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微软低成本方案解决影像模糊

     无论怎样屏息静气,拍出的照片依然模糊不堪,这几乎是每个摄影者都曾经碰到的问题。而常规的解决办法无非是两种:放大光圈或者提高感光度以减少曝光时间,以图片质量的下降来换取清晰的影像;或者随身携带一个笨重的三脚架,以及干脆买个昂贵的防抖镜头,从根本上解决抖动问题。现在,我们有了第三种选择。在最近召开的计算机图形图像界最高规格也最具知名度的SIGGRAPH 2010会议上,微软展示了一种新方案,通过软件和硬件结合,能够较低成本地解决抖动带来的模糊问题。虽然展示的设备看起来还比较笨重,但是很有希望出现在单反、卡片相机甚至是智能手机上。

  防抖技术已经有了很长时间的历史,并且早已普遍应用在数码相机上。目前常用的防抖技术可以分成光学防抖和电子防抖两大类,前者可以看成是灵活移动的镜头或者CCD,而后者则通过牺牲画质来实现。前者需要专门开发的硬件的支持,而后者则主要通过软件方式实现。

  传统的光学防抖镜头中都有一个磁力悬吊的活动透镜,被叫做“补偿镜片”,与陀螺仪及处理芯片相连。陀螺仪能够侦测微小的移动,并且将信号传递给处理芯片以计算出需要补偿的位移,然后再以精确控制的速度和方向移动补偿镜片,将光线聚焦到接收图像的CCD上。这种从1995年就开始商业化的技术能够在几十分之一秒内完成镜头的调节,能够将快门速度提高2至3档,使用1/50秒快门时,拍摄照片的稳定性相当于1/250秒快门速度。而防抖机身使用类似的原理,只不过移动的不是补偿镜片,而是CCD—将CCD安装在一个可以灵活移动的框架上,也同样通过对移动距离和速度的判断来计算出需要移动的距离,让CCD和景物之间的相对位移尽可能减小。

  这两种技术虽然成本较高,但是拍摄出的照片质量更好,对手不够稳的初学者来说,相当有用。而低成本的电子防抖方案则从软件上加以改善:通过设置高感光度和快速多次的曝光来拍摄出多幅画面,再通过软件叠加在一起,对亮度和对比度加以修正,最终实现清晰的拍摄效果。电子防抖的方式并不需要硬件支持,不过拍摄出照片的噪点相对较多,而且没有办法完全利用CCD的所有感光面积。

  在这次SIGGRAPH会议上微软提出的新方案,则是从另一个角度入手。在硬件上,它保留了陀螺仪和加速计,但是利用特别开发的去模糊算法,对拍摄完成的照片进行后期处理。通过三维六方向的陀螺仪和加速度传感器,计算芯片可以感知当快门张开时相机的运动轨迹和加速度,然后将这些参数输入一个算法模型当中,就可以回溯计算出在快门打开的那一瞬间,CCD捕捉到的影像应该是什么样子。通过内置的软件,这种方案可以将已经拍摄好的照片恢复到最符合拍摄者意图的程度,过程有点像是数码照片在电脑上的后期处理,只不过后期处理软件被内置进了相机,而且能够自动迅速完成。

  对数码照片的去模糊处理,一直是计算机图形和应用数学领域的热门方向之一。对图像去模糊的市场需求十分强烈,无论是天文观测、卫星遥感还是民用领域,都有巨大的市场。过去大部分研究集中在通过开发更好的算法来让模糊照片变得清晰,而微软这种新做法则捕捉到了照片变模糊的过程,并且试图将这个过程进行逆转。

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本文来源:第一财经周刊 作者:辛江

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