Google Pixel背後的故事：如何做出手機中最好相機？

一年前，提起拍照好的智能手機，大家可能會首先想到的是 iPhone 和 Galaxy（或許還有遺忘在歷史長河中的 Lumia）。不過從去年年底開始，在這個名單中還得再加上一個名字：Google Pixel。

Google Pixel 的相機到底有多少呢？ 在法國著名影像實驗室 DxO 旗下的 DxOMark 評分中，Google Pixel 得到了 89 的高分，這是智能手機在 DxOMark 中得到的最高分數，並且直到現在也沒有手機可以超越。

在 Google Pixel 優秀的成像品質背後，有三個地方值得關注。

第一是它採用的索尼 IMX378 感測器，高達 1/2.3 英寸的尺寸和 1.55 微米的大像素為成像提供了優秀的硬體基礎。

第二是驍龍 821 內置的 ISP 和 DSP，相比上一代驍龍 810 有了長足的進步。

第三是HDR+ 功能，這也是 Pixel 拍照「魔法」的核心，畢竟用 IMX378 和驍龍 821 的不是只有 Pixel，卻沒有手機可以拍得 Pixel 一樣好。不過有趣的是，HDR+ 這個在手機上大放異彩的功能，最初居然是為 Google Glass 而研發的。

以下內容編譯自 The Team at X，原文地址：https://blog.x.company/meet-gcam-the-x-graduate-that-gave-us-a-whole-new-point-of-view-3ee86657d6c9

有些時候，Google X 的團隊決定去做一件事件，不過後來發現這些技術的應用場景遠超過了他們最初嘗試去解決的問題，Gcam 就是一個這樣的例子。

Gcam 成立於 2011 年，那時候 Google X 的負責人 Sebastian Thrun 正在尋找可以放在 Google Glass 的相機解決方案。Google Glass 可以讓佩戴者無需拿出相機就能以第一視角來拍攝並分享照片，不過為了讓消費者願意來使用這項功能，Google Glass 的拍照能力至少得要達到同時期智能手機相機的水準才行。

由 Google Glass 拍攝

不過受限於 Google Glass 的產品形態，只能為其配備很小的感測器（具體和智能手機差不多）和鏡頭模組，這讓 Google Glass 的相機在弱光或者明暗反差較大的場景時的成像質量很差。

一個早期的 Google Glass 原型機

由於 Google Glass 必須得做得足夠輕並且方便佩戴，設計師無法簡單通過配備一個更大、品質更好地相機模組來解決這個問題。面對這個「魚和熊掌」的問題，Google X 團隊開始嘗試用另外一種思路來解決問題：與其嘗試用更先進的硬體來解決問題，我們能不能用更加智能的軟體處理來解決它？

Marc Levoy是斯坦福大學的一名教職員工，同時也是一位計算攝影領域（基於軟體的圖像捕捉和處理技術）的專家。

2011 年，Marc 在 Google X 中組建了後來被稱作 Gcam 的團隊，這個團隊的任務是在移動設備上通過計算攝影技術來提高成像質量。在 Gcam 試圖提高 Google Glass 成像品質的過程中，他們採用了一種叫做圖像融合的方法，這種方法的原理是使用相機連續快速拍攝多張照片，然後合成為一張品質更好地照片，從而讓相機可以在弱光下拍出擁有足夠多細節、在明暗反差較大的場景拍出更加清晰的照片。

這種圖像融合技術於 2013 年首次在 Google Glass 上亮相，不過，很明顯這項技術的應用場景將遠遠不止 Google Glass。

越來越多的消費者選擇使用智能手機來取代傳統的相機，消費者希望他們手上的智能手機在任何場景和光線下都能拍出優秀的照片。在這個背景下，Gcam 的下一代圖像融合技術不再局限於 Google Glass，而是直接內置在了 2013 年 10 月發布的 Nexus 5 和後一年的 Nexus 6 的相機 app 中，這就是大家熟悉的 HDR+。

（編者註：HDR+ 的原理是通過連續拍攝多張 RAW 文件，通過多張合成的方式來獲得一張品質更好的 JPEG 文件，這和其他手機的 HDR 功能有所不同，後者的原理通過拍攝三張左右曝光不同的照片來合成一張寬容度更好的 JPEG 文件，HDR 的重點在於合成用的照片曝光是不一樣的，應用場景也主要局限在明暗反差較大的場景。）

Marc Levoy 使用 Google Pixel 拍攝

現在，Gcam 的技術已經被應用在 Alphabet 旗下的一系列的 app 和產品中。 2015 年，Gcam 從 Google X 正式畢業，隨後加入到 Google Research 中，現在 Gcam 正在參與一系列技術的研發，包括 Android、YouTube、Google Photos 和 360 度 VR 相機 Jump。此外，Gcam 團隊的部分成員還參與到了 Google 相機 app 的 Lens Blur 功能（可以理解為 Google 的「先拍照後對焦」功能）以及 Jump 拍攝的 360 度 VR 視頻的拼接處理中。

Marc Levoy 使用 Google Pixel 拍攝

在 Google 新推出的 Pixel 手機中，Gcam 開發的 HDR+ 功能被設為了相機的默認模式。

有了這項技術的加持，Pixel 的相機獲得了無數的讚譽，有相機評分行業標準之稱的 DxOMark 在 2016 年將 Google Pixel 評為「智能手機上有史以來最好的相機」。回顧這段歷程，Marc 說：「我們花了 5 年時間才把事情做對……我們非常感謝 Google X 讓我們的團隊可以不拘泥於眼前的利益，並且給予我們充足的自由，從而做成了這些。」

（編者註：HDR+ 對數據處理能力的要求很高，在 Nexus 5、Nexus 6、Nexus 5X 和 6P 這三代產品上，HDR+ 都只是一個專門的拍照模式，不過在 Pixel 上，隨著驍龍 821 內置的 ISP 和 DSP 性能的大幅躍進，相機 app 的 HDR+ 默認就處於「自動啟用」的狀態。在 DxoMark 的測試中， 打開 HDR+ 後每 3 秒拍一張照片，上一代產品 Nexus 6P 拍到第 4 張相機 app 就會自動關掉 HDR+ 功能，而 Pixel 可以一直拍下去。打開 HDR+ 後每 1 秒拍一張照片，Nexus 6P 的 HDR+ 已經無法啟用了，Pixel 也可以連續以 HDR+ 模式拍上 9 張，然後 HDR+ 功能才會被關掉。）

Gcam 的下一步是什麼呢？Marc 對 Gcam 的未來感到非常興奮。

「機器學習是我們正在推動的一個方向」，Marc 解釋說，「在現有的基礎上，我們依然可以相機上做出很多有創意的東西，比如創造一個訓練體系來讓照片獲得更好的白平衡效果，再比如說對照片背景的處理，我們是應該把它變得模糊，還是把顏色調深或者做其它特別的處理。我們在機器學習領域處於領先的地位，將現實世界和計算攝影世界創造性地融合是一個非常大的機會。」