好者来说，中画幅的魅力固然是有的，高昂的价格同样是让大部分玩家望而却步。而且改造成本和改造过程远远不是普通消费者可以折腾得起的。基于中画幅数码后背的“光场相机”那时候也只是停留在概念阶段。直至2011年6月，Lytro宣布获得来自格雷洛克合伙人、安德森-霍洛维茨和恩颐投资的5000万美元A轮投资，随后推出第一款产品——一台一端为1.52英寸触摸屏，另一端为镜头的光场相机，这也是光场相机量产历史上的第一款。

    光场相机代表着更先进的发展方向

    这款光场相机的核心部分就在他的传感器前部滤镜结构上，虽然这台相机的传感器本身具备了1100万像素，但是通过改变传感器前面的滤镜，我们可以发现这个传感器的成像点并没有放在同一个平面上，而是大概分布在100余个平面上。简单来说，我们每拍一张照片，光场相机大概会记录着100个物距的成像信息（相当于同时记录包括对焦距离的100个RAW文件），考虑到这台相机的传感器本身尺寸和光圈大小，这100多个部分照片已经可以涵盖所有的景深情况。之后我们只需要把这些照片所具备的距离信息整理一下，再加上焦点算法（实际上是锐度优先＋相似距离信息拼接），就可以形成完整的照片了。

    2014年7月，作为光场相机初代产品推出之后自家第二代产品——Lytro终于推出了Lytro Illum。针对前代产品出现的画质问题，Lytro Illum采用4000万像素镜头和f/2.0大光圈来提升照片质量，同时还配备大量实体按键来改善相机的易用性。可能很多朋友都会意识到一个问题，他把一张照片拆成了100多张，那么拼接使用的数量是多少呢？大约为10%，这比起第一代使用中画幅相机的效率已经高出了不少。也就是说这块1100万像素的传感器，大约有1000万像素被浪费掉了，毫无疑问这对于照片的分辨率有着极大的影响，再加上拼接算法本身还会在一定程度上损失分辨率，所以这块1100万像素的传感器实际分辨率大约等于50万像素的水平。

    同样的在Lytro Illum上存在着同样的问题：对于一个1/3寸f/2.0的传感器来说，用牺牲时间的算法，100多个距离片就可以完整的记录下所有的信息，但是如果换成目前标准的1/2.3寸传感器，那么这个距离片就要提升为接近200个，如果是以APS-C格式为例，这个数字需要提升到3000个，哪怕我们拥有60张/秒的连拍速度，无限的缓存，极高的存储速度，10倍的数据复用率，每拍摄一张照片都要完整的5秒钟，如果按目前的真实效率来考量1分钟拍摄输出一个RAW格式的文件，恐怕无人会接受，这与先拍照后对焦的初衷是有违的。

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    Lytro Illum的售价和实用性都比较堪忧

    Lytro Illum针对前代产品在易用性等方面有了很大改善。然而问题依旧存在。Lytro Illum实际拍照时的有效像素很有限，导致照片画质甚至不如高端智能手机。更严重的是，Lytro Illum成像速度非常缓慢。尽管它专门为此配备了高通骁龙800四核芯片来提升成像速度，但遗憾的是，改善幅度很有限，你要想抓拍一个瞬间基本上不可实现。配套设备不完善以及高昂的售价使之注定成为一款小众产品，不被大众消费者所接受。

    的确光场相机的理念拯救了非常多的用户，然而现今的效率确实达不到大众水平，连有时间折腾的恐怕也得考虑考虑。但真让人抓狂的还是其输出图片的画质。一代Lytro光场相机的成像质量就是诺基亚称霸时期的手机拍照质量，也就是六七年前的手机拍照水平，即使是大幅升级的二代产品Lytro Illum充其量只是和普通的1/2.3英寸卡片相机的成像相近。和卡片相机对比差别不大为何我还要拿上和单反相机差不多体积和重量的相机拍摄？我还为什么需要拍一张等一分钟的光场相机？

    所谓不论白猫黑猫，抓到老鼠就是好猫。既然光场相机难以取得成功，那我们可以寻找达到类似效果的手段就可以了，这时我们也开始将目光转到大家每天离不开的手机。由于手机摄影的应用程度越来越高，关于摄影的软件和硬件的更新在这个小小的移动设备上撑起了一片小天地，与此同时一些用于“事后对焦”的软件随之蜂拥而至。熟悉手机的用户来说，事后对焦技术肯定不会陌生，在手机上，这个技术这两年已经不是新奇的事情了。

    手机所用的后对焦技术，其根本就在于拍摄一系列的不同焦平面照片，然后通过机身软件整合为一组数据，然后根据用户需要后期选择焦点，手机或者相机来获得这种照片，其核心原理就是快速的图像采集，由于镜头的对焦行程很短，所以拍摄过程的时间也不长，比起一般拍摄单张所花时间可能就多出半秒不到。手机上非常有名的“先拍摄后对焦”可以算Google为Nexus上提供的一套拍摄系统，这套系统与光场相机在拍摄原理相当一致，虽然镜头的“组数”不一样，但拍摄过后同时实现景深控制以及不同对焦的转换。但是这套系统的基础，就是“拍”和“算”。手机进行一系列的特殊连拍，也就是每一张之间改变焦点位置，就可以得到一系列的不同景深范围的照片，加以计算，这样我们就可以后期选择不同的对焦点了。

    这个技术看起来很简单，但对相机来说实现起来并不容易。相比于手机来说，手机做得到而相机做不到的原因有以下几点：首先相机自身的像素更高，所以需要短时间的极高速连拍肯定不能时间太长，这对相机的处理性能，机身缓存和传感器的刷新率都有很高的要求；其次比起手机，相机镜头的驱动也是问题。以目前来看，手机完成拍摄时，除去计算时间，拍摄时间一般时间在0.3-0.5秒，而且需要实现至少10张的不同焦点拍摄。对于相机来说，由于像场更大，需要更多的张数以实现不同焦点的覆盖，所以需要在极短时间内驱动镜头完成十几次甚至几十次的精准对焦，这对于镜头驱动也是个考验。最后就是功能实用性。手机上的后对焦软件基本上就是噱头为主，拍摄五张照片，就能让人感觉很新鲜，但是相机上没有三十张选择，多少人会觉得这个功能有用。

    总结：

    相信大家看完整篇文章以后都会发现，后对焦技术目前来看没有什么实用性，虽然后对焦技术最适合应用的场景是体育运动、动物拍摄，但是目前来看后对焦技术最多是拍拍人像，拍拍日常，真正运用到高速摄影的领域相信还有一段很长的路要走。对于专业用户来说，光场相机现在没有太多的用武之地，光场相机真正与现在的影像技术平起平坐还需要很长的时间。