是不是黑科技?聊聊三星感光器的RWB排列
7931 于 2015.06.20 22:13:42 | 源自:www.soomal.com | 版权:投稿 | 平均/总评分:08.94/286
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近日“三星移动方案论坛”中提出了新的传感器滤镜排列方案:RWB,这是一个之前没有任何厂家做过的技术。由于近几年Omni,Apitina在技术方面发展相对缓慢,三星的传感器技术在市场上已经较为强大,在索尼产品缺货时也成为了最大的替代品。但RWB究竟是什么?我们今天来看看。

滤镜

这个滤镜并不是我们日常拍照用的滤镜,而是在CMOS上面的滤镜,从而能够显示不同颜色的滤镜。也就是说,每个亚像素上其实都有一个滤光片。目前绝大部分民用感光元件都是拜耳阵列。也有一些另辟蹊径的,比如富士,采用了X-Trans排列;或者适马,采用了Feveon X3的结构。

  • 但上面这些结构本质上都是RGB三原色,也就是红绿蓝三种颜色。其中最为流行的拜耳阵列模拟人眼对色彩的敏感程度,采用1红2绿1蓝的排列方式将灰度信息转换成彩色信息。采用这种技术的传感器实际每个像素仅有一种颜色信息,需要利用反马赛克算法进行插值计算,最终获得一张图像。

    但近几年,一种新型的滤镜排列开始出现在市场中,即,RGBW。这种排列将上面的1红2绿1蓝中的一个绿色替换为W,即白色,这个像素用于感知明暗程度。单色滤色镜阻止了其他颜色光线的进入,不严谨的说,光线只有1/3的部分被利用了。而白色,也就是无滤色镜,能够透过更多光线。也就是说光线被利用的部分更多了。通过这个像素点,从而提高夜拍质量。

    在消费级产品中索尼最早尝试这种排列,在第一代堆叠式感光元件中,索尼原计划将IMX135做成RGBW排列,但由于种种技术原因,当时没有实现。直到现在的IMX278中才将RBGW排列带入民用产品,例如华为P8。

  • 比索尼产品更早进入市场的是OmniVision,型号为OV10820。这个型号可能大家不太熟悉,但如果提到采用了这块CMOS的机器,MOTO X,大家就应该都知道了。这台机器的CMOS采用的是RGBC排列,其中C代表Clear,也就是说这个像素点上什么滤色镜也没有。尽管名称不一样,从原理上看,和索尼的RGBW是相同的。但由于算法问题,MOTO X在拍照画质表现并不算好,唯一的优点就是夜拍不错。这也证实了这种排列在弱光拍摄下的优势所在。

    而三星则更加丧心病狂,直接将1红2绿1蓝中两个绿色像素点都替换成白色。这并不是新鲜事,更不是抄袭。早在2006年,韩国就有关于RWB排列的论文,三星不过是将过去的成果商业化了。今年三月,三星就已经发布了一款RWB排列的传感器,型号为S5K4H5YB,采用了三星ISOCELL技术。

    那,还有没有更丧心病狂的?

    2012年,徕卡发布全画幅数码旁轴相机M-Monochrom。

  • M-Monochrom被认为是M9的黑白版。其搭载的1800万像素传感器没有配置分色滤镜,因此不产生色彩信息。这意味着M-Monochrom能够接收更多光线,并且由于无需去马赛克程序(合并颜色信息的步骤),能够保留更高水平的细节信息。

    为什么?

    上文已经提到,采用无色滤镜可以有更好的光线利用率。在技术水平相同,低光照条件下,RWB能够比传统RGB的拜耳阵列,或是RBGW排列更好更有效的利用光线。三星称,能提高3db低光照下信噪比,也就是说,能再提升半档高感,比如原来ISO 800可用,现在则约能提升到ISO1200可用。

    这并没有结束

    换个角度来看,由于RWB排列能够更好的利用光线,进一步提升低光照下信噪比,相对更小的像素也能提供可接受的低光照画质。三星大胆的将RWB排列的感光原件单个像素大小从1.12μm缩小到了1μm。由于每个像素变小了,因而同样像素所需要的感光原件面积也变小了。三星称可减小23%的感光原件尺寸。

    由于感光原件面积缩小了,同样像素下的等效系数就变大了;或者说,等效焦距下,所需的实际焦距减小了,所以同样像素下,镜头可以做得更薄了,因此摄像模组也变薄了。有利于缩减机身整体厚度,或者让镜头不用凸起来。三星称,如果采用单个像素为1μm的RWB新技术,1600万像素和1300万像素的拍摄模组厚度可以分别从6.5mm和5.0mm降至5.2mm和4.5mm。

    又能提高像素,又能减小体积,还能提升高感,三星还没这么黑科技吧。

    由于和传统拜耳阵列不太相同,而MOTO在拍照方面表现并不稳定。因此,MOTO X在拍照方面的表现并不算好,甚至饱受差评,唯一的亮点就是高感。而这仅仅是一个2×2阵列中,将一红两绿一蓝滤镜中的一个绿色改为无色,也就是说是红绿蓝加上明度。而RWB则是进一步将两个绿色都变为无色。

  • 尽管这种方式能够提升高感,但高感并不是一台设备画质的唯一标准,日常拍摄中还有很多重要标准,如色彩、解析度、宽容度等等。

    那么问题来了,缺少绿色滤镜的RWB,色彩怎么办?

    绿色需要依靠算法,目前所有算法都不适合RWB排列。拜耳阵列对于色彩的算法是:它是一个4×4阵列,由8个绿色、4个蓝色和4个红色像素组成,在将灰度图形转换为彩色图片时会以2×2矩阵进行9次运算,最后生成一幅彩色图形。然而这显然并不适合RWB色彩方面的运算。

    早期论文中算法非常简单粗暴:

  • 意思就是,一个白色像素感受到的光线,除以三,就是绿色。如果实际中真采用了这种算法。那就……

    实际算法中肯定并非如此,例如在照片转化为灰度算法中有一个公式:

    • 灰度= 红*0.299 + 绿*0.587 + 蓝*0.114

    无色滤镜下的像素点可以感受到明暗程度,旁边又有红和蓝,如果通过上面算法逆推,也可以得到一个绿色的值。三星并未公布色彩算法的技术细节,但从自然光中既然可以计算出绿色,为什么不用GWB,RGW这些排列呢?反正也都是计算,人眼对绿色还更敏感一些。无论如何,使用RWB滤镜排列的感光原件,最后由算法得出的绿色只是算出一个“接近值”,照片色彩会有非常大的概率失真。

    总结

    RWB这项技术并非脑洞大开之作,这项技术早已有之,十年前就已经开始有相关人员进行研究,只是从理论走向实际应用,没那么简单。在三星之前,已经有厂商对于白色像素点进行了研究,并提供了相关产品。三星将这项技术推向更为极端的方向,牺牲了色彩性能以换取更好的低光照表现。这样的结果会如何?我们静待市场表现吧。

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    现今有没有只通过一颗像素即可以识别颜色和亮度的,如果有感觉这样才是真黑科技
    发表于2015.07.04 16:21:12
    56
    202.097.130.***
    202.097.130.***
    发表于2015.07.01 10:35:19
    55
    059.049.241.***
    059.049.241.***
    发表于2015.06.30 10:05:32
    54
    171.111.046.***
    171.111.046.***
    发表于2015.06.28 15:41:39
    53
    060.018.250.***
    060.018.250.***
    发表于2015.06.25 23:21:15
    52
    113.103.038.***
    113.103.038.***
    发表于2015.06.25 12:16:27
    51
    122.228.225.***
    122.228.225.***
    发表于2015.06.24 22:42:24
    50
    125.088.166.***
    125.088.166.***
    发表于2015.06.24 18:53:56
    49
    之前的索尼RGBW感光器已经有声音说纯色的显示有问题,可以当作是索尼的一种新尝试,但三星和索尼不同,因为三星自己是长期使用A屏的,其A屏的像素排列本来就不是常规做法...有可能就是这种新的像素排列方案就是用来匹配某种A屏的,然后又缩小了模组尺寸,因为很难想象这种新排列的传感器会被别的厂商大规模使用,三星拿来自己试水的可能性很大。
    发表于2015.06.24 02:45:09
    48
    211.103.005.***
    211.103.005.***
    发表于2015.06.23 15:11:28
    47
    220.163.112.***
    220.163.112.***
    发表于2015.06.23 10:23:32
    46
    114.242.***.***
    114.242.***.***
    不是其实牺牲的不是色彩准确性,假设有一大片纯色区域,这种算法得出来的结果是绝对准确的。被牺牲的是色彩分辨率,可能还有纯净度,关于这些指标的表现可以参考Feveon X3对比普通拜耳阵列时的优势来反推。
    此帖使用M353提交
    发表于2015.06.23 09:10:34
    45
    183.028.112.***
    183.028.112.***
    发表于2015.06.23 09:10:09
    44
    咱咋不干脆搞个WWW全无色滤镜来得更彻底捏?
    发表于2015.06.23 02:35:22
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    发表于2015.06.22 23:54:36
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    03
    想到了RWBY
    发表于2015.06.22 21:41:10
    40
    058.241.***.***
    058.241.***.***
    索尼的传感器技术肯定是越来越进步的,但是没有竞争的大法进步的并不明显
    此帖使用NX503A提交
    发表于2015.06.22 10:27:25
    38
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