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    • 01. 從小孔成像到數(shù)碼相機(jī)????
    • 02. 從曝光三要素到智駕三要素????
    • 03. 未來(lái)會(huì)如何發(fā)展?????
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不先解決這個(gè)問(wèn)題,無(wú)人駕駛永遠(yuǎn)不會(huì)到來(lái)?

11/05 09:50
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最近大家應(yīng)該發(fā)現(xiàn)了,包括數(shù)碼博主、旅行博主等等在內(nèi),許多創(chuàng)作者都涌進(jìn)了汽車這條賽道。

有人覺(jué)得,這是真實(shí)體驗(yàn);有人覺(jué)得,這是跨界恰飯;也有人覺(jué)得,汽車產(chǎn)品數(shù)碼化已經(jīng)不再遙遠(yuǎn)。

但社長(zhǎng)倒是覺(jué)得,在汽車行業(yè)飛速發(fā)展、產(chǎn)品日新月異的當(dāng)下,更需要不同領(lǐng)域的專業(yè)/非專業(yè)人士,通過(guò)不同的視角,給大家?guī)?lái)更加立體的解讀。

換到數(shù)碼領(lǐng)域,也是一個(gè)樣。

正好前兩天,佳能邀請(qǐng)社長(zhǎng)參加了一場(chǎng)相機(jī)品鑒會(huì),試拍EOS R5 Mark II和EOS R1。

在深入了解過(guò)后,我卻發(fā)現(xiàn)影像領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì),竟然和汽車行業(yè)有著許多共通之處。而影像技術(shù)的發(fā)展,很可能會(huì)成為解鎖無(wú)人駕駛的終極密碼!

這一切,還要從200年前的第一張照片開(kāi)始說(shuō)起。

01. 從小孔成像到數(shù)碼相機(jī)????

“為什么光沿直線傳播,會(huì)最終呈現(xiàn)燭光的倒影?”

很多小伙伴第一次感受到光學(xué)的奇妙,或許就是從小孔成像實(shí)驗(yàn)開(kāi)始的。

而這,也成了早期照相機(jī)的雛形。

1839年,法國(guó)發(fā)明家、化學(xué)家達(dá)蓋爾就根據(jù)小孔成像的原理和暗箱技術(shù),造出了全球第一臺(tái)照相機(jī)。差不多長(zhǎng)這樣:

相信從圖片上也不難發(fā)現(xiàn),早期的原始相機(jī)存在一個(gè)巨大的問(wèn)題,就是特別巨大。

再加上它的原理是把鹵化銀作為感光材料涂抹在金屬或玻璃版上,曝光后再進(jìn)行顯影、定影。受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件,感光度不夠好就必須增加曝光時(shí)間——

想拍一張大頭照,都得一動(dòng)不動(dòng)地把腦袋放在卡箍里靜置30分鐘才行,更別說(shuō)拍攝戶外的風(fēng)光了。

當(dāng)時(shí)的報(bào)社記者,對(duì)這種新鮮玩意是這么評(píng)價(jià)的:

“就像是在馬路上拿著一面鏡子,把周圍的景物極細(xì)地反映出來(lái),然后把鏡子帶回家。”

既夸了寫(xiě)實(shí)的畫(huà)質(zhì),又吐槽了體積大重量沉,還隱藏了最大的痛點(diǎn)拍攝時(shí)間,不愧是傳媒界的祖師爺,情商真高。

在隨后的幾十年間,感光版越來(lái)越輕,感光能力也越來(lái)越高,曝光的時(shí)間得以大大縮短。底片、膠片的發(fā)明,更是讓相機(jī)像一部“大哥大”一樣便于攜帶。

從世界第一到被反復(fù)鞭尸的柯達(dá),就是在這一時(shí)代背景下崛起的。

它在1900年推出了一款“人人都能買得起,小孩子也能輕松上手”的Brownie紙板相機(jī),售價(jià)只要1美元,膠片也只要15美分1卷。

由此,相機(jī)進(jìn)入了新的膠片時(shí)代,攝影第一次成了平民化的活動(dòng)。

這一延續(xù),就是一百年。

膠片時(shí)代的創(chuàng)新,除了更加便攜之外,主要集中在三個(gè)方面。

一,是加強(qiáng)了動(dòng)態(tài)拍攝(視頻)的能力。

只需要把感光膠片像彈匣一樣連續(xù)送進(jìn)相機(jī),就能把拍攝速度從幻燈片的每秒12張?zhí)嵘郊o(jì)錄片的每秒60張(60幀/秒),甚至能拍攝第一屆奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)的實(shí)況!

二,是畫(huà)面從黑白變成了彩色。

1900年前后,“電影之父”法國(guó)魯米埃兄弟將染有三原色的土豆淀粉均勻涂在玻璃干板上,實(shí)現(xiàn)彩色正片感光,發(fā)明出了真正的。

但從原理上也不難發(fā)現(xiàn),它用的還是原始相機(jī)的干板感光技術(shù)。彩色膠片要等到1935年柯達(dá)發(fā)明Kodachrome之后,才逐漸普及。

三,是隨著光學(xué)技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了一大批功能各異、畫(huà)質(zhì)也越來(lái)越出色的鏡頭。

專門拍攝遠(yuǎn)距離的長(zhǎng)焦鏡頭、專門拍攝廣角的廣角鏡頭、以及大家早已習(xí)以為常的變焦(可以簡(jiǎn)單理解為放大和縮小)鏡頭,帶來(lái)了越來(lái)越多的影像變化。

這讓人們從更多不同的視角出發(fā),看到了這個(gè)世界的美好。

但正如那句話所說(shuō),柯達(dá)直到破產(chǎn)那天,生產(chǎn)的膠卷質(zhì)量都非常好,只是世界不再需要它了。

確實(shí),膠片相機(jī)的光影層次更豐富,出片的效果也如同奶油化開(kāi)般自然。但它卻有幾個(gè)天然的硬傷——

最直觀的,就是“攝影窮三代”。一次“你閉眼了啊,重來(lái)”,就會(huì)多浪費(fèi)一張膠片。

拿到滿意的底片之后,還得去照相館沖印。往往要等一周后新鮮勁都過(guò)了,才能看到成片。

更難的,是它還自帶debuff:拆裝膠卷要手動(dòng),測(cè)光要手動(dòng),對(duì)焦要手動(dòng)……成片好壞全憑經(jīng)(yun)驗(yàn)(qi),就連底片都要放在避光的地方保存。

就算后期的膠片相機(jī)有了自動(dòng)曝光和自動(dòng)測(cè)光技術(shù),也很難讓普通人迅速捕捉到最完美的一瞬間。

這幾點(diǎn)疊加起來(lái),就是四個(gè)字:新手勸退。

因此當(dāng)上手更迅速、拍攝更輕松、后期更寬容的數(shù)碼相機(jī)席卷而來(lái)的時(shí)候,留給膠片相機(jī)的就只剩下情懷二字。

沒(méi)錯(cuò),用集成電路捕捉數(shù)位影像的數(shù)碼時(shí)代來(lái)了。

更何況,又一次生效的摩爾定律,讓數(shù)碼相機(jī)的進(jìn)化速度比龍卷風(fēng)還要快!

1975年柯達(dá)使用CCD傳感器、生產(chǎn)出全世界第一臺(tái)數(shù)碼相機(jī)的時(shí)候,分辨率還只有100×100,也就是1萬(wàn)像素。

但從1980年開(kāi)始的十年時(shí)間里,相機(jī)的像素從12萬(wàn)躍遷到了400萬(wàn),幾乎每年都要增長(zhǎng)50%;感光元件的成像質(zhì)量,也在飛速增長(zhǎng)。

憑借著越來(lái)越好的畫(huà)質(zhì)和更加方便的存儲(chǔ)方式,數(shù)碼相機(jī)的市占率開(kāi)始走進(jìn)大眾的生活。單是2000年一年的出貨量就達(dá)到了1000萬(wàn)臺(tái),開(kāi)始動(dòng)搖膠片相機(jī)的地位。

而到了“后數(shù)碼時(shí)代”,批量生產(chǎn)成本更低、連拍速度更快、能耗更低續(xù)航也更長(zhǎng)的CMOS傳感器加入戰(zhàn)局,直接給膠片相機(jī)判了死刑。

首次使用CMOS傳感器的,正是佳能EOS D30:

到了現(xiàn)在,滑布李他們已經(jīng)用到超過(guò)6000萬(wàn)像素全畫(huà)幅機(jī)型了。配套鏡頭的畫(huà)質(zhì),也在光學(xué)技術(shù)的加持下越來(lái)越銳利。

不難發(fā)現(xiàn),從黑白到彩色,從模糊到清晰,再?gòu)恼掌揭曨l……整個(gè)影像設(shè)備的發(fā)展史,不僅是科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展史,更是人類突破自我的勵(lì)志史。

但令人意想不到的是,這些技術(shù)竟然對(duì)跨界的汽車行業(yè),產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

02. 從曝光三要素到智駕三要素????

玩攝影的朋友都知道,進(jìn)光量的多少,直接影響著最終的成片質(zhì)量。

所以拍攝最重要的,就是“曝光三要素”——

光圈決定進(jìn)光量(和背景虛化程度),快門速度決定進(jìn)光量(和物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度),感光度(ISO)負(fù)責(zé)給畫(huà)面提亮(太高會(huì)出現(xiàn)噪點(diǎn))。

這時(shí),數(shù)碼相機(jī)或者說(shuō)是CMOS傳感器,最弱的短板就暴露出來(lái)了:動(dòng)態(tài)范圍。

數(shù)碼相機(jī)的感光元件由一個(gè)個(gè)獨(dú)立的光電二極管(也就是像素)組成,每個(gè)像素的亮度都有一個(gè)固定的數(shù)值、無(wú)法無(wú)極調(diào)節(jié)。

因此它沒(méi)辦法像使用光敏化學(xué)物質(zhì)的膠片相機(jī)一樣,感知到極為細(xì)微的光影變化,更不用說(shuō)像人眼一樣,還原自然界108(也就是一億倍)的光強(qiáng)變化范圍了。

就比如這張照片,雖然對(duì)畫(huà)面中間(焦點(diǎn))的內(nèi)飾質(zhì)感進(jìn)行了呈現(xiàn),但上半部分的高光區(qū)域過(guò)曝了,看不到后視鏡和天空中的細(xì)節(jié);下半部分則是一片死黑,沒(méi)有細(xì)節(jié)。

這時(shí),就必須使用后期合成/調(diào)色來(lái)進(jìn)行調(diào)整,才能達(dá)成“看起來(lái)還不錯(cuò)”的效果。

而如果想要盡可能還原人眼看到的畫(huà)面,展現(xiàn)景色的輪廓和層次,最簡(jiǎn)單的就是像某些電影一樣使用膠片機(jī)來(lái)拍攝、用數(shù)碼進(jìn)行制作拷貝,這就是后話了。

好了鋪墊到了現(xiàn)在,終于輪到我們今天的主題了。

之前社長(zhǎng)和大家說(shuō)過(guò),智駕系統(tǒng)的原理就是感知-決策-執(zhí)行這三步走:

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),就是車輛先收集各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)(眼睛看到),再通過(guò)軟件算法進(jìn)行決策(大腦思考),最后讓車輛執(zhí)行加減速/轉(zhuǎn)向/交互等駕駛動(dòng)作(手腳動(dòng)作)。

現(xiàn)階段感知的核心,并不是前段時(shí)間大熱的激光雷達(dá),而是車載攝像頭。

為什么這么說(shuō),可以戳這里了解:車圈大變天!激光雷達(dá)即將被判死刑?

車載攝像頭的缺點(diǎn)也和數(shù)碼相機(jī)一樣,很難應(yīng)對(duì)明暗對(duì)比強(qiáng)烈的環(huán)境:包括但不限于大逆光、夜晚沒(méi)有路燈/標(biāo)識(shí)不清晰的高速路、對(duì)面開(kāi)啟“致盲”遠(yuǎn)光等等。

要想解決這個(gè)問(wèn)題,在車上放幾臺(tái)膠片相機(jī)顯然不現(xiàn)實(shí),畢竟等膠片沖印出來(lái)黃花菜都涼了。

所以,車企也和相機(jī)廠商走上了相同的道路,也就是硬件——使用更高的位深、更大的傳感器和更清晰的鏡頭,再配上適中的像素,來(lái)更精準(zhǔn)地還原真實(shí)場(chǎng)景。

(有點(diǎn)反常識(shí)的冷知識(shí):像素越多動(dòng)態(tài)范圍越窄,這也是前些年低像素的iPhone拍照好看的原因)

與此同時(shí),由于需要處理大量的數(shù)據(jù),不只需要智駕芯片提供高算力,存儲(chǔ)和傳輸?shù)乃俣纫惨涌觳判小?/strong>

如今相機(jī)的存儲(chǔ)卡,讀取/寫(xiě)入速度已經(jīng)能達(dá)到3GB/秒;而前段時(shí)間三星推出的車載SSD固態(tài)硬盤(pán),讀取/寫(xiě)入速度也分別達(dá)到了4.7/1.4GB/秒。

只不過(guò)車企和相機(jī)廠商的目標(biāo),還是有所不同的。

相機(jī)廠商需要做的只有研發(fā)新技術(shù),并通過(guò)不斷賣貨來(lái)增加產(chǎn)能、降低成本,形成良性循環(huán);

但車企必須要在成本、性能和體積之間作出選擇題,車載攝像頭和車載傳輸/存儲(chǔ)設(shè)備,也必須滿足車規(guī)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)才行。

因此目前大多數(shù)車企的解決方案,是在前攝上提供最高規(guī)格的雙目/三目攝像頭,最大程度地確保ACC、AEB等主動(dòng)安全功能;后視和側(cè)視則是作為輔助。

而到了軟件部分,就有意思了。

車企這邊的成績(jī)大家有目共睹,最新的端到端算法已經(jīng)讓智駕產(chǎn)生了翻天覆地的變化。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),端到端并不是從A點(diǎn)到B點(diǎn),而是指根據(jù)攝像頭等傳感器的圖像數(shù)據(jù),直接生成車輛的轉(zhuǎn)向、剎車和加速度信號(hào)去控制車輛,即“感知決策執(zhí)行一體化”。

打個(gè)比方,以前是三個(gè)人打配合,一個(gè)瞭望手負(fù)責(zé)看路,一個(gè)指揮官負(fù)責(zé)決策,一個(gè)操舵手負(fù)責(zé)駕車。但現(xiàn)在端到端把感知、決策、執(zhí)行這三個(gè)環(huán)節(jié)都整合到了一個(gè)大模型中,最終一個(gè)人就能全部搞定。

想進(jìn)一步了解端到端的小伙伴,可以戳這篇文章了解:太瘋狂了!特斯拉刪除99%代碼,F(xiàn)SD卻更好用了!智駕的終極答案竟然是它?

如果還不夠直觀,也可以看看滑布李這條新的視頻:

但相機(jī)這邊,居然也早早地用上了深度學(xué)習(xí)技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)!

如果說(shuō)智駕的目標(biāo)是瞄準(zhǔn)車道線、跟隨前車行駛,那相機(jī)的目標(biāo)就是瞄準(zhǔn)需要拍攝的人或物,時(shí)刻準(zhǔn)備好自動(dòng)對(duì)焦來(lái)捕捉精彩瞬間。

或許和軟件定義汽車一樣,影像領(lǐng)域也走到了“軟件定義相機(jī)”的道路上。

03. 未來(lái)會(huì)如何發(fā)展?????

看完了影像行業(yè)近兩百年的歷史,如果你也同樣了解汽車的過(guò)往,很可能會(huì)和我有著同樣的感觸:

固然力學(xué)、光學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科依然在發(fā)展,但未來(lái)更重要的,或許是軟件。

各行各業(yè)之間的跨界融合,在軟件的加持下只會(huì)越來(lái)越寬泛。汽車和娛樂(lè)、數(shù)碼和家居……人們的生活,正在無(wú)聲無(wú)息地發(fā)生改變。

但不管未來(lái)究竟會(huì)如何發(fā)展,我相信相機(jī)廠商們用盡畢生精力,也想發(fā)明出接近人眼的相機(jī),乃至超越人眼,讓人類的視野跟隨鏡頭走得更遠(yuǎn);

而作為交通工具的汽車,也會(huì)憑借著全新的體驗(yàn),成為人們生命的延伸。

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