手机也能拍出艺术品？大师镜头，“真”突破了不少

历经无数日夜的技术研发，蛰伏已久的Xiaomi 12S系列终于露出庐山真面目。

此次Xiaomi 12S系列（Pro/Ultra）搭载了全新的“大师镜头包”，内含“35mm 经典人文黑白镜头”、“50mm 经典人像旋焦镜头”、“90mm 经典人像柔焦镜头”三款人像镜头。

大师镜头包，可以轻松适配不同场景的特色，让你每一张照片都有独到的美。

大师镜头，能给我们带来哪些传奇体验？镜头包里的三颗镜头，究竟藏着哪些科技秘密？拉紧小编的手，顺着介绍慢慢走......

何为“大师镜头”

从相机诞生以来，近200年的历史中，无数摄影师借助镜头保留了经典的历史瞬间。

此次Xiaomi 12S（Pro/Ultra）配备了三颗高度还原了相机质感的人像镜头，分别为“35mm”“50mm”和“90mm”焦段的大师镜头，将专业的质感熔铸于手机镜头中，给予使用者极致的体验效果。我们无需仔细研习摄影攻略，只需将Xiaomi 12S（Pro/Ultra）拿在手中，一键成像，大师自来。

而此次的人像镜头之所以被命名为“大师镜头”，不仅源于小米工程师们对专业相机模拟的极致追求，更是向过往拍摄者的致敬。

“大师”代表了复刻镜头效果的品质，让每一颗人像镜头都充满传奇色彩，使用大师镜头，是穿越百年的灵感交汇。

三颗人像镜头

细节中定义你的美

Xiaomi 12S（Pro/Ultra）配备了三颗人像镜头，伴随着用户点击切换，可以体验到不同的人像模式风格，但“人像模式”并不是简单的光圈调整，从一颗小小的光斑，到艺术自然的风格，更多的细节潜藏在相机的成像之中。

小米相机部工程师们发现，目前绝大部分手机中的”人像模式“都只模拟了理想大光圈镜头的虚化效果，虚化效果单一，与真实大光圈镜头效果有较大差异。

经反复对比试验，类似光圈值的相机与手机拍摄同一时间的场景，两者除了基础画质差异外（曝光，色彩还原，暗角等），在景深渲染中也有显著区别，相机实拍的虚化浓度较小米手机更强，光斑颜色和层次更加丰富，且光斑有一定程度二线性（二线性是指光斑边缘比中心更亮），有明显的口径蚀（口径蚀是指光斑形状不全是圆型，随着光斑空间位置变化而变化）。

为了让用户能在手机拍摄时体验真实大光圈镜头带来的虚化效果，大师镜头定义了三款人像镜头：

35mm 经典人文黑白镜头（35mm f/1.4）
50mm 经典人像旋焦镜头（50mm f/0.95）
90mm 经典人像柔焦镜头（90mm f/2.2）

覆盖了35~90mm人像焦段。那么，不同的人像镜头，究竟有哪些画面特色？

1 35mm 经典人文黑白镜头：色彩离析，深沉质感的美

这款镜头采用的是35mm焦段，参考了众多35mm镜头的大光圈效果，它最大的特点是黑白效果，同时也模拟了轻微的口径蚀与二线性效果。

下面两张图是35mm大师镜头的实拍图，由于黑白会给人带来怀旧，深沉感觉，且能突出光影的质感，给人无限遐想的空间，所以非常适合拍摄人文、历史、回忆等主题的场景。

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总结：

35mm大师镜头，焦内锐利，焦外柔美，有轻微暗角，即使在逆光高反差场景也有良好的影调及细节。适合拍摄人文题材和环境人像。

2 50mm 经典人像旋焦镜头：极小景深，溢出背景的美

此款镜头采用的是50mm焦段，具有极小的景深，带有强烈的口径蚀效果，口径蚀形状从图像中心到四周由圆形向三角形过渡，同时还具有轻微的二线性，使光斑边缘更加锐利。

以下图片是50mm大师镜头的实拍图，由于这款镜头模拟的超大光圈，景深非常浅，所以非常适合于主体与背景存在较远距离层次的场景创作，例如在主体后方有可视大场景的情况下拍摄主体特写。同时，由于50mm大师镜头带有强烈的口径蚀效果，其在光斑表现方面异常突出，拍摄光斑较多的场景成片非常好看。

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总结：

50mm大师镜头可拍摄景深超浅的人像效果，营造出空气感，润泽的奶油焦外有旋转效果。适合拍摄人像。

3 90mm 古典人像柔焦镜头：虚化现实，如梦如幻的美

该镜头采用的是90mm焦段，模拟f/2.2大光圈虚化效果，它最大的特点是模拟了古典柔焦效果，整体画面柔化，保留图像亮暗部细节的同时抹去图像的瑕疵，类似于美颜效果；

除此之外，90mm大师镜头还模拟了强烈的二线性，拍摄出的光斑呈现“洋葱圈”形状，非常具有特点。下面两张图是该镜头的实拍图，由于自带了柔焦效果，会给人一种超现实的梦幻感，非常适合拍摄梦想、闪回、科幻等场景。

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总结：

90mm大师镜头拥有梦幻般的柔焦效果及洋葱圈状的焦外光斑。适合拍摄人像特写及静物。

铸造大师镜头

究竟要多少技术？

在大光圈的单反相机实拍照片中，最具有辨识度的就是其独特的焦外成像效果和质感，而焦外的口径蚀及二线性，更是让摄影师有了更大的发挥空间。

1 口径蚀与二线性：描摹完美的点状光

浅景深的特性是：突出被摄主体、虚化背景，往往被用在人像摄影拍摄上。除此之外，浅景深效果还有一个重要的特点，即高动态对比区域（HDR）会产生“光斑”，它具有明显的口径蚀及二线性。

光斑：通常指在摄影中取景器内存在的较为明亮、呈现环状的区域光源。
二线性：指光斑周围存在明亮的轮廓。
口径蚀：指光斑形状从理想圆形逐渐变成非理想圆形。

光斑是镜头素质评判的关键标准，代表着镜头在成像时点状光源的扩散方式。目前通过在手机上搭载双摄像头，外加虚化渲染算法实现浅景深成像。但这些算法实现的背景虚化，很难在手机上快速模拟光斑的二线性和口径蚀。

为了能够在大师镜头中准确模拟出这些极具特色的光斑效果，工程师们使用相机拍摄了大量不同距离、不同光圈、不同画幅位置、不同光强下的图片，搭建了一个庞大的光斑数据库。

大师镜头使用深度学习网络学习相机镜头中光斑口径蚀与二线性效果，并结合小米手机镜头特性进一步优化模型结构与参数，使得大师镜头能根据图像的内容自动生成最适合的焦外虚化形态，让普通用户也能拍出摄影大片。

2 加速架构：图像处理，更快一步

在大师镜头中，为了模拟口径蚀、二线性等成像特性，需根据图像的不同位置及内容，使用不同的模糊核形状对图像进行渲染。这对手机平台的算力具有极大的考验。为了加快图像处理的速度，小米工程师们对算法框架做了针对性设计。

1.引入图像变换域处理技术

图像变换域处理技术是指，通过将我们平常所看到的空间域图像，通过一定的函数关系，映射到变换域中，在变换域中进行处理后，在通过映射将图像逆变换回空间域中，得到我们所需要的结果图像。

在大师镜头中，我们引入图像变换域处理技术，通过选择最优的变换域，将虚化渲染的运算量降低了近100倍，从而大幅加快了大师镜头算法的运算处理速度。

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2.图像自适应并行化处理框架 ‍

为了进一步降低算法耗时，小米工程师们还创新性地设计了图像的自适应并行处理框架。通过智能识别图像内容，将图像智能分割为不同区域，同时依托于小米自研的图像算法加速引擎(MAGE)，智能调度手机中的多种硬件，对图像进行并行化处理。此外，通过MAGE对硬件的动态调度，大师镜头算法性能可以提升近10倍。

3 模拟柔焦：朦胧or真实，我们全都要

1.柔焦下的技术矛盾

柔焦是一种使画面呈现朦胧柔和的艺术效果，修饰了人物皮肤瑕疵的同时，更好地保留人物的真实感。要想创作出兼具光斑二线性、景深虚化和柔焦等多重效果的人像镜头，就必须面临两个挑战。

一是：性能开销大与资源受限的移动平台部署之间的矛盾；
二是：图像柔焦模糊和光斑二线性的锐化边缘的效果矛盾。

2.自研算法，破解柔焦自然

对于性能开销与资源受限的移动平台部署之间的矛盾，我们提出“分层渲染策略”，对用户视觉观感不强烈的背景区域，采用功耗优先渲染算法，弱化背景优先保证出图速度。对于视觉观感重要的光斑区域，采用效果优先的渲染算法，强化、烘托画面主体，保证视觉观赏性。用分而治之的思路去平衡成片效果和性能，推动复杂算法落地手机平台。

对柔焦模糊和二线性光斑的效果矛盾，我们研发落地“自适应分层融合算法”，解决了因不同图层融合出现的生硬贴图感，实现兼具锐利光斑边缘和柔焦模糊的自然柔焦效果。

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4 高动态光斑识别：更精准高光识别，炫目也炫彩

相机镜头因为光圈和sensor尺寸较大，成像时会形成光学光斑，无需任何处理。对于手机而言，由于质量和尺寸的限制，光圈和sensor尺寸远远小于相机，无法在成像过程中形成光学光斑，只能通过算法后期模拟。

想要在手机中模拟出相机中的光斑，需要先计算出光斑距离景深的距离和光斑的能量，但在手机上落地实现是十分困难。

原因之一：手机中的数字图像处理芯片(ISP， image singal processor)会对sensor的亮度做非线性调整，以模拟人眼对亮度的感知，所以图片的亮度值很难准确描述光斑的能量；
原因之二：sensor动态范围有限，所以超出sensor动态范围的能量都会被sensor截断，表现为同一亮度值。

为了解决ISP对光斑能量估计的影响，大师镜头将光斑能量估计放在ISP前面，也就是在sensor直出的图像中估计光斑能量。这一步虽然解决了ISP对的光斑能量估计的干扰，但sensor直出的图像中含有大量的噪声，同样也会影响光斑能量的估计。

为了降低噪声的干扰，大师镜头还采用了多帧融合降噪技术，也就是每次拍摄时，自动拍摄多张图片，利用AI技术将拍摄的多张照片角度对齐后，使用导向融合技术将多张噪声图片融合成一张低噪的图片。

其次，引入动态范围扩展技术，有效拓展sensor动态范围，可以大幅缓解sensor有限动态范围对光斑能量估计的影响。