[手機攝影教學09] Google Pixel 4 「夜視模式」，星空、極光攝影，計算攝影概念

Google Pixel 4 夜拍真的非常漂亮，只能用「驚人」二個字來形容，或許你已經略有聽過一個觀念「Computational Photography 計算攝影」，他並非採用單純的透過長曝光方式來獲一次曝光的作品，而是計算、多張拍攝、留下菁華的部分，捨棄不需要的雜訊燥點，這項技術我認為突破了我們傳統數位攝影下長曝光、高感光的限制，本篇文章來簡談這觀念，以及做一點實拍來證明

 

= 先來看實拍 =

圖01.(Flickr 原圖參考 – 夜視模式大圖 / 全自動模式大圖)

這二張照片，是採用 Google Pixel 4 XL 「手持」方式所拍攝的夜景照片，差別的是左手邊採用相機內建的「夜視」模式所拍攝，右手邊則是全自動的方式拍攝，二者的落差非常的大，即使不放看照片細節我們仍能感受得到。

光是從二張照片的縮圖，就能看得出如此的差別，那麼，如果我們 100% 放大、裁切比較的話會是如何?

 

圖02

 

圖03

 

圖04

我們將照片 1：1 的方式放大後加以裁切，我們看出更大的差異，採用「夜視」模式拍出來的照片，天空中的「熱噪點」以及山頭上的森林細節，比起全自動拍攝時更來的優秀，不但熱噪點減少許多，同時照片暗部區域也更鮮明一點。

 

圖05

皆是採用 Google Pixel 4 XL 拍攝，會有如此大的差別，在完全不懂攝影的情況下，採用「夜視模式」也能獲得一張「精緻、漂亮」的夜景照片，帶來全新的攝影體驗，再也不用擔心拍不出自己滿意的作品。

 

圖06 (Flickr 原圖參考 – 夜視模式大圖 / 全自動模式大圖)

同樣的我們再做一組例子測試，這一組並沒有前組「那麼嚴苛」，這組則是我們常見的夜間攝影主題，也許這一組對比「看起來」沒有差那麼多，但如果我們同樣的裁切、比較細節呢?

 

圖07

我們先來看「較為明亮」的區域，較明亮的區域雖然落差不明顯，但可以看得到岸邊牆面的細節，全自動模式下已經紋路看不清楚。

 

圖08

接著我們看較暗的區域表現，最明顯的就是「熱燥點」的部分，由於夜間攝影，全自動拍攝下，相機通常會使用「較高的 ISO」，換來更充足的曝光，但也因此產生更多的噪點後遺症，但若採用「夜視模式」下的表現非常好，換來更乾淨的照片品質。

 

= 夜視模式原理簡介 =

圖09

我們回到第一個例子，來思考「夜視模式」為何得出這麼漂亮的細照片? 無論是從「縮圖」或是「100% 裁切比較」，任何人都看得出來「夜視模式」照片細節讓我們非常滿意。

 

圖10

我們從曝光參數來看，就「帳面上」的資料來看，採用夜視模式經過計算上，比起全自動模式差不多是 6.5 級左右的曝光 (也就是夜視模式約為全自動模式 6.5 倍的曝光量)，也因為 ISO 運用的較低，在熱噪點上也較少，這也蠻符合我們的對於數位攝影的理解。

但，並不只是如此，採 Google Pixel 4 XL 夜視模式並非單純的透過「降低 ISO、減緩快門速度」就能達到如此成果，背後還有一項非常強大的運算技術 – Computational Photography 計算攝影，加以運算的成果。

 

．熱噪點的克服

圖11

我們先來回到「熱噪點 Hot Pixels」的問題。 熱噪點 Hot Pixels 的產生簡單來說，是在「一次性曝光」下，固定的光圈大小、曝光時間限制下，當我們要提昇曝光量，過去、現在的做法，是將 ISO 值提昇，在相鄰相信之間的「暗電流」以及熱能，都會產生這種粒十分明顯的雜質，我們一般稱為「熱噪點 Hot Pixels」。

 

圖12

熱噪點Hot Pixels 是無可避免的事，同時也是數位相機設計、挑戰的「瓶頸」，單眼相機可以透過更換更的光圈鏡頭，以增加進光量，但仍舊無可避免對快門速度當下的需求 (如要穩定畫面，又無三腳架，曝光時間無法太慢，否則將會產生模糊)。

一但曝光不足，也只能透過提昇 ISO 值來解決曝光量問題，依舊回到面對熱噪點 Hot Pixels 產生之困境，這點無關感光元件片幅大小都會遇上，只是較大片幅感光元件，對於熱噪點的產生、控制上會更好一些。

 

圖13

Google 在展示「Live HDR+」表示，為了要克服動態範圍問題，採用了「多張照片連拍」，得到多張素材照片加以計算、疊合，得以獲得一張更自的 HDR 高動態範圍照片，這方面的應用，在前一篇文章介紹「Google 雙重曝光控制」裡頭，已經有了清楚的應用介紹。

 

圖14

在夜景表現上，也採用相同的技術原理概念，採用多張照片連拍，透過同一場景，不同張照片相鄰相素，找出不應存在的熱噪點Hot Pixels，辨識出來該像素後加以捨棄，如此一來就能有效的「消除熱噪點Hot Pixels」，進而保留應該存在的像素資訊。

 

圖15

但是….，我所測試的例子，是「手持未使用腳架」的方式拍照，這樣子一定會產生「晃動、偏移」，連拍多張照片下有辦法「正確對齊、加以疊合計算」嗎?  這就是 Google Pixel 聰明利害的地方，會加以計算、對齊，儘管無法完全、完美的對齊，但終究最後的結果依然會比全自動拍攝下來的優秀。

這跟傳統的「降燥」觀念上有一些不同，現在數位相機上的降噪也好，或是如 Lightroom 的「除噪」都是針對「單一照片進行計算」，很難區分出「哪些顆粒是現場存在」或是「哪些是不應產生的熱噪點 Hot Pixels」，最後的結果很可能把現場該有的資訊一同抹除，產生油畫感。

 

．天文攝影

圖16.(Flickr 原圖參考)

什麼樣的主題更加極端 – 要求更高的 ISO 值才能完成? 星空攝影就是最重要又好理解的攝影主題，星空攝影最大罩門 – 快門速度無法太快，否則將會拍出托曳的「星軌」，同時在光圈固定最大下 (無論你更換多大光圈鏡頭，都有極限)，勢必仰賴高 ISO 以提昇曝光量，但又會產生熱噪點問題 (無關片幅大小，都會遇上的問題)。

這種主題所遇上的困境，在 Google Pixel 4 軟、硬體配合上，獲得一個有效的解決方式，透過最高每張照片曝光 16 秒，連續拍攝 15 張後加以「疊合運算處理」，處理時間最大 4 分鐘，儘管這 15 張照片仍會產生熱噪點，透過計算「移除不良像素資訊」，以得到一張清晰、乾淨的星空照片，上圖這一張照片就是

 

圖17

我們將照片 1：1 的方式裁切放大來檢視，確實表現非常「驚人」，不但星星非常明亮，同時我們留意熱噪點 Hot Pixel 也非常低，畫面非常乾淨，確實很難想像這是一隻「手機相機」所得到的結果。

 

= 更傑出的結果 =

到這裡，我們可以對 Computational Photography 有了概念上的理解，透過多張拍攝，疊圖、計算以突破單一照片「長曝光、高感光熱噪點產生」的攝影限制，那麼我們進一步的來討論一個變數，皆是採用「夜視模式」，手持攝影與採用搭配三腳架拍攝，有無不同的差別?

 

圖18.(Flickr 原圖參考 – 左 / 中 / 右)

我測試這三張照片，自左而右分別為「夜視模式 – 使用腳架」「夜視模式 – 手持」，以及「全自動 – 手持」拍出這三張照片，並且裁切照片細節來比較差別。

 

圖19

並不意外的，全自動模式決定是三組裡面最差的一組，而我們從上圖 19 ，也約略看得出來，同是夜視模式下，使用三腳架的細節，似乎比手持模式再優秀一點。

 

圖20

我們再單獨夜視模式，並且「再放大」比較，我們可以發現，同是夜視模式，採用三腳架配合使用，獲的細節比手持下更加漂亮，不但熱噪點更少，同時曝光也更細膩一點。

前面有提到，手持拍攝會有些許晃動、位移，Google Pixel 依舊會去計算、對齊，雖無法完美對齊，但也能得到不錯的結果，而在這例子中更加證明，若搭配三腳架拍攝結果，減少了因為位移造成演算上的困難，將有更出色的照片。

 

圖21.(Flickr 原圖參考 – 左 / 中 / 右)

同樣的，我再找另一組「更暗」的場合，比起前面夜景，缺乏更多的燈光下，看看這三組照片是否有明顯的落差。

 

圖22

在這個例子上更是明顯，使用「夜視模式」，並且搭配三腳架，獲得的效果明顯得比「夜視 – 手持」來的銳利不少，更不用說全自動手持下的表現這如此巨大的差別。

 

圖23

經過幾組測試，確實搭配三腳架的使用，夜視模式下的作品會更加出色，如果可以的話，建議仍是搭配三腳架拍攝，會獲得更傑出品質照片。

 

圖24

不過，以 Google Pixel 4 XL 來說，當使用三腳架，並且使用夜視模式，會自動偵則，會自動開啟「天文攝影模式」，這時曝光時間會自動來到 2-4 分鐘不等，我自己曾遇過在完全不更動相機任何畫面，曝光有時 2.5 分、3-4 分鐘不等，這點我們實拍上無法控制。

 

= 極光攝影 =

極光樣貌影片

除了「星空攝影」外，另一個難以拍攝的就是「極光攝影」，極光攝影與星空攝影更「極端」一些，由於極光在空中是會不斷的漂動，不像星空攝影能保持在一定秒數帶不會發生「星軌」的現象 (Google 官方實驗結果表示，單一張照片不超過 16 秒即可)，所以我們無法「上腳架、採用夜視模式」來拍照。

 

圖25.(Flickr 原圖參考)

極光攝影最難拍攝的，並非是「長曝光」就能解決的問題，主要極光會在空中飄動，長曝光會造成極光的姿態變得十分模糊，並不好看，所以拍攝要訣是 – 不能太久的快門，才有辦法拍出極光當下看到的樣子。

 

圖26.(Flickr 原圖參考)

至於「幾秒」才可以? 老實說沒有標準答案，因為極光時時刻刻都在改變形狀、速度，一會飄的非常快、一會又安靜沉穩的停留在空中，並不如星空攝影可以計算、預測，所以此情況下，我們無法搭配三腳架，用「星空攝影模式」進行長達 2-4 分鐘不等的長曝光來完成，只能手持方式，並且搭配「夜視模式」，以獲得更好的成果。

 

圖27.(Flickr 原圖參考)

當然，你可以使用「專業手動模式」，自己調整快門、感光度的操作來完成，雖然我手邊當下無法做個對照組 – 傳統攝影手動曝光模式 V.S. 計算攝影夜視模式，二者之間落差，但我可以推測，前者表現不會比較好，還是會面對長曝光、高 ISO 攝影條件下，所帶來熱噪點 Hot Pixel 的問題，單就這點來說，採用 Computational Photography 攝影技術下，仍然有非常多的優勢。

 

圖28.(Flickr 原圖參考)

雖然我覺得，Computational Photography 最後計算出來的照片 (數張短曝光照片加以疊合計算) ，仍與「長曝光」下的作品，極光的「形態」還是不一樣，因為我們無法得知 Computational Photography 每一張照片是用多少曝光時間完成，以及又是如何演算「截長補短」產生這樣子作品，但至少..，我們面對這情況，在手邊無專業相機、技術不夠熟練限制下，我們可以不用那麼精準的要求「如實還原現場」，只要不要落差太多，或是不要完全拍不出來、不要模糊、不要曝光不足就好。

 

圖29.(Flickr 原圖參考)

到這裡，我想已經對 Google Pixel 4 XL 的「夜視模式」已經有不少的說明，以及用實拍、實例證明 Google 所宣稱的技術是否有達到如此效果，雖然非常讓我驚豔也很滿意，但仍有不少可以進步的空間，像是可以依不同主題選場景、細節再好一些等設定，這些都是未來可以期許進步的地方。