Google 專文解密 Pixel 星空拍攝的關鍵技術

被許多手機品牌不斷提到，那個讓手機拍攝看起來似乎比起高階單眼還要「吸睛」的運算式攝影，最近無論是 Apple 或者是 Google，全都卯足了勁在這方面推出強大的軟體拍攝功能乃至於硬體方面的進一步配合。隨著 Pixel 4 上市，Google 則是選擇再加強所謂的夜景模式，到可以輕鬆將手機搭上腳架即可拍攝星空的拍攝模式。令人非常好奇這技術中間到底有些什麼樣的細節 -- Google 最近也專門刊出一篇關於 Pixel 星空拍攝的關鍵技術說明。

▲圖片來源：Google

真的神，Google 專文解密 Pixel 星空拍攝的關鍵技術

隨著 Google 將天體模式推送至 Pixel 4 以及先前的 Pixel 3 與 Pixel 3A 機型，也激起了許多 Google 手機愛用者的一陣「追星」潮（在此之前大家會沒事跑去拍星星嗎？好奇）。看到一張張震撼人心長達數分鐘的長曝星空照片，真的讓人急欲知道到底 Google 又對運算式攝影施了什麼法術，居然連這種伸手不見五指，以往遇到這類題材只能乖乖收起手機的拍攝現場，都可以慢條斯理地架起小小的手機就能拍出大大震撼的星空照片（而且連銀河都拍到）。

基本上每次 Pixel 有新的拍攝功能時，幾乎都不會藏私的 Google，最近也發出專文特別解密了這次星空拍攝的幾項關鍵技術。

天體模式可以說是 Night Sight 拍攝模式的延伸模式，在你將手機架在腳架，並且偵測到了極為黑暗的場景時，Pixel 的拍攝介面便會提示你已經進入此模式。將可在 Pixel 4 上支援高達 4 分鐘的長曝功能（Pixel 3 與 3A 則為 1 分鐘）。

做為夜景拍攝的延伸，需要更長曝光的天體攝影模式，更需應付長時間曝光所容易產生的雜訊熱點問題。而長達 4 分鐘的曝光，首先則是會遇到因為天體運行而導致星軌的模糊現象 -- 其實曝得夠久的話星軌也很好看，但四分鐘的長度，照片看起來就像是不專業的人所拍出的搖晃照，並不會給人驚艷的感覺。為了解決這些問題，Google 依然使用了運算式攝影來讓搭載小感光元件也可以發揮出震撼的拍攝效果。

▲圖片來源：Google

為了避免上述問題，Google 針對 Pixel 4 的星空攝影功能採用了連續拍攝 15 張最長 16 秒曝光來進行拍攝 -- 既然是 Night Sight 的加強版，這組照片流不僅會透過熱點的亂數偏移來偵測並以周遭的畫素進行除燥，Google 也透過不斷地合成更新長曝畫面來做為構圖之用 -- 畢竟某些場景應該真的太黑，能夠透過長時間曝光來參考構圖，也算是不錯的功能。

針對難以對焦的夜間場景，Google 更想到了可以透過在按下快門後連續曝光兩張最長 1 秒鐘的照片來輔助進行自動對焦作業。根據官方的說法，這樣的時間其實就已經足以完成這項操作 -- 而如果是長達數分鐘的曝光，其實這兩秒倒也不會太有感覺？而假若如果是連這樣的輔助功能都還無法進行自動對焦的狀況，Pixel 手機則是也會聰明地自動以無限遠對焦來進行拍攝（畢竟手機景深本來就深，即便對焦無限遠，近物應該也不會太模糊囉 -- 以上這是小編的猜測啦）。

▲圖片來源：Google

至於為什麼會以 16 秒做為星空拍攝的最長間隔時間，則是又回到了前述的星軌模糊問題。根據 Google 的資訊，這是他們認為不造成明顯星軌痕跡的曝光長度，所以才會將單張曝光限制在不超過這個時間長度。至於為什麼是 4 分鐘的曝光時間，推薦各位也可以看看 Google 所貼的 2 分鐘長曝的星軌軌跡照（就是前面的模糊示意圖）。個人覺得這狀況跟許多手機相機的電子防手震狀況類似 -- 需要補償越多，照片需要裁切的範圍也將會更多。所以會有時間限制是極為正常的，畢竟無論要將照片進行補插點或者是裁切都有極限存在（重點是星體也是會移動消失在畫面中的啊 XD）。

個人認為，Google 透過多張曝光來進行除雜訊的功能，就像是將星空當作錨點來進行影像的定位。畢竟比起一般照片中可能會有大量的動態物體，星體的運行相對規律可預測。所以才能夠達成讓手機在不需赤道儀等專業器材的前提下，以數分鐘的長曝光取得燦爛的星空照片 -- 不得不說，運算攝影真的讓手機擁有了相當強大的拍攝實力啊。

▲圖：針對天空自動加強過的天體模式照片前後對照圖（來源：Google）

同樣的概念延伸，Google 也藉此在影像流之中輔以分析超過 100,000 張照片的神經網路的機器學習功能，進而找到地景與星空的明確分界，並且逐畫素判定是否為「天空」並進行適當的影像調整。除了讓夜空看起來像夜空外，包括雲朵、天空漸層表現乃至於銀河都更將為明顯，更接近許多人心目中的理想星體照片。

至於最終拍攝的表現，說真的獲得了天體拍攝模式的 Pixel 手機，這方面的拍攝效果的確是有目共睹的好，讓人非常驚艷手機居然也能拍出類似的效果。不過 Google 也在文內提到了天體模式並非無極限的拍攝功能 -- 先前在發表會上也有提到這個狀況，這次透過專文還公佈了他們需要應付的條件有多困難。

現階段當天體模式遭遇到超過 500,000:1 的過大明暗對比的拍攝情況，如：明月、遠方的人造燈光，甚至是較亮的星體，都還不能應付；僅有星光的場合也是，地面都還是會呈現剪影的狀態，這些都是現階段要完整捕捉畫面全部細節還力有未逮的狀況。

不過既然發表會上 Google 已經講過將嘗試解決這樣的拍攝困難，其實還是可以期待一下 Google 未來的更新，也希望他們可以再以專文來解密一下，看到底透過什麼樣的方式來解決。不得不說，如果連這樣驚人的高對比都能被 Google 搞定，也許透過 AI 輔助的運算式攝影技術哪天真的會改變攝影歷史也說不一定呢。

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