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华为影像XMAGE:以我为主构建移动影像新高地
发布时间:2022-09-14 06:50   浏览量:177

  7月4日,华为在夏季新品发布会上,推出了新一代的nova系列产品,并官宣了全新品牌华为影像XMAGE,预示着华为手机在未来移动影像领域的巨大变革。

  虽然这几年手机产品在影像方面的竞争日益激烈,但在前置影像方面却鲜有出色的产品出现。但随着视频社交媒体的兴起和年轻人分享生活逐渐成为一种频发的行为习惯,手机的前置影像的重要性日益显现。

  华为的nova系列产品是一个定位于年轻人群的产品序列,自然对年轻人的需求有着相对准确的洞察,早在nova 9上,华为就推出了针对前置影像的突破行业常规的创新功能,第一次让双录功能得以实现,让一些直播从业者可以更轻松地实现双机位效果,也让年轻人在Vlog创作中有了更大的乐趣。

  在新发布的nova 10系列产品中,华为更是创新性地实现了前置0。9倍到5倍全焦段的自由变焦,同时覆盖了54mm人像焦段、27mm广角和19mm超广角焦段,为前置影像提供了前所未有的广阔创作空间。

  虽然前置影像系统受空间的限制很大,但华为在有限的空间时,突破性地实现了全新体验的前置影像能力,不仅提供了多样化的拍摄方式,而且提供了4K30帧的高画质。

  nova 10在影像方面的创新,代表了华为在前置影像领域不断探索和创新成果。华为nova系列产品基于自身用户需求和产品定位,在继承传统影像体系的思想和技术同时,开启了移动影像的全新方向。

  而对于旗舰手机来说,华为还将多种技术创新和理论思想,凝聚成了一个全新的品牌华为影像XMAGE,这是中国厂商,第一次在影像领域构建起的领先于全球的影像理论体系和技术架构。这一体系是对传统影像的巨大发展,华为通过自己的技术研发,形成了基于“真实世界——成像系统——后处理算法”的移动影像理论体系。

  在影像领域,手机影像既与传统影像系统密切相关,但受制于手机产品的体积限制,目前又与传统影像有着巨大的差别。

  对于传统影像而言,手机影像的兴起和繁盛,正一步步在威胁着传统影像产业的生存,“手机拍照正在谋杀摄影”,这绝非是杞人忧天,而随着手机影像质量的提升和产品的广泛普及正在一步步成为现实。

  事实上,随着手机影像水平的提升,摄影与视频创作,这种原来基于专业人群的独占技术,正逐步成为公众的日常行为。

  以单反和微单为代表的传统影像,表面上看与胶片时代有了巨大的不同,但从成像的技术原理上讲,仍然还是通过镜头的光传输,再将光信号转变为电信号还原真实世界影像的一个过程。这一成像流程,与胶片时代相比,数码相机只是增加了一个模数转换模块(CMOS或CCD)替换了原来的胶片,只是成像介质的变化而已。

  早期的手机影像也基本上是延用了单反和微单的这种成像原理。然而手机的体积却与单反有着明显的不同,而且手机作为随身携带且是超高频使用的电子消费产品,体积无法做得像单反一样大,这就导致了手机拍照系统中的镜头和成像模组无法做到与单反一样。当然也有厂家曾经试图将卡片机的镜头装进手机里,但市场和用户给了这种产品无情的嘲讽。

  从目前产业技术现状来看,手机的CMOS基本都在1英寸以下,即使是1英寸的传感器,与单反全幅相比,也只有全幅CMOS的13%左右面积。在不到1/10的面积里挤进去几千万的像素点,其带来的信号干扰是无法避免的;同时考虑到了手机的镜头从光学质量来说,根本和单反使用的镜头无法相提并论,手机影像镜头的光学分辨率很难达到1200万像素以上,所以,手机影像如果直接使用传统影像的理论体系和技术路线,显然无法进一步提高手机影像的画面质量。

  同时我们应该看到,手机又具备相机所不具备的能力,那就是算力,任何一部智能手机,其算力都远超最高端的相机的算力,这为数字影像的重构提供了可能。

  AI算法进入手机影像领域,对手机影像的提升是革命性的。相对于传统影像系统,手机影像由于算法的介入,不再只依靠硬件(镜头和CMOS)来提升画面品质和使用体验。同时也让手机影像系统由传统的成像流程变成了光信号传输、模数转换(CMOS)再到图像处理的三个流程节点。

  最早将算法引入手机摄影的是谷歌的Pixel系列手机,紧随其后,苹果和华为将这一体系发扬光大。但随着谷歌的Pixel系列退出人们的视野,由谷歌引发的计算摄影技术浪潮,目前只有苹果和华为在持续地进行技术探索。

  事实上,从早期华为苹果在计算摄影的技术表现上看,通过手机的镜头的光信号传输,再经过CMOS的模数转换,形成基础的影像数据,再通过图像处理算法,重构需要还原的影像。简单地讲,目前在华为手机上的影像系统,是在传统影像成像原理的基础上,通过计算光学和图像AI算法,实现了影像的数字化重构,这是对传统影像技术原理的一次革命性创新。

  早期手机影像的算法系统,只是基于对画质的改善,各厂家也都是基于单项技术的突破,并没有形成对移动影像理论化、技术体系的思考。无论是计算摄影还是移动影像,其实都停留在概念阶段,也并没有形成完善的理论体系。

  华为影像XMAGE的出现,在手机行业,移动影像第一次形成了系统化、理论化的移动影像理论体系和技术架构,从而完成了从传统影像体系向移动影像体系的巨大跃迁和技术演进。

  华为呈现给业界的华为影像XMAGE技术体系,是经过了长达六年左右不断完善的对移动影像的体系化思考的结果,也是经过实践不断验证后逐步走向理论化,并极具前瞻性的理论突破和技术创新。

  2016年,华为P9问世,在人们惊叹P9的影像品质之时,华为却第一次迈开了探索移动影像的脚步。从今天的眼光看来,P9创新性的采用彩色与黑白两组影像模组实现一张照片的做法,就已经开始了对传统影像技术体系的改进。类似的技术方法,直到2020年左右才被苹果应用于手机产品的成像。

  华为P9率先在业界探索多摄模组融合体系,在后来的华为影像的发展中一次次被优化和提升。这是在在不增加手机厚度的前提下,通过多摄像模组采集的多帧高数据量的原始图像,发挥不同摄像模组的特点,最终合成为高画质图像的符合产业发展的创新技术路线。在华为影像的发展中,逐步完善了主摄与广角、主摄与长焦、主摄与ToF、长焦与焦焦RAWFile等多种摄像模组的融合成像,让华为手机产品在不同的应用场景中,都可以获得优秀于行业的成像水准。在华为 P50系列手机上,华为搭载了全新的双影像单元,超级主摄单元与超级变焦单元,系统性整合了多颗镜头融合成像,让轻薄的手机释放出强大的影像实力。

  华为影像系统在光学系统方面,多摄像单元的融合成像奠定了其移动影像体系在光学系统方面的主要技术基础,同时随后出现的自由曲面镜头、潜望式长焦等技术,则进一步完善了在光学系统中不同场景下画面质量进一步提升的技术体系。

  2021年,随着华为P50系列产品发布,计算光学技术横空出世,这是一项足以发行业变革的技术。

  在传统影像行业,如果要提升镜头的分辨和光学素质,唯一的办法是使用更高质量的镜片和更好的涂层,以及使用更好的光路设计,但这一切努力最终的结果就是画质提升了,重量和体积也随之提升。

  这一行业通行惯例在手机镜头的设计和生产中无法应用,受手机体积的限制,手机影像的镜头部分,很难做大和做得更长。这也就是虽然手机影像的CMOS的像素看似与单反相差不大,但成像质量与单反有着天壤之别,镜头素质是影响成像的一个核心因素。

  在华为P50系列上,华为开创性地采用了计算光学(XD Optics)的技术,通过与镜头厂商的密切合作,在镜头模组设计之前和生产出来之后,通过设计上的提前预测和后期测量,获得该镜头光学的特性,再通过算法来提前预测光路导致的像差损失,从而改变“调制传递函数(MTF)”,以此来最大程度地还原在光信号传递过程中的损耗。

  这一技术带来的益处是显而易见的。P50 Pro在影像模组技术规格没有大幅度提升的条件下,其成像质量大幅度提升,其画质表现比当时市面上更大面积CMOS的手机更为优秀。据华为实验室测算,由于计算光学的介入,P50可以多还原25%以上的画面信息,“据测算,P50 Pro的潜望镜MTF表现在计算光学技术的加持下,(传输光量)最多可以翻倍,尤其在草地、树叶、远处建筑物轮廓等带有高频信息(反差)的场景,图像清晰度增强了很多”。

  移动影像第二个核心的技术点就是成像技术,即光电转换,也就是光信号通过镜头组,最后在CMOS上形成最初的影像数据。

  华为影像在传统影像技术的基础上,针对手机影像的具体应用,进行了一系列大胆而富有成效的技术探索。

  2019年,华为P30系列手机发布,但让行业意外的是,华为在P30上搭载了一款1/1。7英寸的RYYB像素排列的传感器,与行业广泛采用的RGGB像素排列方式完全不同。RYYB像素排列的CMOS之前在单反上出现过,但受限于色彩调校的原因,在经过短暂尝试后,行业便放弃了这一技术方案。

  虽然RYYB像素排列在色彩表现有缺陷,而且在单反上没有成功过,但RYYB的优势也是非常显明的,相对于RGGB像素排列,在同等面积下,RYYB可以提高30%以上的进光量。

  在随后华为P40系列产品中,华为更是搭载了一款大型50MP Ultra Vision RYYB宽幅传感器,拥有1/1。28大小,这是当时手机使用的最大CMOS。较大的CMOS面积配合比RYYB更多的进光量,让华为影像系统在成像环境获得了前所未有的基础图像信息,借助于华为优秀的色彩感知系统、AI算法和AIAWB算法,不仅让手机影像获得了更多的细节,而且在色彩表现方面改变了RYYB留给行业的固有印象,华为影像在成像系统方面开始走出了自己的独特的方向。

  在不断完善RYYB超感光传感器技术的同时,华为影像在成像系统方面,又持续完成了全像素八核对焦技术的突破,以及多光谱、超光谱传感技术的研发。通过多光谱传感器技术,华为让手机影像在复杂光源的环境中色彩的还原更接近于线系列中使用的超光谱传感器,得益于10通道多光谱传感器对光传播规律的分析,模拟人眼看到光的过程,提升环境光谱的分辨率,因此图像的色彩与分辨率也更加的精准、真实,为华为影像在色彩风格的形成奠定了技术基础。

  2017年,华为在麒麟970中加入了NPU处理单元,并在Mate 10系列中第一次推出其基于算法的AI摄影,从此,AI摄影成为了移动摄影的技术基础,而华为的图像处理系统开始成为华为影像的另一基础支柱。

  2018年,P20系列面市,P20不仅采用双ISP图像处理,增加RAW域处理环节多帧降噪技术,最大程度保留照片细节,控制噪点,还采用了集成NPU(Neural Network Processing Unit)专用硬件处理单元,让手机具备了像人一样的思考能力。一代代演进,让华为的AI影像算法逐步成熟,并开始引领行业,开始改变行业通行的移动影像技术路线系列是华为AI影像算法的集大成者,它一改业界纯硬件和纯算法的解决方案,通过“真实世界——成像系统——后处理算法”的理论思想,从真实拍摄场景出发,建立了从光学镜头到传感器链路的数学模型,测算标定了一系列器件的物理参数,在拍照瞬间,将每个视场景和每个波长的光线通过镜头汇聚到不同的传感器,再经过传感器感应转换成电信号。

  在CMOS获得图像的基础信息后,华为AI算法的神经网络从海量的数据信息中分析光信号之间的特征,拟合和调整模型参数,统筹全局(色彩、空间、光线)考量,推算出被像差衰退退前的光信号,最终形成接近真实世界的影像,数字化重构了光信号形成的图像。

  事实上,在华为影像的图像处理系统发展过程中,华为先后推出了实时HDR融合算法、XDFusion Pro(包括超感知影像系统、超级滤光系统、原色引擎以及超动态范围技术),不断强化在影像算法中技术能力,从细节、色彩、色调、空间透视等方面突破技术极限,形成了完整的图像处理系统。

  华为影像XMAGE通过光学系统、成像系统以及图像处理系统,形成了完整的移动影像技术架构,这一体系,是对传统影像体系适用手机影像过程的巨大技术进步,也标志着基于智能手机的移动影像体系从此摆脱了传统影像体系的束缚,开始进入了移动影像独立发展的产业阶段。

  基于理论体系的建立和技术架构的成熟,为华为影像XMAGE形成自己的影像风格提供了广阔的空间,华为影像也在这几年的发展中,在影像风格上形成了自己独特的真实、温暖、锐利和高画质的风格,成为在众多图像中能一眼识别出来的华为影像特征。

  回顾华为影像发展的历程,呈现给用户的只有六年左右的历史,但华为影像之所以能走出自己的技术体系和理论体系,其技术研发投入和时间,远比目前呈现给公众的要更大、更长。

  华为影像从最初的研发,就是集团式的研发方式,在影像的每个领域都投入了足够多的人力,同时这些力量又分布在手机影像研发和生产制造的各个环节。

  2012年,华为手机的产品团队就意识到提升消费者体验的三大方向就是续航、拍照、流畅度。基于对用户需求的深入调研,华为将影像确定为未来重点突破方向。

  十年来,华为针对图像数字记录技术、光学系统的设计及生产、传感器技术、色彩调校、乃至目标人群对影像的期望等等方面都做了大量研究工作。同时也围绕着拍摄出消费者满意的照片设立多个实验室,以通过不同的技术方向研究,提升影像质量。

  在理论体系和技术架构形成的条件下,如何能让影像更符合用户的审美习惯,则是华为影像努力的另外一个方向,这就是华为影像文化的形成。

  2017年,华为举办了第一届影像大赛,开始了华为用户的影像文化之旅。经过五年的积累。2019年,华为影像社区上线,华为在更广泛的用户群体中培育华为的影像文化,目前华为影像大赛和华为影像社区。至2021年的华为新影像大赛时,共有170多个国家和地区的用户参与活动,作品投稿累计数量高达300万件,互动次数达10亿次。这些数字在任何一个摄影比赛中都是非常罕见的,摄影已经不再是一小部分人的狂欢,更多的已经演化为更广泛的人群观看世界的方式,成为许多人的兴趣出发点和媒介,华为影像文化也由此逐步形成。

  正是基于在广泛用户群体中形成的华为独得的影像文化,华为影像开始形成了自己独立的风格,比如真实、温暖、锐利、高画质等。而在技术方面,华为则围绕着这一风格,持续提升光学系统、软件优化、软件调教水平以及色彩呈现能力,让华为影像能够直击人心。

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