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标题: 浅论航拍相机方面的进一步发展。 [打印本页]

作者: jingrongren 时间: 2015-11-20
标题: 浅论航拍相机方面的进一步发展。
本帖最后由 jingrongren 于 2015-11-24 13:29 编辑

首先，我认为现有的相机并没有为航拍做专门的优化。我觉得航拍与一般拍摄的主要区别有：1、细节增多，2、观看的尺度变大。

因为没有专门的航拍方案解决公司，故目前无人机大都沿用运动/监控相机的方案。缺少对航拍的优化，在相机的侧重方面不能兼顾，导致视频尚可，但拍照可能连手机都不如————让一个平时拍花花草草的人突然去拍山川大地，能拍得好么？除非他是鸟人。

因此，自认为相机待发展的方向主要有：
1、去低通。（软硬件）(15.11.24补正：精灵系列从未用过低通，我一定是在说别人的相机=.=)
2、高分辨率。（硬件）
3、改进的曝光算法、去雾算法（软件）

4、CMOS防抖（硬件）、多帧分辨率升格（基于前者的软件方面）、多帧降噪（软件）。
5、变焦。（硬件）

前三者是主要的，后两者是次要（因为感觉在小飞机上是玄幻），但对发挥空间提升幅度很大。

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——————————————————————————————————————————————————————————————————今天先说分辨率的问题：
在一般相机的领域，同大小CMOS“分辨率越高画质越差”已成定论。在像素千万记的当下，像素只用来保证剪裁的清晰度。像素成了忽悠群众的属性，至今还总有人说“我手机像素差，拍得不好。”

但这限于“一般领域”！航拍对像素的要远超地面拍摄。因为从空中看地上，都只有一点点大小！
地面上用70%的像素去描绘一个建筑，而在天上可能只有5%.

例：地面。

例：天上。

也许有人说，反正是看整体的啊——对，我们的目光会转向道路、建筑、树林，但细节的失真结合低通滤镜，画质产生了灾难性的劣化。

同时，东西的材质、空间位置、层次等都是由细节描述的，如果没有足够的细节，建筑、草地会显得非常单薄，即使缩图，也明显感觉的出画质差异——具体可参考最下方去低通的对比图。
当细节减少到最小时，便成了卡通画。
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首先说说什么是低通滤镜：

大家都知道，光线照射到相机中的像素上，CMOS用一个一个彩色的点记录下画面。
但是，实际上每个像素点只能记录【红绿蓝】三原色中的一种！而丰富的色彩是后期猜出来的！
比如紫色的光线照射到一个红的像素上，那像素只能感受到光线中红色的多少！

想读出光线真正的颜色，必须向附近的像素打听，因为光不止照到一个像素点上，打听出三原色的分量便能还原此种色彩。（见附录图示）
就像我们写日记，一个元素并不能表达准确内容，要把地点、时间、人物都写上去才能得到内容——“小明（人物）今天（时间）跳楼（事件）了“

如果光束太细，只能照亮一排像素怎么办？那么它只会猜错，于是在细节丰富的地方，便产生了错误的颜色和摩尔纹：

就像日记不写全会导致意思全变——“小明今天跳楼了，还好他是个饭盒。”，

这种情况该怎么办？聪明的人类便在cmos上加盖一层滤镜，让光线分到其他像素上：

这附加的滤镜便是“低通滤镜”。从原理上说，仅对细节有影响。这些细节可以视为“高频信号”。
于是画面中细小的地方都会被过滤一遍，比如物体的边缘、树叶子。

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低通滤镜和低分辨率的坏处：
但凡事有利必有弊，细节的光线被分开了，本该纯净的像素上多了冗余的信息，从而，解析力降低，细节劣化。
如图：

什么感觉？没错，就是图片放大的模糊感，所以低通滤镜等同降低了细节的分辨率。

这对普通照片影响略小，比如我发一幅自拍，焦点完全在我英俊的脸庞上对吧，没人会去数我的秀发。
可航拍照不适用啊！景物的尺度都很小啊！几乎90%都是细节啊！于是专抓细节的低通滤镜，会把画面的里里外外都涂抹了一遍。

清明上河图以元素丰富著称，但如果用拖把画，张泽瑞再世也顶多画成这样！：

“普通照片”就好像日记，为了避免流水账，只记录大的事情：“今天天气不错，打了两盘DOTA，打了一盘地主。“
“航拍照片”就像FBI偷偷记录普京的日常生活（还像本人写本帖），重点在细节吧？细节处含含糊糊话像什么样：“大帝今和中国谈了非常机密事情——太长不写。”
（特工上司：你特么到底FBI还是克格勃啊！）

再配上低下的分辨率和低锐的镜头，便有如下表现：

脸上大概有100个像素，明明是足以显示出眼睛嘴巴的，但看起来就是无脸！甚至脸中心还出现黑块，产生了严重的失真。
（PS：不会是我机器有问题对焦不准吧）

不说极端情况，光说下面此图：

——20米不到的地方，垃圾桶已经分辨不出了、路边的圆形树变成一团绿油油看起来很好吃的团子。

回到正题，在弱小的分辨率下、在勤劳的低通滤镜下：
树林连成一片出现在镜头里，湖面连成一片在镜头里，却发现树只是一坨绿色，里面有不明所以的线条，建筑边缘柔弱地贴在了天空上：

圆圈一样的荷叶：

四级风下没有波纹的湖面：

建筑上面条泡烂似的线条：

此外还有爆增的杂色、边缘随处可见的色差

于是我们就有一个感觉：好糊啊！跑焦了吧！不够锐啊！——显然这些失败的细节已经严重影响到画面整体感受了。
原本本该细节丰富、可以说宏大如交响乐般的画面，现在各处都是一块又一块不怎么愉悦的色块（色块主要因为宽容度）。
本该存在的细节——比如树林里的树枝们——成了色块里不明所以的杂色（因为失真所以分辨不出）。

就像用地摊上5块钱（可能是￥10）买的耳机去听柴可夫斯基，《天鹅湖》怎么听都像《鸭子滩》。

相机厂商于是渐渐地去掉了低通滤镜（当然，还有敢死队自己DIY），用软算法来代替低通。

放点相机去低通后的对比图来告一段落吧，剩余的过两天补完。（太晚了我要玩游戏去了）：

5DIII去低通，拍摄时间不同。屋顶和砖块更加清晰
——注意，即使是小图，也能明显感觉到细节对整个房子产生的影响。
原图的屋顶看起来是一块纸板，去完低通则有瓦片的感觉。在航拍里，这么大一块屋顶，要包含了更多东西呢

5D去低通。更清晰的，栅格，但也出现了摩尔纹

相较分辨率，我认为去低通是迫在眉睫的事。

因为精灵3之类的小CMOS本身就很弱小，加上低通，那真是要炸。

附录：

1、猜色与猜错色：

作者: jingrongren 时间: 2015-11-20
最后一张图删不掉啊

作者: 温柔的杀猪佬 时间: 2015-11-20
赞赞的！

作者: panzerelite 时间: 2015-11-20
我们不谈未来，我们只谈现在。

作者: jingrongren 时间: 2015-11-20

panzerelite 发表于 2015-11-20 22:42
我们不谈未来，我们只谈现在。

基本上说的就是下一步应该改进的地方。

作者: mo90203 时间: 2015-11-21
把奥林巴斯或宾得的高解像技术整合进去，合成像素提升的同时，清晰度也获得大幅提高

作者: luoxiaoguo256 时间: 2015-11-21

jingrongren 发表于 2015-11-20 22:04
最后一张图删不掉啊

编辑，图片，从里面删

作者: jingrongren 时间: 2015-11-21

luoxiaoguo256 发表于 2015-11-21 11:17
编辑，图片，从里面删

没，找不到。
我再试试吧。

作者: 夏清 时间: 2015-11-21
本帖最后由夏清于 2015-11-21 11:55 编辑

jingrongren 发表于 2015-11-20 22:04
最后一张图删不掉啊

编辑的时候在上方“图片”里把不要的图片删掉就好，否则上传却没使用的图片会出现在帖子正文下方。

作者: luoxiaoguo256 时间: 2015-11-21

夏清发表于 2015-11-21 11:53
编辑的时候在上方“图片”里把不要的图片删掉就好，否则上传却没使用的图片会出现在帖子正文下方。 ...

正解！！

作者: csliaw 时间: 2015-11-21
所以光学的研发是无穷止境的，而且不是砸钱就马上可做出来的，但时间不‘等人。
这也是dji要入股哈苏的原因，用金钱换时间。

作者: jingrongren 时间: 2015-11-21

夏清发表于 2015-11-21 11:53
编辑的时候在上方“图片”里把不要的图片删掉就好，否则上传却没使用的图片会出现在帖子正文下方。 ...

好厉害，真的删掉了耶。。。

作者: jingrongren 时间: 2015-11-21

csliaw 发表于 2015-11-21 12:38
所以光学的研发是无穷止境的，而且不是砸钱就马上可做出来的，但时间不‘等人。
这也是dji要入股哈苏的原因 ...

对，但总感觉哈苏并没那么靠谱。毕竟是电子和信号方面的事情。

作者: liuqf163@163.co 时间: 2015-11-22
其实对于视频拍摄来说，更重要的运用是超采样

目前对于能够拍摄照片与视频的机器来说，照片的分辨率都是远远高过视频。任何一张照片都是上千万像素，而普通1080P高清则只有200万像素，即使是4K视频也不过800万像素。

绝大多数相机在拍摄视频时，对多出的像素都是简单丢弃，包括主流的单反摄像。目前仅有少量机型使用了“超采样”技术，如松下GH系列。所谓超采样就是把所有的像素全部用于计算以得出缩图后的数据，这当然大大增加了运算量，但得到的视频分辨率与锐度都是大大优于普通欠采样机型

—— 凡是拥有超采样能力的机型，在介绍和宣传时都会把它作为一个很突出的重点来介绍的

作者: jingrongren 时间: 2015-11-22

liuqf163@163.co 发表于 2015-11-22 08:05
其实对于视频拍摄来说，更重要的运用是超采样

目前对于能够拍摄照片与视频的机器来说，照片的分辨率都是远 ...

暂时不需要。因为总分辨率是4000*3000
而dji的4k分辨率是[size=14.0000009536743px]3840x2160，这已经打到这块cmos的极限了。
[size=14.0000009536743px]你总不能硬要它变成4:3吧。

作者: Bolazynes 时间: 2015-11-23
本帖最后由 Bolazynes 于 2015-11-23 12:01 编辑

“RX1R II镜头依旧是那颗蔡司Sonnar T* 35mm f/2.0，但分辨率直接从上代的2430万有效像素提升到了4240万像素，同时首次加入光学可调节低通滤镜来解决不同拍摄环境下的摩尔纹及分辨率平衡问题。”
攻城狮大大们偷师大法来个手动调节吧

作者: DJI-Victor.lai 时间: 2015-11-23
本帖最后由 DJI-Victor.lai 于 2015-11-23 17:10 编辑

咱们中国人智造出了目前全世界最靠谱最好用的民用航拍无人机，希望咱们中国人可以继续保持领先优势！
世界各地人民用大疆无人机航拍的作品，大家可以来观赏投票：https://www.skypixel.com/whats_new
也推荐看一下这个贴：http://bbs.dji.com/forum.php?mod ... digest%26digest%3D1

作者: keeeiuycl 时间: 2015-11-23
cmos位移防抖是可以做的。且不说DJI在机电设计方面本来就很强，成品模组也很好买。
倒是去低通和提像素这个，前者楼主可能想当然了，后者完全是看大法的脸色。

作者: jingrongren 时间: 2015-11-23

keeeiuycl 发表于 2015-11-23 17:34
cmos位移防抖是可以做的。且不说DJI在机电设计方面本来就很强，成品模组也很好买。
倒是去低通和提像素这个 ...

跟大法无关啊。
而且大法是出了名的送温暖。自家厉害的CMOS总是现在别的机器上用起来。

作者: DJI-CAO 时间: 2015-11-24
1. 关于去低通。

感谢楼主对低通和混叠的科普，精灵系列的像素大小约1.55um，我们从未在精灵系列用过低通滤镜。我们给精灵系列设计的镜头中心的Nyquist半频MTF高达0.7。一般来说，半频高于0.5(马赛克传感器的理论分辨力就是半频)就容易出现摩尔纹，但我们认为小底传感器的细节保留更重要，所以不惜把镜头MTF抬到很高，通过机内数字滤波器抗摩尔纹，让精灵系列保留更多的细节。已经有大量专业用户抱怨我们的出片太锐，细节太多，有时甚至有摩尔纹，影响了后期剪辑。这跟精灵系列的拍摄定位有关，对此我们表示抱歉。

2. 关于全屏超采样。

细心的网友会发现，精灵3的传感器采用1200万像素，当工作在录像模式时，水平宽度不变，垂直高度按照16：9缩小，这样能保证最大效率的利用镜头。为什么我们不选择更高像素的传感器，然后采用全屏超采样技术呢？原因有2点，A. 等面积传感器下，分辨率越高，单位像素面积越小，动态范围缩小，信噪比降低。于是夜拍，大光比的拍摄质量都会下降；B. 像素越多，相同频率下，镜头的MTF设计指标会被进一步抬升，为了保证采样没有摩尔纹，需要加抗混叠低通滤波器，所以全屏超采样的细节不会有相应倍率的提升，与动态范围和信噪比的损失比起来，是不划算的。另外，精灵系列的1080P视频全部采用4K超采样，我们没有刻意作宣传，因为这个不是福利，是技术发展到今天必须采用的方案。

精灵系列从传感器选型，镜头设计，处理器性能都是充分考虑航拍，考虑与飞机的续航、结构、动力等等作一体化设计。

希望大家踊跃讨论更多有意思的问题，一起学到新的知识。

作者: jingrongren 时间: 2015-11-24

DJI-CAO 发表于 2015-11-24 10:06
1. 关于去低通。

感谢楼主对低通和混叠的科普，精灵系列的像素大小约1.55um，我们从未在精灵系列用过低通 ...

啊~~我的脸被打得好痛……那天我拍的视频，发现摩尔纹很严重，我第一个反应时：“靠，有了低通怎么还这么严重”

另外请教一下，那是什么原因让它看起来还是那么糊呢。
此外X5的CMOS也是去了低通的么？
另外，为啥不加入对焦模组呢。热胀冷缩会不会导致焦平面儿的变化？

（总算吊出一个有分量的回帖，你是做相机部分的咩？）

作者: DJI-CAO 时间: 2015-11-24

jingrongren 发表于 2015-11-24 13:29
啊~~我的脸被打得好痛……那天我拍的视频，发现摩尔纹很严重，我第一个反应时：“靠，有了低通怎么还这么 ...

请您把糊的样片给到我们，我个人不容易想象摩尔纹和糊共存的场景，谢谢。

另外，X5用了低通，因为几点考虑：
1. X5的像素大小是3.7um，DJI MFT 15mm/1.7这颗镜头的解析力相对于3.7um的像素要高很多，很容易出现摩尔纹。
2. 商业视频拍摄很难接受摩尔纹，这一点和照片不一样；
3. 我们对低通做了一些特别的设计，在总厚度低于松下的GH4的情况下，摩尔纹消除的性能还可以；

作者: jingrongren 时间: 2015-11-24

DJI-CAO 发表于 2015-11-24 17:44
请您把糊的样片给到我们，我个人不容易想象摩尔纹和糊共存的场景，谢谢。

另外，X5用了低通，因为几点考 ...

啊，我不是说又糊又有摩尔纹。

是有一天我拍视频出现了摩尔纹。而有的照片觉得说不出的糊。
比如这张，水那头的叶子。
http://pan.baidu.com/s/1c0gCpCc

尤其是近距离拍摄的（没有失焦）
——比如这张自行车的背后（自行车是失焦了）。叶子毫无细节。
http://pan.baidu.com/s/1i398tjZ
上传的都是JPG

作者: DJI-CAO 时间: 2015-11-24

jingrongren 发表于 2015-11-24 18:34
啊，我不是说又糊又有摩尔纹。

是有一天我拍视频出现了摩尔纹。而有的照片觉得说不出的糊。

精灵3给航拍做了优化，超焦在约2m处。假设无穷远处放置一个分辨率卡量一下解析度，精灵3的锐度可以傲视同等1/2.3传感器用的全部镜头。

但如果用户拍2m内的景物，锐度参数会有下降，如果1m以内，会出现让人眼敏感的模糊。

飞行状态拍1m以内的物体是很危险的，例如送戒指。

相关概念详见百度百科

景深
http://baike.baidu.com/subview/7278/11103036.htm

超焦距
http://baike.baidu.com/view/206926.htm

作者: DJI-Victor.lai 时间: 2015-11-25
这位同学，精灵3相机目前是超焦距没有自动对焦。DJI航拍相机经过技术界和专业界的仔细思考，权衡取舍和调教，专为航拍优化。任何一个影像器材都有自身的特点，我个人觉得作为器材拥有者，首先，应该把器材特点了解透，在拍摄中扬长避短，把器材性能发挥出来，尽可能享受影像创作带来的乐趣。其次，在对各种器材技术特点和创作影像意义有深入了解的基础上，再来畅谈未来，我觉得会更加有意义。

作者: jingrongren 时间: 2015-11-25

DJI-Victor.lai 发表于 2015-11-25 10:47
这位同学，精灵3相机目前是超焦距没有自动对焦。DJI航拍相机经过技术界和专业界的仔细思考，权衡取舍和调教 ...

就算有些微了错误，也肯定能钓出技术大神/内部人员来科普(づ｡◕‿‿◕｡)づ
↑我是怀着这种心态发的贴。

DJI说实话太低调了。
宣传都放在飞行器上，相机的参数很难找到。连相机芯片都是靠拆机得来的，cmos用的哪家的也不知道。
衷心希望dji能继续爆黑科技。

作者: DJI-Victor.lai 时间: 2015-11-25
官网和用户手册有详细的技术规格表可以查阅。
大疆正在从中国向以欧美日为代表的世界各地输出创新，这靠的是“激极尽志，求真品诚”的精神。
搞创新，做前人没有做过的事，实践一个伟大的梦想，需要一步一步，踏踏实实的去实现，人是如此，产品也是如此。确实和一些“互联网思维”公司有本质区别。

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