在一些特殊场景,如逆光场景、低光照场景等,曝光是怎么处理的?
首先需要明确的一点是,到目前为止,AE算法生效都是全局的。这也就意味着,曝光提亮时,全局都是变亮的,曝光压暗时,全局也都是变暗的,不存在只提亮或压暗画面中某一区域的情况。同时,单一的图像传感器动态范围是有限的,因此在一些高动态范围场景(如逆光场景)时,是没有办法同时兼顾亮区和暗区的。
如上图中所示,亮区曝光亮度正常时,暗区过暗;暗区曝光亮度正常时,亮区过曝。因此,逆光场景的曝光问题,本质上就是一个测光问题,即如何选择测光区域。可选的做法包括,与AI结合,通过神经网络算法检测出“优先曝光区域”,如人脸等;或者通过人机交互,由拍摄者选择测光区域等;如果无法从其他渠道获取测光区域,则可以通过预设曝光优先模式,如“亮区优先”等,然后通过统计结果中的亮度直方图,区分出暗区和亮区,并进行相应的曝光。
以上都是单纯的针对AE算法的处理思路。实际上,针对极端逆光场景,通常会将AE算法和HDR算法相结合。在数字宽动态情况下(只通过算法实现宽动态),通常在曝光时,会倾向于将高亮区域曝光正常,暗区则通过后处理如增益,gamma映射等方式提升亮度。但这种方法提升有限,其实是“假宽动态”。“真宽动态”通常会通过多帧曝光、多摄等方法获取多帧不同程度曝光的图像,并通过多帧合成的方法扩展动态范围。
低光照场景AE算法的核心矛盾是,光照不足导致信噪比低,画面昏暗。自动曝光策略需要在“获得足够的亮度”和“控制噪声,提升信噪比之间”找到最佳的平衡点。首先是曝光控制因素的生效顺序上,应优先选择增加进光量,比如开大光圈,在保证画面不出现拖影的情况下尽量提升曝光时间,如果条件许可情况下开启补光灯等,同时谨慎使用曝光增益,在使用增益时,优先使用模拟增益等;其次,曝光目标值的设置。在低光照场景下,应适当降低曝光目标值,这样既能一定程度上降低增益,减少噪声,同时低光照场景下画面稍暗也更符合人眼的主观预期。
如上图中,低光照场景下的照片,人眼并没有感觉画面不合适,虽然画面的实际亮度确实是低于白天光照场景下拍摄的照片。
除了AE算法本身外,也可以设计其他算法提升图像信噪比。比如很多手机“夜景模式”用到的多帧降噪技术,即采用短时多次曝光,然后对多帧图像进行对齐和时域平均。同时,其他算法模块尤其是降噪算法中,应该有和噪声水平联动的机制,以提升低光照场景下的图像效果。