很多人可能不知道这一点。但是每当你在明亮的天空下用手机拍照而不让主体被阴影遮挡，或者在捕捉日落时不让高光部分过曝时，你都在受益于1990年代末在哥伦比亚大学实验室取得的一项突破。
这场革命的背后是谁呢？Shree Nayar教授，他发明的单次拍摄高动态范围（HDR）成像技术，如今已经为全球超过十亿部智能手机相机提供了支持。
对于摄影师和摄像师来说，Nayar所解决的问题是他们非常熟悉的。自摄影诞生以来，捕捉既有明亮又有黑暗区域的场景，往往意味着要选择图像中哪些部分能够正确曝光，哪些部分则会被牺牲。
追求高光，阴影就会变成深邃的黑色。如果曝光阴影，明亮区域就会变得一片空白。我们的人眼对此毫不费力，但我们的相机却感到困难……直到纳亚尔的创新出现。
正如在哥伦比亚大学网站上的一篇最近文章中讨论的那样，纳亚尔与索尼研究员三永智雄合作开发了一种巧妙的解决方案：一种采用“混合像素”技术的图像传感器。
工作原理
与传统传感器中相邻像素的曝光方式相同不同，Nayar 的设计在相邻像素之间变化曝光。当某个像素出现过度曝光或曝光不足时，算法会检查其邻近像素，以确定场景中该点的真实颜色和亮度。最终得到的是一幅在整个色调范围内细节丰富的单一图像。
其巧妙之处在于“单次拍摄”这一特点。早期的 HDR 技术快速捕捉多个曝光，然后将它们合并成一个复合图像。但帧与帧之间存在时间间隔（鸟飞过、有人眨眼、汽车穿过场景），这会导致鬼影和运动模糊，给任何熟悉 HDR 曝光补偿的摄影师带来困扰。Nayar 的技术同时捕捉所有曝光信息，彻底解决了这些问题。
索尼认识到这一技术的潜力并将其推向市场，并将其集成到他们的图像传感器芯片里。如今，这些传感器已经应用于你的 iPhone、你的 Google Pixel 以及无数其他设备。安全摄像头也在用它们。平板电脑也在使用它们。这项技术已经变得无处不在，以至于大多数人都没意识到自己在享受计算成像带来的好处。我们只希望手机在复杂的光照条件下能“正常工作”。
摄影哲学
对于计算成像的先驱纳亚尔来说，这体现了一种更深层的哲学。计算相机不仅仅是捕捉传感器接收到的影像，而是通过光学编码影像，再通过算法解码，生成比传统光学系统更丰富、更细致的影像。他的实验室将这种方法扩展到360度全向摄像头和深度感知3D摄像头；这些技术如今在机器人、工厂自动化、特效以及增强现实/虚拟现实应用中变得不可或缺。
各种像素的概念仍在不断演变。Nayar的团队已将这种方法推广，以开发能够捕捉更丰富色彩信息，甚至识别材料属性的传感器；无论表面是塑料、金属还是布料。他预计，这些进展将在未来几年内进入消费产品，进一步拓展我们的相机所能揭示的世界。
所以下次你轻松拍到逆光的主题或高对比度的场景时，记得：你手中握着的，是重新构想相机如何看世界的基础研究成果。Shree Nayar教授不仅改善了手机相机，还将它们转变为在某些方面比我们更能看得清的工具。
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