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一、专业模式概述

专业模式(Pro Mode) 允许用户手动控制 EV、ISO、快门(Shutter)、白平衡(WB)、对焦等参数,区别于全自动模式由 3A 算法(详见 相机3A)接管一切。各参数既可单独手动设定,也可保持自动,从而形成"全自动 / 半自动 / 纯手动"等不同组合(详见 2.3 节)。

快门速度越快越能抓取运动物体并清晰成像;当快门速度低于 1/60 秒时,建议使用三脚架,否则难以保证成像清晰 来源

二、手动参数与测光

专业模式的核心是手动干预 3A 的执行量,而测光(AE)是理解这些参数如何联动的关键。本节整理自一组关于测光、EV、快门/ISO 联动的问答。

2.1 测光调节的对象

测光不是直接调节某个单一参数,而是调节 AE target(目标曝光量)。对 AE 而言,曝光量大小是「快门 × ISO」的乘积,AE 控制器通过调整快门与 ISO 的组合来逼近目标曝光量(AE 收敛过程详见 AE)。

2.2 EV 补偿的作用

EV 值的调整是在现有「快门 × ISO」结果的基础上,按 +/- EV 的量来控制新的「快门 × ISO」值,使「新快门×ISO / 旧快门×ISO」满足 EV 的需求(EV 的三重含义详见 EV)。

2.3 半自动与纯手动曝光

  • 当快门和 ISO 都为 auto 时,两者均由 AE target 决定(全自动曝光)。
  • 手动设定其中之一时,另一个仍由 AE target 决定,称为半自动曝光
  • 两个同时手动设定时,称为纯手动曝光,此时测光调节不再起作用。

注:手动调节 ISO 时不能同时调节闪光灯。

2.4 测光模式与对焦/测光分离

测光模式(平均测光、点测光)指的是整张画面统计亮度的方式,与 touch 对焦不冲突 来源

  • 整张画面的统计亮度是一个基础,所有运算都会用到。
  • 非 touch 时,关注区域包含整张画面、高亮区、中亮区和低亮区,这些组合达到设定的 target。
  • touch 之后,测光 target 改为只关注 touch 框内的亮度,故手动选择对焦点后预览亮度仍会变化——但整张画面的统计亮度方式不变。
  • 点测光只统计中心点的信息(类似 5×5 分块中只取中心那一个 block),而非任意一点。

在快门和 ISO 都为 auto 时,点测光与平均测光可能看不出差别,需要在中心亮、四周暗的特殊环境中才能测出差异。

三、照片风格(锐度/对比度/饱和度)

照片风格(照片效果)的核心维度是锐度、对比度、饱和度。本章先整理三个维度的理论基础(3.1–3.3),再记录锐度相关的工程实践(3.4–3.6)。

3.1 锐度(acutance)

在摄影领域,锐度用来表示图像边缘的对比度,更明确的定义是:锐度为亮度对于空间的导数幅度。由于人类视觉系统的特性,高锐度的图像看起来更加清晰,但锐度的增加并没有提高真正的分辨率来源

\[A=(D_1 - D_2) \frac{1}{N} \sum^N_{n=1}G_n^2\]

其中 A 为锐度,\(D_1\)\(D_2\) 分别为图像 S 型区域的最大和最小"密度",G 为 S 型区域中某一点的斜率。

专业模式_锐度定义

感知清晰度(sharpness)是分辨率(resolution)和锐度(acutance)的组合:分辨率在拍照过程中无法改变,而锐度可以通过算法改变。较有名的锐化算法有 USM(unsharp mask)。

专业模式_清晰度构成

提高锐度一方面能使视觉效果变得清晰,但可能使画面不真实,并突出与主题无关的事物来源

专业模式_锐度利弊

3.2 对比度(contrast)

摄影中的对比度概念主要出现在取景和后期调色,这里主要关注后者来源

专业模式_对比度概念

对比度增强的方法可分成两类:直接对比度增强与间接对比度增强。直方图拉伸和直方图均衡化是两种最常见的间接对比度增强方法(直方图均衡化公式详见 图像处理):

  • 直方图拉伸:通过对比度拉伸对直方图进行调整,"扩大"前景和背景灰度的差别以达到增强对比度的目的,可用线性或非线性方法实现来源
  • 直方图均衡化:通过累积函数对灰度值进行"调整"以实现对比度的增强。

早期 Photoshop 调整对比度的公式为来源

\[ RGB_{new} = \begin{cases} RGB +(RGB-T) \bullet (\frac{1}{1-\frac{C}{255}}-1) & C>0 \\ RGB+(RGB-T) \bullet \frac{C}{255} & C<0 \end{cases}\]

其中 C 为对比度,T 为阈值(T 值可能是色调均值)。亮度的提升就是直接增大 RGB 值。当亮度、对比度同时调整时:对比度大于 0,先调整亮度再调整对比度;对比度小于 0,则相反,先调整对比度再调整亮度。

专业模式_对比度公式

数字图像处理领域中经常见到"自适应",即根据图像的局部性质进行处理,相应算法有 AHE(自适应直方图均衡化)来源、局部自适应对比度调整来源等。因此需要修改算法库才能实现对比度的调整。

3.3 饱和度

饱和度又名色度、彩度,直观而言就是色彩的鲜艳程度。从白色、黑色以及白黑之间的所有灰色,其饱和度都为 0;饱和度越高说明包含某种颜色的成分越大。可以理解成某一个纯色掺和了一些灰色或黑色或白色:灰色中包含 RGB 三种成分,导致原本 RGB 纯色 100% 的占比开始下降,根据加入灰色的量,另外两种颜色成分增加,原本纯色的饱和度进一步下降来源

调整饱和度的常见做法:

  • 最简单的方式:判断每个像素的 R、G、B 值是否大于 128,大于则加上调整值,小于则减去调整值。
  • 将像素 RGB 转换为 HSV 或 HSL,调整其中 S 分量,实现线性调整图像饱和度。
  • Photoshop 的色相/饱和度调整是转换为 HSL 颜色模式进行的,但饱和度的增减调节是独立于 HSL 模式之外的算法,调整范围大、效果也好来源

3.4 场景化锐度

AI 场景识别会针对文档、建筑、车这三种场景适当增加锐度效果(部分平台直接档位 +1)。

3.5 RAW 模式与锐度

RAW 模式下拍照,ISP 处理较少,故通常无锐度调节效果,但预览仍生效(详见 图片格式)。对焦效果对锐度影响很大,由于超广角(UW)是定焦镜头,在 10cm 左右会发现无明显锐度提升。

由于预览和拍照的像素量不同,算法处理后的效果有差异是正常的,目前仅能通过人工调参补偿,让两者尽量相似。

3.6 锐度档位与参数维度

锐度档位调节基于基础参数做倍率调整。EE(边缘增强)参数通常按 ISO 段 / 是否有人像 / Feature 类型(预览、MFNR、AINR、LPNR)/ Sensor 类型区分,组合数庞大(约 240 种排列)。

  • 低档位:效果不明显,直接用中档位(默认)参数简化即可。
  • 高档位:效果明显,预览与拍照参数不一致的问题会被放大。若像中档那样为每种情形都提供参数,需要上百组。因此高档位剔除人像与 ISO 段两个维度,只在 Feature 与 Sensor 两个维度上提供参数(约 12 组)。这的确会增大特定场景的噪点,但整体可控,必要时可对特定场景进一步优化。

锐度效果主要看文本,分别在 30cm(手机支架高度)和 10cm 处验证,综合选取参数;广角主要看 30cm。

四、曝光反馈

曝光反馈(斑马纹/峰值对焦)用于标识预览区域中相比其它区域明显更亮或更暗的区域——注意它标识的是"相对更亮/更暗"而非"过曝",且不保证预览一定有反馈效果,是否出现主要与 tuning 调教相关。目前算法各机型统一。

4.1 渲染原理

曝光反馈在 APP 侧通过 GLES 渲染:当亮度高于过曝阈值(约 0.99)或低于欠曝阈值(约 0.01)时进行标记。渲染次序由渲染组控制,曝光反馈优先级较高——如拍照滤镜与曝光反馈同时开启时,曝光反馈会先生效,保证其效果统一。

4.2 与 LTM、视频滤镜的关系

  • LTM(局部色调映射) 解决局部过曝(如未开 LTM 时拍灯,灯周围会有明显白色光晕),但 LTM 会影响曝光反馈效果,导致中间出现断裂。曝光反馈的"不全"现象反映的是 LTM 还原后的结果;要让曝光反馈完整出现,必须牺牲 LTM 的还原能力,影响主观观感,需权衡取舍。
  • 视频滤镜在底层实现(三方视频滤镜库),亮度在返回 APP 前就已变化,故曝光反馈不一定生效;目前仅部分滤镜(如人像留色等)能使曝光反馈生效。

五、长曝光与预览一致性

专业拍照固定快门、ISO 调到 6400 时,可能出现预览与照片不符:

  • s >= 1/8 时:为保证预览流畅性,预览流的曝光时长最大为 1/8,只能用比拍照大的 ISO 值来估计拍照效果,故预览与拍照不一致是符合预期的。
  • s < 1/8 时:应在任意情形验证一致性。

六、延时摄影

延时摄影(缩时摄影)使用正常录像模式录制视频,在编码时告知该视频是延时摄影、以指定速率(一般 1s 播放一两帧)播放,由解码库解码后在较短时间内播放完原本较长的视频。入口一般为:拍照 → 更多 → 延时摄影 → 右侧按钮进入专业延时摄影。

七、专业录像

专业录像模式使用率较低,用户评价多受主观因素影响,部分细节体验、画质与对焦问题待优化。

7.1 录像帧率与快门

录像使用固定帧率。当目标帧率为 60fps、快门调节区间为 [1/60, 1/30] 时,实际帧率可能并非 60,而是落在 60 至 30 之间的某个值。aeTargetFpsRange 这个 tag 中的两个值代表最小帧率与最大帧率。在预览图可及时生成的条件下,由 APP 创建的独立 plane 控制预览 FPS。

由于帧率 60fps 时一帧仅约 16.6ms,快门最多只能用到约 10ms。

7.2 Log 模式

Log 模式提亮暗部、压制高光,平衡亮光与暗光的细节处理,主要面向专业摄影人员,一般通过调整 gamma 曲线实现 来源

Log 模式与普通录像在软件流程上没有区别,区别仅在于走特定的 tuning scenario 参数——区分好模式、走相应的 scenario 参数即可(主要是 tuning 工作)。Log 模式通过一个 meta 标记位标识开启。

八、与相关模块的关系

8.1 闪光灯

手动调节的快门较低时,闪光灯本可使用,但产品策略统一禁用,主要原因是闪光触发逻辑复杂。此外手动调节 ISO 时不能同时调节闪光灯。

8.2 ZSL

专业模式不走 ZSL。ZSL 在 config 阶段设置,而调节 3A 等参数时并不重新 config,这意味着需要不断清空 ZSL buffer;且专业模式场景本身较复杂(如快门 > 1/8 时预览与拍照不一致),故目前未启用 ZSL。AINR 也不走 ZSL,remosaic 会重新 config 且不走 ZSL。

8.3 SR(超分)

普通拍照在 zoom > 2.0x 时运行 SR(三方算法,此时相关 ISP 模块关闭,预览不受影响)。专业模式的 SR 算法与照片风格冲突,故专业模式不使用 SR。

九、参数下发流程的考量

config 阶段无法获取 APP 设置的参数,为避免各种切换闪烁问题,底层逻辑变得复杂。

十、视频基础

H.265比H2.64 占用的存储空间要少理论50%。如果存储空间一样大,那么意味着,在一样的码率下H.265会比H.264 画质要高一些理论值是30%~40%。 影视飓风的“揭露各平台压缩视频画质”为何全网下架? - 知乎

编码处理方向:

  1. 空间冗余:图像相邻像素之间有较强的相关性
  2. 时间冗余:视频序列的相邻图像之间内容相似
  3. 编码冗余:不同像素值出现的概率不同
  4. 视觉冗余:人的视觉系统对某些细节不敏感
  5. 知识冗余:规律性的结构可由先验知识和背景知识得到

十一、参考