目前，出現(xiàn)在新一代智慧型手機(jī)上的3D感應(yīng)器，只是機(jī)器學(xué)習(xí)所引發(fā)的攝影技術(shù)浪潮的冰山一角，該類技術(shù)將不僅僅修正智慧型手機(jī)照片的缺點(diǎn)，還將為攝影帶來一些令人驚嘆的新元素。

攝影在智慧型手機(jī)時代已經(jīng)發(fā)生了改變，不僅拍攝姿勢不同(比如自拍)，手機(jī)鏡頭捕捉光線的整個過程也變得完全不一樣了。鏡頭不再只是一個透鏡和感應(yīng)器，它們還整合了一組演算法，這些演算法可以立即處理圖像，瞬間就能獲得PC軟體耗費(fèi)數(shù)小時才能實現(xiàn)的照片效果，攝影已然成為運(yùn)算領(lǐng)域的一門學(xué)問。

人工智慧機(jī)器學(xué)習(xí)形式持續(xù)不斷的進(jìn)步將會帶來更多的功能，讓今天的智慧型手機(jī)照片變得過時。

外媒認(rèn)為，體現(xiàn)當(dāng)今手機(jī)的尖端攝影技術(shù)的最新例子包括：Alphabet子公司Goolge的Pixel 3智慧型手機(jī)照片，以及Apple iPhone X的照片。在Pixel 3上，Goolge使用機(jī)器學(xué)習(xí)在低光照條件下捕捉更多的細(xì)節(jié)，使得夜景看起來像白天。這些根本不是自然界中曾經(jīng)存在過的鏡頭，它們完全是超解析度的圖片。

從2017年推出iPhone X開始，Apple公司添加了「bokeh」，巧妙地模糊了焦點(diǎn)之外的元素，這并不是像傳統(tǒng)攝影那樣透過鏡頭本身的某些方面來實現(xiàn)的，而是透過在捕捉到圖像后對像素進(jìn)行運(yùn)算調(diào)整來實現(xiàn)的。

我們預(yù)測，2019年和2020年的突破性發(fā)展很有可能是透過操控圖像的視角來改善，希望這能修正智慧型手機(jī)攝影中固有的失真問題，這些失真使得智慧型手機(jī)在數(shù)位單眼(DSLR)相機(jī)照片面前相形見絀。

事實上，它們可以達(dá)到類似于「移軸」相機(jī)的效果。在移軸相機(jī)中，鏡頭所成的角度可彌補(bǔ)一個人站在相機(jī)前的角度，進(jìn)而修正由于個人與場景之間的角度造成的圖像失真。單眼相機(jī)使用者可以在由不同的供應(yīng)商提供的各種可拆卸鏡頭中實現(xiàn)移軸功能。

一般的手機(jī)鏡頭都有一個非常小的透鏡鏡筒，因此它所捕捉到的一切東西都是扭曲的。在現(xiàn)實世界中，沒有什麼形狀是恰到好處的。大多數(shù)人可能不會注意到，又或者可能不會在意，因為他們已經(jīng)習(xí)慣了Instagram上的自拍。但如果能改善這些畸變就更好了。這一點(diǎn)能做到的話，那麼它將會是來自Goolge、Apple 等公司的下一輪智慧型手機(jī)主推的一個賣點(diǎn)。

iPhone和其它品牌的手機(jī)將越來越多地搭載帶有3D感應(yīng)器的后鏡頭。這些感應(yīng)器由Lumentum Holdings和其他的晶片供應(yīng)商等公司製造，透過發(fā)出光束并計算它們在物體反彈后如何返回手機(jī)，來測量手機(jī)周圍環(huán)境的深度。「飛行時間」等技術(shù)可以讓手機(jī)詳細(xì)測量周圍環(huán)境的3D結(jié)構(gòu)。

那些感應(yīng)器可以利用的是，近年來為瞭解2D圖像和現(xiàn)實世界之間的關(guān)係而進(jìn)行的大量統(tǒng)計工作。

人們做了大量的統(tǒng)計工作來實現(xiàn)移軸鏡頭那樣的物理特性，不管是有特殊攝影裝置的，還是沒有特殊攝影裝置的。例如，一項名為「隨機(jī)抽樣一致性」(RANSAC)的技術(shù)可以追溯到1981年，專門用于尋找3D世界中的地標(biāo)，這些地標(biāo)可以映射到2D圖像平面上的點(diǎn)，以便瞭解2D圖像與3D現(xiàn)實世界之間的關(guān)係。使用這種技術(shù)，可以更好地理解2D呈現(xiàn)是如何與現(xiàn)實世界相對應(yīng)的。

2015年，佛羅倫斯大學(xué)的一組研究人員在RANSAC技術(shù)的基礎(chǔ)上，透過對相機(jī)拍攝的照片進(jìn)行逆向推理，推導(dǎo)出了一種泛傾斜變焦相機(jī)的結(jié)構(gòu)，他們能夠透過軟體來分析相機(jī)位置的不同在什麼程度上引發(fā)了失真，進(jìn)而有效地將控制相機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)至最佳狀態(tài)，他們可以將這種技術(shù)用于影片，而不僅僅是用于靜止的圖像。

2017年，德國愛爾朗根-紐倫堡大學(xué)和伍茲霍爾海洋學(xué)研究所的研究人員展示了一個名為CameraTransform的Python庫，該庫可讓人們通過對拍攝的圖像進(jìn)行逆向運(yùn)算，來估算物體在現(xiàn)實世界中的真實尺寸。

去年，德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)和佳能公司的研究人員表示，只需拍一張圖片就可以推斷出被另一個物體遮擋的場景中有什麼。這種技術(shù)被稱為「分層深度圖像」，可以透過從照片中移除一個物體來創(chuàng)建新的場景，呈現(xiàn)相機(jī)從未見過的背景，但這是透過圖像運(yùn)算實現(xiàn)的。該方法使用了許多神經(jīng)網(wǎng)路應(yīng)用中常見的編碼-解碼器方法來估計場景的深度，也使用了「生成對抗網(wǎng)路」(GAN)來構(gòu)造場景中在拍攝照片時從未實際出現(xiàn)在視野裡的部分。

所有的這些研究正在不斷涌現(xiàn)，并將在下一代配備3D感應(yīng)器的智慧型手機(jī)鏡頭上達(dá)到高潮，帶來一些不可思議的功能特性。這種研究應(yīng)該會帶來令人驚嘆的成果。至少，人們可以想像，用智慧型手機(jī)拍攝出的人像不再會出現(xiàn)怪異的面部扭曲。超解析度的建筑圖片將有可能透過消除鏡頭上的所有扭曲而形成平行線。隨著手機(jī)變得能夠大量產(chǎn)生精確度和逼真度皆十分驚人的照片，智慧型手機(jī)行業(yè)將能夠在與單眼相機(jī)的交鋒中取得又一場勝利。

但是，智慧型手機(jī)攝影的長期趨勢當(dāng)然是遠(yuǎn)離現(xiàn)實主義，而轉(zhuǎn)向取得更引人注目的效果。這在計算攝影誕生之前是無法想像的。因此，我們可能會看到3D傳感技術(shù)的應(yīng)用趨向于超現(xiàn)實主義。

舉例來說，移軸相機(jī)可以用來創(chuàng)造一些出奇漂亮的效果，比如縮小景深到一個極端的程度，這會使得風(fēng)景看起來就像玩具模型，但效果還是出奇的好，有些手機(jī)應(yīng)用程式也能做到類似的事情，但將3D感應(yīng)器與人工智慧技術(shù)結(jié)合起來的效果，將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出那些應(yīng)用程式所能達(dá)到的效果，Photoshop中有實現(xiàn)移軸的技術(shù)，但是每次按下快門按鈕，相機(jī)都會產(chǎn)生同樣的效果，毫無疑問會讓人更加心滿意足。

光靠人工智慧可行嗎?

未來，在推進(jìn)機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)方面，會有另一個重要的階段。我們有可能會放棄使用3D感應(yīng)器，而僅僅使用卷積神經(jīng)網(wǎng)路(CNN)來推斷物體在空間中的坐標(biāo)，這將節(jié)省在手機(jī)中安裝感應(yīng)器的費(fèi)用。

然而，就像微軟的研究人員和學(xué)術(shù)合作者在本週發(fā)表的一份報告中所討論的那樣，目前這種只使用軟體的方法收效甚微。他們寫道，只使用軟體的方法被稱為「絕對姿態(tài)回歸」(absolute pose regression)，在經(jīng)過訓(xùn)練后它并未能推而廣之，這意味著無論卷積神經(jīng)網(wǎng)路掌握了什麼技術(shù)，在用新圖像進(jìn)行測試時，它都無法準(zhǔn)確估量幾何圖形。

該報告的作者認(rèn)為，他們的研究是對純軟體方法的「一項重要的合理性檢查」。他們的結(jié)論是，「姿態(tài)回歸方法要變得切實可行，還長路漫漫?！?/p>

這項工作將如何完成呢?不僅僅依靠研究人員。它將需要許許多多的智慧型手機(jī)使用者的參與。有了帶有3D感應(yīng)器的新型手機(jī)，他們將能夠拍攝出令人印象深刻的3D感應(yīng)增強(qiáng)圖像。當(dāng)他們這樣做的時候，他們的設(shè)備，或者云端，將會跟蹤現(xiàn)實世界的幾何結(jié)構(gòu)與2D圖像之間的關(guān)係。

換句話說，它將利用所有的這些活動來持續(xù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，總有一天，只要有足夠的3D圖像，卷積神經(jīng)網(wǎng)路或任何其它被使用的演算法都能足夠聰明地觀察這個世界，即使沒有3D感應(yīng)器幫助提供深度感知能力，也能準(zhǔn)確地知道這個世界是什麼樣的。