科技 | 摄影背后的信息学解释

 文 | HW君 


1. 手机还是相机

前段时间华为发布了旗下的手机P30和P30 Pro,其中的高端机型的P30 Pro算上1个前置摄像头和4个后置的摄像头,整部手机一共有5个摄像头。

当然,整场P30的发布会大谈特谈的也是手机的拍照功能,似乎人们早已不再把通话和上网看作手机的功能,而拍照才是关键。

不止是华为一家,随后的OPPO也发布了新旗舰手机Reno,以及三星发布了S10系列,同样的在发布会上他们也都把更多的焦点放在拍照上。

作为一个后置摄像头大部分时间只是用来扫付款二维码、前置摄像头永远用不上的人来说,这几年发布的手机似乎没有什么吸引我的地方。

手机硬件性能过剩是真的过剩了,于是厂商们把精力都放在了手机的拍照功能上。

有的人认为手机的拍照能力已经可以挑战单反了,这个说法其实不太对。

一来是单反相机(即单镜头反光相机)已经是末日黄花,逐渐退出历史舞台,现在几大日系相机厂商主推的是无反相机(即无反光板相机)

二来是手机厂商在软件算法层面的确是完全碾压相机厂商的,但拍照这个东西,真正起决定性因素的是硬件。

因为相机拍照是一个光学过程,镜头越大、传感器越大,一张照片进光量越大,拍出来的画质就越好,这个是物理法则决定的。

手机厂商只是运用了手机强大的处理器对照片进行后期处理,并不能把画质低的画面变成画质高的画面,而只是把画质低的画面变成画质讨喜的画面。

这里的画质高就不等同于画质讨喜,例如自拍时候的美颜功能,人们要的不是脸上的痘痘皱纹能够看得一清二楚,而是拍出一张看不出皱纹和痘痘的照片。

2. 一切都是为了信息

前段时间还有另外一张引起热议的照片。

4月10日晚上,全球六地共同发布了一张黑洞的照片,我想你应该多少在新闻或者朋友圈里看过。

这个黑洞位于室女座一个椭圆星系M87的中心,质量约为太阳的65亿倍,它的核心区域存在一个阴影,周围环绕一个新月状光环,就像一个甜甜圈。

这张看上去画质差、有点糊的照片,是由麻省理工学院的科学家联合世界其他机构,在全球多地的8个射电望远镜进行观察得来的。

观测黑洞的望远镜被称为事件视界望远镜,是一种射电望远镜,也就是说其实它接受到的并不是可见光,而是某种毫米波和亚毫米波。

也就是我们最后看到的这张照片并不是肉眼可见的,而是仪器根据采集到的信息绘制出来的,就有点像人们看不见红外光,得借助红外夜视仪才能看到。

黑洞的照片发出来之后,有的人认为这张有点糊的照片重要在哪里,看起来就像小孩子涂鸦一样。

但实际上我们并不赞同这样的说法,拍摄的这张照片是独一无二的,是由海量信息量堆积起来的。

据称拍摄黑洞在2017年就结束了,一共拍摄了20PB的数据。

20PB=20000TB=20000000GB=2×1010MB

然后这20PB的数据计算了两年才得到最后这张独一无二的照片。

这也就是摄影的魅力所在。

我们拿我们最常见的手机举例,例如一个摄像头为2000万像素的手机。

你按下一次快门,那么会在一瞬间生成一张大小为20MB的图片,当然这是源文件,一般手机都会将其压缩成jpg格式,大概会在10MB左右。

10MB=10000KB=107B=8×107 bit

而1bit也就是一个0或者1,对应的是储存在电子元件里的低电平或者高电平。

也就是说,你按下一次快门,会在一瞬间生成一段有80000000(八千万)个0和1组成的字符串,而这段字符串里的0和1的排列顺序取决于你拍的画面是什么样的。

所以这才是摄影的真正魅力所在,在一瞬间定格下来海量的、独一无二的信息。

如果不是一张静态的照片,而是一段动态的视频的话,在时间轴上有了顺序,那么信息量会更加呈爆炸性增长。

著名的电影摄影机RED,可以拍摄分辨率为8K,每秒60帧(8192×4320@60fps)的视频。

也就是说如果不压缩的话,每一秒就可以记录下大约2GB的数据量。

一些风光摄影师爬雪山过草地,踏沙漠破冰川,不辞千辛万苦只为求得一图,其实很像过去的布道者,他们想要记录下最好的信息,然后传播出去。

我们在《模因 | #2 被低估的进化论》里讲过大自然一切都遵循熵增的规律,越来越无序,越来越混乱,而只有生命是一种可以凝聚起信息的东西,是负熵。

所以手机厂商把手机发布会开成了相机发布会,科学家们费尽心血拍出了一张「模糊」的黑洞照片,这些都可以理解,因为毕竟这是海量信息的诱惑。

(本章节完)

By HW君 @ 2019-04-22

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