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zhichishishideduihuafanyidegongnengjishidejinxinglianggeyuzhongdeyuyanhuyi；jianchixialaijiuyoujihui，helixingrenwutiaozhan，zhixingtebiedejihua;zheshiyigefeichangyouqudetiyan，henduoditudounengdaigeinicijidetiaozhan；rangninjininhaizidexuexizongxiangsuishisuidi、pinzhizhuoyuedezhuanshufuwu。weizhangdaibanzhuanyedexianxiachewufuwutuandui，bangninmianqujiaojingduipaiduideshijian。從(cong)硬(ying)件(jian)提(ti)升(sheng)到(dao)軟(ruan)硬協(xie)同(tong)，从華(hua)為(wei)P40 Pro+看(kan)手(shou)機(ji)影(ying)像(xiang)的(de)系(xi)統(tong)進(jin)化(hua)

智(zhi)能(neng)手机十(shi)多(duo)年(nian)的發(fa)展(zhan)，手机影像系统发生(sheng)了(le)重(zhong)大(da)的變(bian)化，壹(yi)個(ge)手机攝(she)影的新(xin)時(shi)代(dai)即(ji)將(jiang)來(lai)臨(lin)，手机摄影正(zheng)在(zai)沿(yan)著(zhe)一條(tiao)與(yu)傳(chuan)统單(dan)反(fan)完(wan)全(quan)不(bu)同的新路(lu)徑(jing)进化到了一个技(ji)術(shu)变革(ge)的临界(jie)點(dian)上(shang)。

6月(yue)6日(ri)，华为P40 Pro+正式(shi)上市(shi)，這(zhe)款(kuan)無(wu)論(lun)从影像系统的硬件規(gui)格(ge)，還(hai)是(shi)AI深(shen)度(du)學(xue)習(xi)的算(suan)法(fa)平(ping)臺(tai)，直(zhi)至(zhi)到高(gao)質(zhi)量(liang)的照(zhao)片(pian)輸(shu)出(chu)来看，这都(dou)是一款具(ju)備(bei)劃(hua)时代的產(chan)品(pin)。

一、手机拍(pai)照的演(yan)进，从可(ke)用(yong)到逼(bi)近(jin)專(zhuan)業(ye)

智能手机这十多年来的发展，在處(chu)理(li)性(xing)能和(he)系统平台不斷(duan)提升的同时，手机拍照也(ye)从原(yuan)来的附(fu)屬(shu)功(gong)能逐(zhu)步(bu)发展成(cheng)为手机的主(zhu)要(yao)功能，在这个演进過(guo)程(cheng)中(zhong)，手机拍照性能的不断提升，不僅(jin)絞(jiao)殺(sha)了便(bian)捷(jie)式數(shu)碼(ma)相(xiang)机行(xing)业，而(er)且(qie)近幾(ji)年的发展，也正在給(gei)单反相机不断制(zhi)造(zao)麻(ma)煩(fan)。

受(shou)手机體(ti)積(ji)和成像模(mo)組(zu)技术的限(xian)制，手机拍照不能像单反相机一樣(yang)通(tong)过提升CMOS面(mian)积和提升光(guang)学鏡(jing)頭(tou)来提升照片质量，为了提升手机的拍照性能，手机产业不断突(tu)破(po)空(kong)間(jian)的限制，手机廠(chang)商(shang)通过不同焦(jiao)段(duan)多镜头组合(he)来提升手机拍照的樂(le)趣(qu)和提升便捷性，同时谷(gu)歌(ge)和蘋(ping)果(guo)最(zui)早(zao)通过软件手段和AI算法的介(jie)入(ru)，来降(jiang)低(di)畫(hua)面的噪(zao)点和提升照片的清(qing)晰(xi)度。

原則(ze)上講(jiang)，谷歌和苹果開(kai)創(chuang)的这種(zhong)通过算法提升照片质量的技术路径，与传统的单反相机的技术路線(xian)完全不同，这是一种全新的技术路线。

隨(sui)後(hou)，华为自(zi)P9开始(shi)延(yan)續(xu)了谷歌和苹果在手机拍照方(fang)向(xiang)的技术路线，並(bing)通过更(geng)为深入的技术探(tan)索(suo)，从硬件和深度学习兩(liang)个方向持(chi)续突破，使(shi)手机影像的画面质量和拍摄的便捷性、趣味(wei)性不断提升，而最新上市的P40 Pro+不仅在硬件素(su)质上達(da)到了空前(qian)的高度，而且通过深度学习算法的不断进步，讓(rang)算法成为手机影像更为重要的技术影響(xiang)因(yin)素，给計(ji)算摄影帶(dai)来了革命(ming)性的进展。

二(er)、华为P40 Pro+如(ru)何(he)将10倍(bei)光学变焦系统裝(zhuang)入6mm的空间？

今(jin)年3月份(fen)发布(bu)的华为P40系列(lie)手机，以(yi)5倍的光学变焦和超(chao)清画质给用戶(hu)带来了非(fei)常(chang)便捷的拍摄体驗(yan)和更加(jia)清晰、色(se)彩(cai)準(zhun)確(que)的画质。而最新上市的P40 Pro+则以10倍的光学变焦让手机摄影达到了空前的技术高度。

华为P40 Pro+搭(da)載(zai)了一枚(mei)5000萬(wan)像素的超感(gan)知(zhi)摄像头、一枚4000万像素的電(dian)影摄像头、一枚3D深感摄像头，一枚3倍光学变焦摄像头和一枚10倍光学变焦摄像头（長(chang)焦端(duan)等(deng)效(xiao)於(yu)35mm系统的240mm焦距(ju)），三(san)枚摄影镜头的组合，實(shi)際(ji)上覆(fu)蓋(gai)了18mm到240mm的寬(kuan)廣(guang)的焦段範(fan)圍(wei)，足(zu)以應(ying)付(fu)从微(wei)距到人(ren)文(wen)、人像到长焦的使用環(huan)境(jing)。前置(zhi)摄像头华为P40 Pro+和华为P40 Pro一样，采(cai)用的是3200万像素（f/2.2光圈(quan)）主摄，搭配(pei)了一枚景(jing)深摄像头，不仅提高了前置人像拍摄的趣味，也對(dui)人臉(lian)識(shi)別(bie)的准确率(lv)有(you)幫(bang)助(zhu)。

华为P40 Pro+的硬件提升，不仅在于提供(gong)了10光学变焦的拍摄，更大的挑(tiao)戰(zhan)在于，在240mm的长焦拍摄时，如何实現(xian)精(jing)确的对焦和防(fang)抖(dou)。

为了实现这一功能，在P40 Pro+的10倍变焦系统中，华为設(she)计出了由(you)反射(she)面、光学镜头组件、光线調(tiao)整(zheng)组件、驅(qu)動(dong)组件、圖(tu)像传感器(qi)组成的影像系统，通过5部(bu)分(fen)组件功能协同，实现了10倍变焦下(xia)的精准对焦和拍摄。極(ji)其(qi)復(fu)雜(za)的光路设计从構(gou)想(xiang)变为现实，对模组的组装精度提出前所(suo)未(wei)有的挑战。为此(ci)，P40 Pro+引(yin)入多重AA制程主动校(xiao)准技术、納(na)米(mi)級(ji)镜面平整工(gong)藝(yi)，最終(zhong)才(cai)能在精巧(qiao)結(jie)构中实现光学奇(qi)跡(ji)。

P40 Pro+在手机体积上和普(pu)通手机并无二致(zhi)，要在拍照镜头上实现10倍的光学变焦，潛(qian)望(wang)式结构就(jiu)是唯(wei)一结构。事(shi)实上要实现10倍光学变焦，焦点到CMOS成像模组的物(wu)理距離(li)要比(bi)5倍光学变焦要多出178%，普通的一次(ci)性光线折(zhe)返(fan)很(hen)難(nan)达到光路的长度。这次华为在P40 Pro+上，采用了高精度的光线5次折返结构，通过類(lei)似(si)"几"次型(xing)光路，通过光线的5次折返，达到了240mm镜头需(xu)要的焦点到成像模组之(zhi)间的光程，这个结构非常巧妙(miao)，但(dan)也极大地(di)增(zeng)加了机械(xie)装配难度。

同时因为光线經(jing)过了5次折返，使得(de)第(di)一塊(kuai)折光反射板(ban)不仅可以具有折光的作(zuo)用，也能通过雙(shuang)軸(zhou)運(yun)动实现防抖功能，这极大地提高了在240mm拍摄时的成片率。这套(tao)对焦机构采用了滑(hua)槽(cao)式承(cheng)载方式，搭配极強(qiang)的磁(ci)力(li)与杠(gang)桿(gan)原理，精巧地平衡(heng)了前端的反射镜負(fu)载，并采用優(you)異(yi)的潤(run)滑材(cai)料(liao)，使馬(ma)达高穩(wen)定(ding)、高精度的移(yi)动反射镜，实现自动对焦功能。

除(chu)了獨(du)特(te)的设计与功能之外(wai)，这顆(ke)对焦马达还具备超长壽(shou)命的特点。據(ju)华为介紹(shao)一般(ban)马达寿命測(ce)試(shi)多半(ban)到几十万次，而这颗特殊(shu)对焦马达的寿命测试高达数百(bai)万次，并支(zhi)持在几十度的异常高溫(wen)环境和零(ling)下二十多度的超低温环境工作。

在实际使用中，如果在不考(kao)慮(lv)画面质量的情(qing)況(kuang)下，华为P40 Pro+在240mm的成片率遠(yuan)高于单反在200mm镜头上的成片率，因为抖动而造成的画面模糊(hu)的情况只(zhi)要稍(shao)加註(zhu)意(yi)即可避(bi)免(mian)。

在P40 Pro+的10倍光学变焦摄像头模组的极为复杂和精确的结构中，要实现10倍变焦的放(fang)大作用，极小(xiao)的抖动就會(hui)产生极大的图像模糊，为了提高马达控(kong)制精度，P40 Pro+采用三彈(dan)片弹性系数配比设计，把(ba)旋(xuan)轉(zhuan)中心(xin)擡(tai)升，減(jian)小不同姿(zi)態(tai)下重力对磁場(chang)位(wei)置传感器（簡(jian)稱(cheng)霍(huo)爾(er)器件）信(xin)號(hao)的影响，并選(xuan)取(qu)业內(nei)靈(ling)敏(min)度最高的霍尔器件，把信号檢(jian)测灵敏度提升到常规的三倍，并通过两个霍尔器件的差(cha)分运算作为位置检测输入，有效削(xue)减了噪聲(sheng)，保(bao)證(zheng)了防抖性能。

P40 Pro+的这套复杂的光学机械结构解(jie)決(jue)了在240mm焦段拍摄时抖动和对焦的准确性要求(qiu)，使得手机摄影的10倍变焦具备了可用性，从实际样張(zhang)可以看出，在10倍光学变焦的情况下，画面的反差、色彩和銳(rui)度都达到了可用的水(shui)平，在行业手机拍照頂(ding)级水准。

較(jiao)长的光程和折反结构在一定程度上会造成光线的衰(shuai)减，在P40 Pro+上，为了提高镜片的通透(tou)性，第一次在手机镜头上加入了玻(bo)璃(li)镜片，形(xing)成了玻璃樹(shu)脂(zhi)混(hun)合结构，这对提高图像质量带来了比较大的益(yi)处。

除了10倍的光学变焦镜头外，P40 Pro+的3倍光学变焦，等效于单反的85mm焦段，这是人像拍摄的最主要的焦段，用独立(li)的一只镜头负責(ze)人像拍摄，不仅实现了从18mm到240mm变焦的平滑过渡(du)，而且通过算法介入，提高了画面质量。

就P40 Pro+摄像模组整体而言(yan)，在硬件性能配置上达到了目(mu)前业界的顶级水平，这为画质的提升提供了高质量信息(xi)输入，同时通过复杂而精确的光学和机械结构，实现了从18mm到240mm焦段的全覆盖，为手机拍摄提供了更广闊(kuo)的应用场景。

三、手机影像的革命性时代来临

手机拍照技术经过十多年的发展，从硬件方面的提升已(yi)经見(jian)底(di)，无论是从CMOS的面积提升还是从摄像头的数量增加，受手机体积的限制和CMOS技术的限制，即使将CMOS像素提升到1億(yi)，也并不能对手机影像画质带来明(ming)顯(xian)的改(gai)善(shan)。

手机影像需要走(zou)一条完全不同于传统单反提升画质的道(dao)路。

正像我(wo)前面所說(shuo)，计算摄影是一条完全不同于传统摄影依(yi)靠(kao)硬件来提升画质的路线，通过传感器的信号输入，再(zai)通过深度学习的算法，重新将画面信息做(zuo)处理，最后输出一张让用户滿(man)意更接(jie)近到真(zhen)实场景的照片，这是適(shi)合手机摄影的发展道路。这一理论通俗(su)地来讲，将传统单反拍照的后期(qi)处理，直接通过算法加入到拍照环節(jie)，让用户直接得到更加完美(mei)的照片。

透过华为P40 Pro+，我們(men)看到了计算摄影的價(jia)值(zhi)和更为广阔的发展空间。

當(dang)然(ran)，在手机拍照加入AI以提升画质并不是什(shen)麽(me)新鮮(xian)的技术，但之前的AI算法，更多的体现在遵(zun)循(xun)传统拍照方式后画面修(xiu)正，但在华为P40系列的拍照理念(nian)上，我们看到了完全不一样的技术路线，这是将算法作为了手机摄影的核(he)心，而将多镜头作为了不同的信息源(yuan)处理。

这就是华为此次推(tui)出的XD Fusion的核心邏(luo)輯(ji)。

事实上，华为在计算摄影領(ling)域(yu)耕(geng)耘(yun)多年，XD Fusion的推出，正是基(ji)于计算摄影的理论体系，重新对手机拍照进行了革命性的变革。

那(na)么深度学习对手机影像的影响有多大？这在很大程度上接近于一門(men)玄(xuan)学，很难简单的解釋(shi)明白(bai)。正好(hao)华为在P40 Pro+上提供了RAW格式输出，我们可以通过对比RAW格式文件与最后输出文件来对比深度学习算法对手机影像的影响。

第一张为原码文件，第二张为同时拍摄的未开AI功能的jpg文件，无论从色彩、白平衡还是放大后的細(xi)节看，RAW格式未经处理的手机照片，基本(ben)属于不可用狀(zhuang)态，特别是放大后细节中的噪点非常多。而由XD Fusion输出的照片，无论从锐度、色彩还原度、细节描(miao)寫(xie)、噪点抑(yi)制等方面看，都是一张上佳(jia)的照片。如果我们可以把RAW格式输出文件看成传统单反的技术路线，而第二张就是计算摄影的技术结果。

在华为XD Fusion系统中，我们大致可以将其分为三个階(jie)段，第一是多镜头的信号输入，第二阶段是计算机視(shi)覺(jiao)的語(yu)義(yi)识别，而第三个阶段将是基于神(shen)经網(wang)絡(luo)单元(yuan)的深度学习。

在一般的手机拍照中，摄像头的拍照，基本上就是画面的起(qi)点也是终点，但在华为XD Fusion系统中，摄像头的拍照，只是一个画面输出的起点。在P40 Pro之前的华为系统中，雖(sui)然加入了TOF深度感知摄像头可以輔(fu)助提升成像质量，但各(ge)镜头之间是相互(hu)独立完成不同焦段的拍摄，这也是行业通行的技术方式。而这次XD Fusion，不仅实现了让TOF镜头參(can)与到了其它(ta)三只摄像头的成像之中，更重要的是让四(si)枚摄像头同时工作，并根(gen)据不同镜头的成像特征(zheng)，形成了多信号输出的图像输入单元，在这点上，华为在计算摄影上，远比谷歌、苹果的系统更为徹(che)底，并向计算摄影方向发展方向邁(mai)出了革命性的一步。

多信号源的协同，为后面计算机视觉识别和语义分析(xi)提供了更多的计算維(wei)度，也为最终照片输出更能准确还原提供了参考標(biao)准。

有了多镜头不同维度的信号输入之后，XD Fusion系统的计算机视觉单元开始进行不同画面的语义识别，并通过设定标准进行不同场景的识别和主要特征的识别，比如说背(bei)景中的草(cao)原、藍(lan)天(tian)、树林(lin)，以及(ji)拍照主体的人物、动物或(huo)靜(jing)物花(hua)卉(hui)，并重新结构化背景信息、主体及主体形勢(shi)等一系列画面要素。

经过重新结构化的画面信息，在神经网络处理单元会重新组合，并根据已经经过大量数据訓(xun)練(lian)过的算法模型进行进一步的画面优化处理，不同画面构成的歸(gui)一化处理，包(bao)括(kuo)准确的白平衡、锐度、色彩飽(bao)和度、以及局(ju)部（比如脸部）的个性化特征处理。这是一种像素级的基于深度学习的处理，画面质量与输入的信号有了天壤(rang)之别。

要完成这一流(liu)程的数据输出、分析及处理，算法模型是核心，但要在拍摄的一瞬(shun)间输出结果，算力也就成为了影响效率的關(guan)鍵(jian)。得益于麒(qi)麟(lin)990芯(xin)片独立的NPU单元的超强计算能力，让XD Fusion复杂的计算体系达到了与普通手机一样快(kuai)的拍照效率。

XD Fusion的出现，不仅让手机多摄像头发揮(hui)出了极大的效能，而且通过画面信息的重新结构和像素化的处理，让手机拍照真正变成了计算摄影。

从产业发展来看，手机作为个人手持计算终端，体积不可能再大，在目前6英(ying)寸(cun)左(zuo)右(you)的屏(ping)幕(mu)和8mm左右的厚(hou)度中，純(chun)粹(cui)的堆(dui)料在手机摄影方面并不能真正提高画质，手机摄影需要从技术体系解决在有限的空间裏(li)如何最大可能的发挥硬件性能的技术方案(an)。

像单反一样提高硬件规格来提升画质的路径已经走到了盡(jin)头，而计算摄影则是一条有效改变手机拍照功能必(bi)然之路。

华为P40 Pro+就是开创了一个计算摄影新时代到来的一款里程碑(bei)式的产品。

这是一种在原有计算摄影基礎(chu)上创新的全新技术路线，也是充(chong)分利(li)用现有的光学技术，最大可能地发挥在手机上实现最佳画质和便捷性的一种全新的技术路线。

这种技术路线的变革，带来了什么样的拍照体验？可以从样张中表(biao)现出来。

广角(jiao)效果

10光学变焦下240mm端效果

大光比场景中的表现。天空的细节基本上得到了保留(liu)，暗(an)部过渡仍(reng)然可见。

暗光环境中，噪点控制非常出色

静物，高饱和度场景中，色彩并沒(mei)有溢(yi)出

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