當前中國智能手機市場已經進入高端領域的競爭時代，對于旗艦手機來說，產品的工業(yè)設計、屏幕、性能等要素已經高度規(guī)格化，并不容易作出真正的差異化。在此背景下，影像成為眾多手機廠商著力攻克、實現(xiàn)差異化的一個突破點。特別是近兩年，手機廠商們在發(fā)布新品時往往會重點突出產品的拍照、攝像能力。
而從消費者的角度來說，根據 2019 年的調查數(shù)據，消費者在選購智能手機時候，拍照也是他們關注的第一要素。由此可見，智能手機已經進入“影像為王”的時代，成為手機市場最重要的主題之一。
而單就智能手機的影像來說，也經歷了不同的發(fā)展時期，從早期的拼像素，到拼攝像頭數(shù)量，然后再到拼傳感器的尺寸，越來越高階。而眼下，智能手機影像領域最炙手可熱的話題，無疑非“計算攝影”莫屬。
計算攝影，照亮手機影像新方向
什么是計算攝影？簡單理解，其實就是將計算機軟件算法和現(xiàn)代傳感器、光學系統(tǒng)等技術融合在一起，從而形成新型的攝影設備。它突破了傳統(tǒng)數(shù)碼攝影的種種限制，讓算法在攝影中發(fā)揮核心作用，這其中，人工智能技術的應用是關鍵。
這里我們再回顧一下手機影像的工作流程：
光線首先透過鏡組和光圈來到 CMOS 圖像傳感器，CMOS 的作用是將光信號轉換為電信號，這時候的信號還是模擬信號，所以需要 ADC 模數(shù)轉換器將模擬電信號轉換為數(shù)字信號。
接著，數(shù)字信號會來到 ISP，ISP 的主要任務是通過一系列先進的數(shù)字信號圖像處理算法對傳輸過來的信號進行效果處理，例如壞點校正、去除噪點等等。
ISP 處理過信息后，再通過 IO 接口傳輸?shù)?CPU 中進行比較、存儲、分析等處理，最后通過顯示屏就可以看到圖像了。
可以看到，傳統(tǒng)手機影像的工作流程中，也是需要算法參與的，主要是在 ISP 及向后的數(shù)字信息處理的過程。而計算攝影，幾乎可以說成了由計算機算法成主導，參與的深度和復雜度是傳統(tǒng)攝影無法比擬的，
而且，計算攝影中，算法干預的步驟甚至可以達到圖像傳感器這一層級。而且，如今智能手機攝像頭的數(shù)量通常都要達到 3 個甚至 4 個，計算攝影的另一個重要使命或者工作，就是推動多攝像頭在拍攝時實現(xiàn)像素級的深度融合、協(xié)同，這背后，需要 AI 算法深入到傳感器、ISP 乃至 CPU、GPU 等運算模塊，共同完成算法對影像效果的把控。
而說到計算攝影，目前智能手機行業(yè)的領先者已經做了很多探索，包括谷歌、蘋果、華為等等。而在剛剛過去的驍龍技術峰會上，高通推出的全新一代驍龍 8 移動平臺，則在計算攝影方面強勢發(fā)力，將行業(yè)對計算攝影的探索又向前推進了一大步。
全新一代驍龍 8 移動平臺，影像與 AI 構建核心競爭力
作為全球最先進的移動平臺，驍龍是頂級 Android 體驗的代名詞，而全新一代驍龍 8 移動平臺則是 2022 年各大旗艦安卓智能手機的標配，同時也是在 AI、影像、性能、連接等各方面都全面升級的一代，其中就包括計算攝影方面的能力。
看了前面對于計算攝影的介紹，相信大家已經能夠想到，驍龍 8 的計算攝影能力，核心來源于強大的 ISP 和 AI 能力。
1、進階的 18-bit Qualcomm Spectra ISP
今年驍龍 8 搭載的是全新 Qualcomm Spectra ISP，它是高通首個支持 18-bit 的 ISP，也是首個支持 18-bit ISP 的智能手機 ISP。18-bit 技術超越了許多專業(yè)相機的配置，影響數(shù)據項相比之前提升達 4096 倍。
18-bit 為影像表現(xiàn)帶來的，不僅是色彩豐富度的大大提升，動態(tài)范圍也顯著提高。它能夠為畫面帶來額外 4 個比特動態(tài)范圍，將讓用戶能夠在圖像最暗和最亮的部分看到更多細節(jié)。
同時，Qualcomm Spectra ISP 的強大還體現(xiàn)在瘋狂的像素吞吐能力，它能夠每秒捕捉 32 億像素, 與前代相比速度提升 19%，為移動端最快。而且他還能夠用單個攝像頭以 30fps 捕獲 1.08 億像素的畫面，或者三顆攝像頭每顆分別以 30fps 捕獲 3600 萬像素的畫面，或者，按鍵一次在一秒內捕獲 240 張 1200 萬像素畫面。
尤其是在低光環(huán)境下，全新 18-bit Qualcomm Spectra ISP 還支持“超級多幀引擎”，能夠捕獲 30 張畫面，再將它們合成為一張照片。低光條件下拍攝的照片將具有超級銳麗度、超級豐富的色彩和超級的亮度。這一點對于計算攝影能力的提升非常有幫助。
而在視頻拍攝方面，18-bit ISP 將率先在智能手機上支持 8K HDR 視頻拍攝，同時 8K HDR 視頻還能以 HDR10 + 格式進行拍攝，并且與前代產品相比，在 HDR10 + 視頻拍攝使用場景下，功耗降低達 50%。
而且，18-bit ISP 的超大帶寬支持用同一圖像傳感器同時拍攝 8K 視頻（每幀 3300 萬像素）和拍攝 6400 萬像素的照片。
2、強大的第 7 代高通 AI 引擎
在 AI 方面，全新一代驍龍 8 移動平臺搭載了第 7 代高通 AI 引擎。
在第 7 代高通 AI 引擎上，高通著重提升了 Hexagon 處理器的性能，實現(xiàn)了性能翻倍的表現(xiàn)，同時對共享內存進行了翻倍。
具體而言，第 7 代高通 AI 引擎在廣泛的 AI 模型用例中的推理時間比前代 AI 引擎快 4 倍，同時 AI 能效比前代提升 1.7 倍，同時，AI 軟件性能也提升了 2 倍。
另外第 7 代高通 AI 引擎值得關注的就是它的傳感器中樞模塊，驍龍 8 中，高通在傳感器中樞里引入了全新低功耗 AI 子系統(tǒng)。該系統(tǒng)為多核架構，由專用 AI 處理器、DSP、外加自有內存組成，用于處理情境數(shù)據流，包括語音、音頻、傳感器和連接。在全新低功耗 AI 子系統(tǒng)的輔助下，傳感器中樞模塊的 AI 性能提升 75 %，功耗降低 50%。
還有就是，在第 7 代高通 AI 引擎中，高通還和谷歌合作，將神經網絡架構搜索（NAS）引入驍龍平臺。
NAS 研究可以將要使用的硬件以及其他設計參數(shù)以幫助工程師快速實現(xiàn)最優(yōu)設計，自動設計神經網絡模型。從根本上繪制硬件藍圖并利用 AI 充分發(fā)揮那些特性以產生最優(yōu)結果。
此外，它能夠考慮時延、網絡規(guī)模或精度等目標，將初始網絡作為起點并全面搜索優(yōu)化網絡以便在該硬件上針對性約束內運行得更快。
總之就是可以讓第 7 代高通 AI 引擎的強大 AI 算力能夠得到充分釋放。
3、CPU、GPU、傳感器……
我們知道，驍龍移動平臺的高通 AI 引擎并不是專門的 NPU 神經網絡芯片，而是通過協(xié)同 Hexagon 處理器、CPU、GPU 等運算模塊實現(xiàn)強大的 AI 能力。因此在驍龍 8 上，CPU、GPU 等模塊性能的提升，對于 AI 能力的升級也非常重要，進而自然也能為計算攝影帶來增益。
在驍龍 8 中，全新高通 Kryo CPU 基于最新的 ARMv9 架構，采用三星 4nm 制程工藝，核心架構包括 1 個 Cortex-X2 核心，最高主頻 3.0GHz ，1MB L2 緩存，3 個 Cortex-A710 核心，最高主頻 2.5GHz ，512K L2 緩存，4 個 Cortex-A510 核心，最高主頻 1.8GHz，6MB L3 緩存。
在這些特性的支持下，高通 Kryo CPU 的整體性能提升幅度為 20%，能效提升幅度為 30%。
至于全新的高通 Adreno GPU，也采用了新的架構，圖形渲染能力提升 30%，并且游戲時的能效提升 25%。
前面我們說過，計算攝影理念中，AI 算法的干預鏈路甚至可以上探到傳感器層面，而驍龍 8 也做到了這一點。正如高通在驍龍技術峰會上宣布的那樣，高通會與索尼傳感器合作，成立聯(lián)合實驗室推動移動影像發(fā)展，聯(lián)合實驗將為基于驍龍 8 開發(fā)的設備，來提供優(yōu)化，還將在這里進行高通和索尼對于最新影像技術的測試，甚至為驍龍 8 定制圖像傳感器。相信雙方的合作中，計算攝影一定是最重要的方向之一。
多種創(chuàng)新 AI + 影像用例坐陣，計算攝影能力可見一斑
計算攝影中，算法參與智能手機影像工作的幾乎整個流程，從前段的傳感器到后段的 CPU、GPU 等，每一個環(huán)節(jié)，驍龍 8 都實現(xiàn)了顯著提升。這是完成計算攝影創(chuàng)新應用的基本條件，就像完成一幅畫，這些是畫布、顏料、彩筆，有了這些，高通就能通過驍龍 8 更好地施展才華，將他們在計算攝影方面的創(chuàng)意描繪出來。
特別是借助全新 18-bit Qualcomm Spectra ISP 和第 7 代高通 AI 引擎的融合，驍龍 8 創(chuàng)造了很多 AI + 影像的用例，這些用例，都代表著平臺計算攝影能力上了一個新臺階。
比如利用 Qualcomm Spectra ISP 的超級多幀引擎，搭載驍龍 8 的設備在拍攝運動狀態(tài)物體時，能夠在每張照片中精準地追蹤每個像素細節(jié)。有了這個計算視覺能力，Qualcomm Spectra ISP 能夠助力終端拍出“光影流動”的效果。
在峰會的演示區(qū)，IT之家就看到了這個技術的演示。搭載驍龍 8 的參考設計手機拍攝下面這個場景，前面是靜止的木頭人，后面是不停轉動的霓虹摩天輪。在手機上按一下快門，就會快速捕捉很多幀，最終融合成一張木頭人清晰、但后面霓虹風車的燈光模糊成圓形運動軌跡的照片。一張藝術照輕松拍成。
還有，全新 Qualcomm Spectra ISP 融入 AI 能力后，還可以進行更強大的人臉識別，哪怕在全景照片中人物面部非常小，現(xiàn)在也能準確識別。
而且在進行人臉識別時，驍龍 8 現(xiàn)在可以檢測到 300 個特征點，而且神經網絡還針對更多的人臉特征進行訓練，包括眉毛、嘴唇、下頜線等，因此 Qualcomm Spectra ISP 可以檢測拍攝對象的表情，從而更準確地理解情緒。
和人臉識別相關的還有一個應用，就是高通與虹軟合作實現(xiàn)的 AI 影像，在視頻拍攝狀態(tài)下，能夠同時進行人臉識別、手勢識別和背景虛化，這三者分開，每一個用例都需要足夠的 AI 算力支撐，現(xiàn)在同時進行，其創(chuàng)新力和難度可想而知。
IT之家在現(xiàn)場也做了體驗，人物一進入畫面，視頻很快就會完成背景的虛化，同時嘗試搖頭晃腦做手勢，各種效果也能很快跟著改變。
還有就是，利用三個 ISP 中的兩個 ISP ，搭載驍龍 8 的終端將可以拍攝類似全景圖像的畫面，按一次快門便可獲得無畸變且達到極寬的 140 度視場的照片，再也不用移動手機分幾次拍攝了。
IT之家在峰會演示現(xiàn)場還看到了一個應用，就是利用驍龍 8 強大的計算攝影能力，同時調用智能手機的三枚攝像頭進行視頻拍攝，而且最高可以支持 3 個 6400 萬像素以 30fps 的方式同時工作，非常驚人。
更重要的是，三個攝像頭不僅是同時工作，更能彼此交流數(shù)據，例如廣角鏡頭可從長焦鏡頭中獲取更多的細節(jié)，長焦還能通過超廣角鏡頭得到更好的白平衡效果，三枚攝像頭彼此深度融合，正是我們前面說的當前計算攝影的重要應用場景。
最后值得一提的是，在峰會上高通還宣布了在 AI 層面和徠卡的合作：未來驍龍移動平臺將支持由高通 AI 引擎賦能的徠卡 Leitz 風格（Leica Leitz Look），后續(xù)還會有更多基于其他傳統(tǒng)徠卡鏡頭的風格加入進來。
結語
總體來說，全新一代驍龍 8 移動平臺憑借全面提升的影像和 AI 能力，在計算攝影方面實現(xiàn)了諸多創(chuàng)新性的應用，并且，上面IT之家展示的還只是高通給出的基本用例，隨著終端手機廠商在應用層面的發(fā)力，必然會誕生更多的計算攝影功能和用途，在讓消費者獲得專業(yè)級影像能力的同時，沒推動計算攝影領域的前進和發(fā)展。
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