在雙鏡頭年代,你的手機鏡頭已經不再是鏡頭

在雙鏡頭年代,你的手機鏡頭已經不再是鏡頭

2016/9/25

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本文來自合作媒體愛范兒

正如不少媒體所預料,iPhone 7 Plus 進入了雙鏡頭的時代。

雖然說 iPhone 絕不是第一個使用雙鏡頭的手機,但蘋果甚少採用最前沿的技術,但往往會把還未能量產、或成本太高的新技術,透過大量生產的方式來降低售價,這些零件才能得以普及,促使整個產業跟進。

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同樣地,iPhone 7 絕不是第一個採用雙鏡頭設計的手機 ,但考慮到 iPhone 的影響力,或許手機的雙鏡頭年代即將開始。

手機鏡頭的死胡同

為什麼手機要用雙鏡頭?關鍵在於手機照相能力已到了盡頭。

手機作為一個大眾化的消費級產品,一直都處於照相能力的軍備競賽之中。最初手機照相能力之爭,重點在於分辨率:由 60 萬、200 萬、500 萬、800 萬一直鬥到千萬級以上,非要把手機的畫面放大到「毛根」的階段,業界才發現手機 CMOS 的尺寸與分辨率已經去到難以共存的地步。

然後,產業之間開始不斷的增加鏡片數目、也不斷的增大鏡頭光圈、不斷的增大 CMOS 面積、不斷的加入光學防抖等零部件,直至連 iPhone 也有一個醜得不能再醜的凸出鏡頭(下圖),直至連 iPhone 也要為加入光學防抖而砍掉 3.5mm 耳機,大眾才開始留意到:手機內部已經難以單純透過硬體來提升成像能力。

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更重要的是:手機廠商值得為了提升相機的成像能力而作進一步的犧牲嗎?在經濟學上有一個邊際效用遞減定律 (Law of diminishing marginal utility),指的當消費者會增加一個單位產品所取得的額外效用,會隨著數量的增加而下降,直至邊際效用達到負值時(即每增加一單位產品,效用反而減少),消費者將不會喜愛該產品。

手機鏡頭的邊際效用定律

同樣地,手機鏡頭的性能增長,也受到邊際效用遞減定律所限制。在手機鏡頭發展的初期,手機的拍攝質素實在太爛,所以我們可以每一次增加分辨率、每一次增加新的鏡片、每一次加大鏡頭和感光元件,都會帶來使用者在拍攝體驗上的成長。

但是,成像能力到了 iPhone 5s 開始進入死胡同。

當時就有不少評測者,開始把 iPhone 5s 與專業級的單鏡反光相機 (DSLR) 相比;但這絕不是指 iPhone 5s 的真的達到專業級相機的水平,而是指一般使用者開始不太在意手機與專業級相機照片的細微差距 ── 儘管對於攝影愛好者來說,差別是巨大的。後來,華為偷偷的把佳能相機的照片,偷偷扮成是旗下手機拍攝的照片(下圖),就已經反映了就連廠商也覺得普通使用者根本也不在意,所以才敢指鹿為馬。

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當普通使用者已經不再重視那些「細微」的成像提升,但手機公司為了與對手競爭,仍然肆意的把相機元件提升,直至 iPhone 6 那個醜陋的「凸鏡頭」後,導致怨聲四起,業界才開始留意到:手機的空間已經不容我們無限量增加提升成像能力

當年使用者會被 iPhone 5s 的鏡頭所打動,但很難再為 iPhone 6s 的鏡頭而心動。同樣地,我們不是說單鏡頭不能再繼續提升,但改良鏡頭時所付出愈來愈多的成本、在機身裡所作出愈來愈多的妥協,只能換來攝影愛好者的讚美,但對於一般消費者來說,卻是愈來愈微不足道

故此,廠商必須在最小的犧牲下,為使用者帶來最新的價值。所以,雙鏡頭就應運而生了。

手機鏡頭作為感應器

雙鏡頭的重要性在哪裡?因為它拍出來的不光是「成像」,而是「數據」。

請不要光是把「相機」視作為「相機」,要把它視作為「感應器」,就知道它的潛力所在 ── 有了相機,你可以把平板當成掃描器 (Scanner);也可以把平板當成是擴增實境 (Augmented Reality) 的螢幕。

事實上自手機進入智慧化時代開始,開發者就不斷為手機鏡頭加入「拍照」以外的新功能: Scanner Pro 會把手機鏡頭當作掃描器 (Scanner),許多軟體也大量把手機鏡頭當成二維碼掃描器,甚至用作行動支付之用;也有程式能把鏡頭用作測距,或是把鏡頭作為 AR 運用。

儘管照相機進入數位化已經有不短的日子,但一直以來手機廠商重視的是「成像」不是「數據」,所以大家的關注點仍然是「光學」。直至 HDR (High Dynamic Range) 流行後,手機廠商才開始採用多重照片合成,來改善相片品質。

蘋果在 2011 年的 iPhone 4s 開始,在 SONY 的 CMOS 以外再自行研發自家的圖像訊號處理器 (ISP, Image Signal Processor),在 iPhone 5s 發佈會中,蘋果展示 iPhone 如何在一次的拍攝中生成海量的照片,再合成最好的照片(下圖)。當中的每一次光學成像,在處理器中已經不再是單純的光學影像,而是數據和算法。

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同樣地,雙鏡頭的重要性並不是因為它有雙鏡頭。

單純從硬體來看,雙鏡頭拍出來的成像,極其量就是兩張不同像素的照片,單獨看起來意義不大。但如何發揮雙鏡頭的優勢,關鍵已經不單單是光學,而是合成算法 ── 蘋果近年雖然在人工智慧上默默無聞,但實際上他們早就對此深度研發;剛好在 iPhone 7 的發佈會上,蘋果高層 Phil Schiller 指出,他們在 iPhone 7 的鏡頭裡大量使用機器學習 (Machine Learning)(下圖)。

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簡言之,未來手機鏡頭將會步入新的時代:影像算法和人工智慧。

雙鏡頭的「感應器」作用

目前的消費級設備上的雙鏡頭運算,主要以兩種方式為主,一是雙目「疊加」,二是雙目「視差」。

手機的雙鏡頭運算,目前主要以「疊加」來增強攝影功能。HTC One 和 iPhone 7 一樣,均以雙鏡頭為手段,讓手機在沒有變得更厚的情況下,把兩個影像數據對比,然後進行像素疊加,借此達至無損/低損的數碼變焦功能。

而華為在雙鏡頭的處理則有點不同:它們以一個黑白、一個彩色的鏡頭組合,利用黑白感應器有更佳光線感應能力的優勢,再把彩色鏡頭的色彩訊息疊加,借此取得更好的低光拍攝能力。不過,兩者都可以把不同焦距的效果疊加,然後讓使用者能在後期調整景深。

相反,目前不少非手機設備的雙鏡頭運算,卻是以「視差」來測距,借此進行 3D 建模。目前的體感遊戲設備、VR 設備、以致無人機和無人駕駛汽車的自動避障功能,均過雙鏡頭攝影機透過鏡頭之間的距離,使影像出現「視差」,然後再把兩個不同的影像數據對比,用三角算法計算出鏡頭與對像之間的距離(下圖),並即時繪畫立體影像,借此渲染虛擬影像、或計劃安全的行駛路線。

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然而,由於 VR/AR 技術、以及自動避障技術愈來愈流行,導致早前不少媒體誤以為 iPhone 為首的雙鏡頭陣營,將會把手機帶到 VR 世界裡。

問題是「雙目疊加」和「雙目視差」的設備,在目前的科技下仍然是個矛盾命題:雙鏡頭的兩個影像的差距愈少愈好,系統才能更準確的把影像無瑕疊加,故此,兩個鏡頭必須盡量靠攏在一起;但 VR/AR 所用的雙目視差,兩個影像必須有夠差距,兩者之間的夾角才能增加,運算精度才能提高,所以兩個鏡頭之間的距離必須愈遠愈好。

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除了是雙鏡頭距離之間的矛盾之外,目前使用雙目視差來進行 3D 建模,所需要的計算能力遠遠比影像疊加要高。大疆 Phantom 4 就以專門的 FPGA 來進行雙目運算,而 HTC Vive 更需要高端桌面電腦來能推動,而坊間大部份的無人駕駛汽車也要使用「核彈頭」級別的專門圖像處理器來計算。但以目前手機晶片的處理速度和手機的續航力來說,根本不足以進行 3D 建模。

簡言之,iPhone 在短期內,不可能透過雙鏡頭做到任何與 VR/AR 有關的事。

但是這代表蘋果「未來」真的不可能透過相機頭加入 VR/AR 陣營嗎?我們並不知道。但是,蘋果 CEO 庫克對 VR 和 AR 兩者,他們更重視的是 AR。而 AR 正是需要大量使用鏡頭作感應器的交互方式。

也許 iPhone 在今天的水平仍然不足以在 AR 做些什麼事,但蘋果在 iPhone 7 上開始,累積雙鏡頭的算法,等候幾年後的硬體爆發時,就可能是時候了。

手機攝影將會進入新時代

雖然如此,也許目前的科技未能協調兩者的矛盾,但在雙鏡頭的帶領下,未來手機攝影仍然不可避免的進入「智慧」、甚至是「電腦視覺」的時代。

製造手機的時代已經改變,手機廠商將很難光以強大的供應鏈能力,以採購元件和把開源系統稍稍改進,就能推出手機。所以,沒有算法和人工智慧技術的廠商,將會愈來愈吃虧。

蘋果也是一樣。iPhone 7 Plus 的虛化效果比起先前引入雙鏡頭的手機廠商來說還不錯,但從攝影師的角度去看,這些照片(下圖)距離相機還是有很長的距離。而且與通過光學效果實現虛化相比,蘋果在現階段的數位算法還不能達到這個水平。

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很明顯,蘋果在這方面還有很長很長的路要走。

同樣地,相機元件廠商未來也要面對巨大的挑戰。以往只提供硬體平台的他們,將要進一步提更完善的相機算法方案,更可能要與手機晶片製造商合作,把計算能力和影像計算整合,並為未來的手機元件產業帶來更大的衝擊,就例如高通 (Qualcomm) 就準備好雙鏡頭模組方案,手機廠準備打開錢包買新組件吧。

且讓我們拭目以待,這一次的雙鏡頭革命會如何改變手機生態吧。

iOS 10 比 iOS 9 更易被駭客破解,破解速度甚至快了 2500

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photo credit: iphonedigital

本文轉載自合作媒體騰訊科技

升級是為了更安全,但根據 9 to 5 Mac 報導,Apple 公司最新的行動作業系統 iOS 10 內 iTunes 備份密碼認證機制,卻比前幾代的系統都還要來得容易破解,破解 iOS 10 的速度甚至比 iOS 9 要快上 2500 倍。

根據專攻獲取 iPhone 數據訪問權限軟體設計的公司 Elcomsoft 的最新的調查測試結果顯示,iOS 10 中所用的最新 iTunes 備份密碼認證機制使得該系統變得更容易遭到攻破。

據了解,Macbook 或是 PC 端上的 iTunes 加密備份能夠透過密碼獲得保護,但透過以往的數據調查可以得知,但它還是有可能會遭到某些密碼破解軟體的暴力強制破解。而當前 iOS 系統中的 iTunes 備份機制跳過了一些特定的安全檢查步驟,這就使得 Elcomsoft 的破解工作變得更加容易。

如果攻擊者一旦獲得了 iTunes 的備份密碼,這就意味著它可以隨意地獲取手機上的所有數據,其中包括儲存在 Keychain (鑰匙圈,儲存用戶的帳號密碼以及其他機密資訊)上所有的密碼和其他敏感訊息。

在這個時候,根據以前的調查數據顯示可以發現,相比之下 iOS 10 的攻擊速度大約是 iOS 9 的 2500 倍。下面是 Elcomsoft 的具體測試結果:

  • iOS 9(CPU): 每秒 2400 次 (Intel i5)
  • iOS 9(GPU): 每秒 150000 次(NVIDIA GTX 1080)
  • iOS 10(CPU): 每秒 6000000 次(Intel i5)

根據上面的數據,來自 Peerlyst 的安全分析師 Per Thorsheim 表示:蘋果在最新的系統中將原先的 PBKDF 哈希演算法改成了 SHA256 演算法,前者擁有了 1 萬個迭代,後者卻只有一個,這種情況就導致了攻擊者在對手機系統進行暴力攻擊破解的時候速度可以獲得大幅度的提升。

蘋果近日在《Forbes》發表了聲明,他們在聲明中表示:蘋果已經意識到了這一問題,並已經開始了修復工作,正在努力解決這個問題。

「我們知道,iOS 10 中所用的最新 iTunes 備份密碼認證機制容易遭到暴力破解,目前我們正在努力修復這個問題。但這並不會影響到 iCloud 的備份安全。」蘋果的一位發言人表示,「我們建議用戶為了確保 Mac 和 PC 的密碼保護安全,進行只能授權用戶訪問的設置。另外額外的安全保障可以使用 FileVault 全磁盤進行加密。」

蘋果進行了 iOS 10 和 Mac OS Sierra 的更新,因此這個問題的解決將有可能透過軟體的新版本的修補程式中,據了解,iOS 10.1 和 MacSierra 10.12.1 已經在本周的早些時候進行了 beta 的測試。

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