經(jīng)常在電影里看到這樣的橋段，一張顆粒感很強的圖像，其中的面容或者是車牌號都難以辨認，但是只需要輕觸屏幕或者輕敲幾個按鍵，就可以獲得清晰的局部放大圖，犯罪信息一覽無余，案件立刻獲得偵破。

　　然而在現(xiàn)實生活中，這種圖像無損放大和增強的技術(shù)還沒有得到實現(xiàn)。不過，科學(xué)家們卻從這樣的情節(jié)中尋找到了靈感。近年來，學(xué)術(shù)界出現(xiàn)了一個新的研究領(lǐng)域叫做“計算攝影學(xué)(computational photography)”。據(jù)該領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，斯坦福大學(xué)的馬克·勒沃伊(Marc Levoy)教授介紹說：“在很長一段時間里，相機制造商們都著眼于推出高像素高分辨率的相機。但是，隨著微軟的10億像素級相機的出現(xiàn)，‘像素戰(zhàn)’理應(yīng)告一段落。當(dāng)務(wù)之急，是尋找到新的研究熱點，創(chuàng)造出新的消費熱點。”

　　在計算攝影學(xué)中，研究人員結(jié)合相機的成像原理，結(jié)合光學(xué)的知識，設(shè)計出新型的高效的算法，力圖改變傳統(tǒng)相機對于場景的捕捉方式。目前，已出現(xiàn)并且得到認可的兩項研究成果，一個是發(fā)現(xiàn)站在墻角背后的埋伏者或是隱藏者，另一項是能夠通過罪犯眼睛中的反射圖像來辨認出受害者的身份。除此以外，還有一些力圖進軍消費市場的功能，著眼于家用數(shù)碼相機和智能手機上的應(yīng)用，比如可以讓攝影師以獨特的方式進入照片中。

　　此前，我們也介紹過幾款新型相機，比如可以先拍照后對焦的Lytro。還有，斯坦福大學(xué)最近研發(fā)出可自行編程的相機“Frankencamera”，意味著相機也在向開源的路線并進，為更多有想法的用戶提供了可自行定制的相機開放平臺。

　　數(shù)碼相機的出現(xiàn)，沖垮了膠片行業(yè)。智能手機的風(fēng)靡，又影響著數(shù)碼相機的地位。下一次的相機風(fēng)暴將以何種方式席卷而來呢?

　　1. 眼中世界，用照片重現(xiàn)眼中的場景

　　十年前，數(shù)碼相機是個稀罕物，市場上膠片照相機仍是主流，電子傳感器是“挑大梁”的部件。相機成像原理即為，鏡頭捕捉到三維場景中反射的光，真實將其記錄在膠片上，形成二維圖像。

　　但是，在數(shù)碼照相機中，“真實重現(xiàn)”這個詞語就不復(fù)存在了。數(shù)碼相機里都有一個小型計算機，對鏡頭搜集到的光學(xué)信號進行處理，包括濾波、轉(zhuǎn)換盒添加一些圖像處理的操作，最后處理結(jié)果放進存儲卡。對于專業(yè)攝影師而言，他們只能挑選相機，而不能改變相機內(nèi)部的操作。如果想要拍出與眾不同的照片，也只能在鏡頭上玩一些光學(xué)的小把戲，比如說通過鏡頭疊加，或者在鏡頭前加上蒙版，諸如此類。

　　所以，我們經(jīng)?？吹剑瑢I(yè)的攝影大哥玩設(shè)備，“非主流”的菜鳥玩家用PS。那么，這兩者能否結(jié)合起來呢?

　　哥倫比亞大學(xué)計算機視覺實驗室的負責(zé)人希瑞·納亞爾(Shree Nayar)教授他介紹說：“此前，圖像處理中的數(shù)學(xué)知識和物理成像中得光學(xué)知識均已應(yīng)用到了相機業(yè)界。下一步，這兩個研究領(lǐng)域的強強聯(lián)手一定是主流的研究方法。只要你同時考慮這兩個領(lǐng)域的知識，就能夠創(chuàng)造出新的其樂無窮的玩意兒。”

　　研究人員最近設(shè)計出一款相機，可以掃描拐角處。相繼發(fā)射出激光(紅線)，由門反射后撞擊到隱藏在拐角處的物體(藍線)。反射線(綠色)回饋給相機處理，得到肉眼盲區(qū)的拐角后的圖像。

　　早在2009年，麻省理工大學(xué)和加州大學(xué)就聯(lián)合開發(fā)出來的一款相機，可以拍攝到拐角后面的人像。它選用了安置了一臺鈦藍寶石激光脈沖器作為光源，以1秒100萬次的頻率放射出激光脈沖，再利用反射面使光傳播到藏匿物，再從藏匿物反射回相機鏡頭，即可捕捉到“看不到”的物體。

　　這項技術(shù)不僅可以看到拐角處的物體，還可以在狹窄區(qū)間內(nèi)獲得較寬的視野。從偵察角度考慮，可以用于團隊作戰(zhàn)的配合、掩護和救援，也可以形成“敵人在明我在暗”的優(yōu)勢。

　　該研究團隊的另一項研究成果叫做“眼中世界(world in an eye)”，它能夠通過照片中，單只眼球上映射出的圖像，來重建出眼睛主人周圍的場景。該項目的研發(fā)者納亞爾介紹說，這項技術(shù)充分利用了眼睛角膜的幾何模型，然后將角膜上類似“魚眼”成像的圖像模型轉(zhuǎn)換成周圍場景在角膜上的映射，從而進行重構(gòu)。同時，需要考慮的因素還包括，相機的傾斜角度和人物的眼球位置。

　　有了這項技術(shù)，在場景中，眼球關(guān)注的焦點就可以被找到。所以，這項技術(shù)的實現(xiàn)，對于眼球跟蹤的研究也是促進作用的。

　　通過一張眼睛的圖像，復(fù)原出眼睛的主人究竟看到了什么。這是哥倫比亞大學(xué)計算機視覺實驗室的研究成果。

2. 更先進的成像方式

　　作為非專業(yè)攝影人員，我們都希望相機能夠更貼心，以幫助我們拍出驚喜連連的牛掰照片。

　　準確對焦和虛焦，這或許是業(yè)余攝影者最希望實現(xiàn)的效果。所以，Lytro的出現(xiàn)可謂應(yīng)時而為，它可以為拍攝后的圖片重新定焦。

　　Lytro的原理就是在相機的鏡頭和感光元件之間，還有一組微鏡頭陣列，來記錄光場的信息，包括光強、顏色和方向等。傳統(tǒng)數(shù)碼相機捕捉到的光照信息都是記錄在整張照片上的，而Lytro的光場信息精確到了每一個像素點上。這樣，像素點之間的光場關(guān)系也被精確記錄，為重新定焦提供了可能。

具有重新定焦功能的Lytro相機拍攝的照片

　　隨著Lytro進入消費市場，很快就出現(xiàn)了相同技術(shù)在智能手機上應(yīng)用。Pelican是具有5×5微鏡頭陣列的智能手機，和Lytro功能完全相同，也可以對拍攝后的照片重定焦。

　　下一步光場相機的開發(fā)，可以進一步提升成像質(zhì)量。因為捕捉到了更精確的光場信息，所以可以在每次按下快門時迅速拍攝多張不同曝光值的照片，相機中得智能處理設(shè)備可以對于這些照片進行分析和融合，從而為用戶呈現(xiàn)出最佳的成像效果。其實這就是高動態(tài)范圍成像(high dynamic range imaging)的研究范疇。

　　同時，相機中還可以兼?zhèn)湟粋€緩存區(qū)，在鏡頭打開的狀態(tài)下，實時捕捉場景，將其暫時保存在緩存中。當(dāng)攝影師按下快門的時候，就可以同時獲得在該時間點前前后后的多張照片，再也不怕錯過精彩瞬間了。

　　一款叫做SynthCam的應(yīng)用，可以把實際景觀拍攝成模型的樣子。

　　3. 強強聯(lián)手，打造新型相機風(fēng)向標

　　勒沃伊說：“我的這些想法都是從計算機圖形學(xué)中得到的靈感，其實每個人都能夠駕輕就熟地掌握這些知識，并且獲得一些想法。但是產(chǎn)業(yè)界并非如此，存在很多‘潛規(guī)則’。在學(xué)術(shù)界，已經(jīng)有很多漂亮的研究成果，相機制造商們只可能在發(fā)現(xiàn)商機的時候，才會將其應(yīng)用在自己的產(chǎn)品中。”

　　所以，勒沃伊有一個更加宏偉的愿望，希望相機以后也可以像智能手機一樣，提供一個可開發(fā)應(yīng)用的平臺，這樣用戶就可以集思廣益，特別定制出屬于自己的一款相機了。

　　Frankencamera，正是為了這種想法，而設(shè)計出來的新一代相機。

　　勒沃伊的同事安德魯·亞當(dāng)斯(Andrew Adams)說：“我們前期想與一些相機制造商合作，但這是在是一種痛苦的經(jīng)歷。當(dāng)經(jīng)歷了足夠的拒絕和挫敗之后，我們決定研發(fā)自己的相機，提供編程功能。”

　　初期的Frankencamera是一個看起來略顯笨重的大黑盒子，其配件都與普通相機無異。但是遵從計算機科學(xué)的精神，這款相機基于Linux平臺，很容易自行移植和開發(fā)。此外，他們還在其中加了陀螺儀，在圖像拍攝的過程中用來檢測相機是否有抖動，以及抖動的軌跡，借此加以恢復(fù)，進一步增強了成像效果。

　　據(jù)悉，這款可定制相機的技術(shù)，獲得了諾基亞的青睞。目前，該研究團隊已為Nokia N900上的相機開發(fā)出很多應(yīng)用。亞當(dāng)斯介紹說：“我們做的第一件事，是替換掉N900的自動對焦的程序。我們公布這個任務(wù)不足一周的時間，就有了很多精彩的解決方案。”

　　亞當(dāng)斯說，研究團隊在2010年公開了代碼，所以任何人都可以為Nokia N900的照相功能添加各種有趣的應(yīng)用。像是全景拼接，高動態(tài)圖像處理，還有更自動更正的閃光功能——也就是說，對于同一場景，自動處理加閃光和不加閃光的效果。有了這些，Nokia N900將成為一款拍攝利器。

　　同時，F(xiàn)rankencamera還提供了“重新拍攝(rephotography)”的功能。這款相機可以分析出場景中的一些特征，比如說某些特征點特征元素，還有攝影師的拍攝角度。對于這些特征值進行分析和重新賦值，就可以對于老照片中相同的場景“重拍”出截然不同的照片。

　　隨著這款夠給力的相機出爐，手抖或者是曝光不足的擔(dān)心都會不復(fù)存在了。制造以假亂真的專業(yè)效果，即便只有一臺智能手機，也會成為手到擒來的事情。就像是智能手機系統(tǒng)一樣，一旦Frankencameras或者是類似的產(chǎn)品獲得了足夠多用戶的認可和使用之后，其創(chuàng)造潛能就會被極大地激發(fā)出來，但凡你能想到的，早就有程序員先一步為你做好了。

　　“計算，就是新的光學(xué)”，亞當(dāng)斯最后總結(jié)道。