在过去、现在以及未来,你照片中的像素都从哪来?

时尚   摄影   2024-12-10 12:02   山东  


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最近编辑部门在讨论公众号文章选题,真的是有点技穷了,能讲的、想讲的,几乎都讲过一遍了,这不,把摄影爱好者的健康都拎出来讲了来来来,看看中老年摄影爱好者的断崖式衰老在哪一年?在这种情况下,不得不祭出大杀器了——摄影点评。点评这个栏目,老粉都知道,我们曾经出过不少期,也赢得过不少好评,希望这次重装登场,能够给大家带来不一样的角度与想法。
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今天,好机友摄影跟大家聊一下像素。
关于这个概念的基本定义,大多数人都明白。
但可能会有相当一部分人不太清楚,在过去、现在以及不远的未来,图形图像视觉的最基本不可分割的单位——像素,从哪来。
先看下面的四幅图像,经过不断放大,最终我们就看到了图形图像视觉艺术的最基本不可分割单位——像素。
这些小方块都有一个明确的位置和被分配的色彩数值,小方格颜色和位置就决定该图像所呈现出来的样子。 
无论是我们在电脑上,还是在手机上,像素都是最小不可分割的单位。

当你掌控了像素的来源,你就能掌握了千变万化的视觉艺术创作技法。

这篇文章的目的是想告诉大家,与以往相比,像素的来源发生了大幅度变化。


古早时期像素来源

这个时期的像素来源于数码相机及扫描仪,下面我们以大家常用的相机为例,讲解照片中的像素是怎么来的。

当相机拍摄一张照片时,像素是通过光电转换的过程生成的。下面是这个过程的解释:

  1. 光线进入镜头:当光线通过相机镜头进入相机时,它会通过一系列透镜和光学元件来聚焦和调整光线的路径。
  2. 光线到达图像传感器:光线通过镜头后,会达到相机的图像传感器。图像传感器通常采用两种技术之一:CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)。这些传感器由许多微小的光敏元件组成,也可以称其为像素。
  3. 光电转换:当光线到达图像传感器上的像素时,光敏元件会将光线转换为电荷。每个像素内都有一个光敏元件,通常是一个光电二极管。当光线照射到光敏元件上时,会产生电子。
  4. 电荷放大和读取:一旦光线转换为电荷,图像传感器会对电荷进行放大和读取。传感器中的电路会将电荷转换为电压信号,并将其放大以提高图像的质量和亮度。
  5. 数字化:在电荷放大和读取后,图像传感器会将模拟信号转换为数字信号。这是通过模数转换器(ADC)完成的,它将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。
  6. 像素数据组合:一旦图像传感器将模拟信号转换为数字信号,这些数字信号表示图像的像素值。每个像素的值代表该位置的亮度和颜色信息。

总结起来,当相机拍摄照片时,光线通过镜头进入相机并聚焦在图像传感器上的像素上。光线经过光电转换,转化为电荷,然后通过电荷放大和读取,转换为模拟信号,最终转换为数字信号。每个像素的数字值代表图像的亮度和颜色信息,组合起来形成最终的照片像素。

在这个过程中,像素组成的图像质量,七分天注定,三分靠打拼。


现代像素来源
在当前,构成图形图像视觉艺术作品的像素,除了有数码相机、手机外,还有一大部分来源于手绘软件如PS,以及三维软件如C4D、MAYA。
例如,当我们使用Photoshop进行绘画时,图像中的像素是通过绘图工具生成的。
当使用三维软件进行建模和渲染时,生成的图像上的像素是通过以下过程生成的:
  1. 建模:模型可以是物体、场景或角色等三维对象。
  2. 纹理映射:为了给模型赋予外观和细节,可以将纹理映射到模型表面。纹理可以是图像或图案,它们被映射到模型的表面以模拟材质、颜色和纹理细节。
  3. 照明设置:在场景中设置光源,包括环境光、点光源、聚光灯等。光源的位置、强度和颜色会影响渲染结果的亮度和阴影效果。
  4. 相机设置:在三维软件中设置相机参数,包括视角、焦距、景深等。相机定义了观察场景的视角和位置。
  5. 渲染:通过渲染引擎对场景进行渲染,将三维模型转换为二维图像。渲染过程考虑了光照、材质、阴影、反射等物理属性,计算出每个像素的颜色和亮度。
  6. 像素生成:在渲染过程中,每个像素根据模型的几何信息、纹理映射、照明和相机参数等计算出最终的颜色值。这些颜色值组成了图像上的每个像素。

在这个过程中,像素组成的图像质量,依赖于创作者的素质,如软件操作娴熟程度、审美水准等,但对结果有很强的可控性。

 
未来时代像素来源

毫无疑问,在未来的人工智能时代,以上几种像素获取方式仍将存在,但一个很大的变化是,随着人工智能进一步强大,以后我们看到的大部分像素都会是由机器通过算法运算生成的。

这个预言不是好机友摄影原创,而是来源于Nvidia的首席执行官黄仁勋。

例如,当前最为流行的AI绘图平台Midjourney,使用的就是生成对抗网络(GAN)、变分自编码器(VAE)等模型来生成图像。

下面是一个简单的示例来解释人工智能生成图像的像素生成过程:

  1. 训练模型:首先,需要训练一个生成模型,例如生成对抗网络(GAN)。训练过程中,模型会学习从随机噪声向量中生成逼真的图像样本。这个过程通常使用大量的真实图像作为训练数据集。
  2. 生成器网络:GAN模型由两个主要组件组成,生成器和判别器。生成器网络接收一个随机噪声向量作为输入,并将其转换为逼真的图像样本。生成器通过学习真实图像的分布和特征来生成类似的图像。
  3. 判别器网络:判别器网络是GAN模型中的另一个关键组件。它的作用是对生成器生成的图像样本进行评估,判断其是否与真实图像相似。判别器网络被训练为能够区分生成器生成的图像和真实图像。
  4. 像素生成:在生成阶段,通过输入一个随机噪声向量到生成器网络中,生成器将随机噪声转换为一张逼真的图像。生成器网络的输出是一个像素数组,每个像素具有特定的颜色和亮度值。
  5. 后处理:生成的图像可以经过一些后处理步骤,例如调整亮度、对比度、色彩平衡等。这些步骤可以改善生成图像的质量和外观。
  6. 输出图像:生成的图像可以被保存为图像文件或显示在屏幕上,供观察和使用。
在这个过程中,像素构成的图像质量依赖于创作者的提示词撰写水准,以及算法的性能。
正因如此,AI才能够在短短十数秒的时间内,生成细节与质感惊人的图像,这些图像上的每一个像素,都不再依靠人工手绘,不再依靠光线跟踪、纹理及材质信息。

可以说,以现代摄影师、设计师为代表的视觉艺术工作者,一辈子都在跟像素打交道,只有深刻理解了像素从哪里来,会到哪里去,才更能把握未来的趋势,获得更宽广的发展道路。


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