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HTC M7拍照的秘密武器?Ultrapixel感光元件揭秘


2020-06-07


英国媒体 Pocket-lint 消息指出,宏达电执行长周永明在尾牙现场「试拍」的 HTC M7 旗舰机,将搭载採用全新 Ultrapixel 感光元件技术的 1,300 万画素相机。Ultrapixel 感光元件技术与 Sigma 旗下的 Foveon X3 有些相似,将红、绿、蓝三原色分为各 430 万画素的 3 层,拍照时每层独立成像,然后再进行结合。这种新型感光元件技术将 1,300 万画素预设以 430 万画素输出照片,看上去与 NOKIA 808 PureView 有些相似,其优点在于可提供更清晰和色彩更準确的照片。儘管两者在感光元件的类型上有着较大的差别,但在照片画素输出上却有着异曲同工的效果。以下分别从 Ultrapixel 感光元件技术与「第一代 PureView 技术」、「Sigma 的 Foveon X3 感光元件」两者间的相似性,以及可能存在的技术瓶颈,三个方面来介绍传闻中 HTC M7 所採用的 Ultrapixel 感光元件技术。


传闻 HTC M7 旗舰机,将搭载採用全新 Ultrapixel 感光元件的 1,300 万画素相机。(图片来源:Pocketnow)

【Ultrapixel 感光元件与一代 PureView 技术的相似性】

诺基亚推出的 NOKIA 808 PureView 拥有 4,100 万画素(7,728 x 5,368 pixels)大尺寸感光元件,在 4:3 模式下可拍摄 3,800 万画素(7,152 x 5,368 pixels)图片,在 16:9 模式下为 3,400 万画素(7,728 x 4,354 pixels)。除此之外,若以 500 万画素进行拍摄,可将每 8 个画素点整合运算为一个「超级画素点」,即将 4,100 万画素的图像资讯「浓缩」到 500 万画素的图像中,在经过高度交叉整合运算后,可呈现出比一般 500 万画素手机更加清晰的影像,既保留了所有的画面细节,又过滤掉图像的可见噪点,甚至还可进行数位式的「无损变焦」。倘若 HTC M7 真如报导採用全新 Ultrapixel 感光元件技术,将 1,300 万画素预设以 430 万画素输出照片的方式,则与 NOKIA 808 PureView 所採用的原理相似,那幺 HTC M7 的拍照画质将值得期待。
 

HTC M7 的 Ultrapixel 感光元件技术将 1,300 万画素预设以 430 万画素输出照片的方式,与 NOKIA 808 PureView 的原理相似,在经过高度的浓缩之后,呈现出来的照片既保留了原有的画面细节,又过滤掉图像的可见噪点,甚至还可进行数位式的「无损变焦」。

【Ultrapixel 与Sigma 的 Foveon X3 感光元件的相似性】

而 Ultrapixel 感光元件将红、绿、蓝三原色分为各 430 万画素的 3 层,这个原理与 Sigma 的 Foveon X3 感光元件颇为类似,这个技术则完美解决了图片的色彩精準度问题。传统的光电耦合器件只能感应光线强度,不能感应色彩资讯,需要通过 Bayer 滤色镜来感应色彩资讯,而通常採用 CCD 或者 CMOS 感光元件的数位相机,在同一画素上只可记录 RGB(红、蓝、绿)三种光波其中一种的强度,最后再与邻近的几个不同的画素统整资讯得到近似的颜色。而 Foveon X3 实现了将完整的三原色资讯记录于单个画素上。


传统的光电耦合器件只能感应光线强度,不能感应色彩资讯,需要通过 Bayer 滤色镜来感应色彩资讯,而通常採用 CCD 或者 CMOS 感光元件的数位相机,在同一画素上只可记录 RGB(红、蓝、绿)三种光波其中一种的强度。(图片来源:维基百科)


HTC M7 可能採用的 Ultrapixel 感光元件工作原理,传与 Sigma 的 Foveon X3 颇为类似,其将红、绿、蓝三原色分为各 430 万画素的 3 层。(图片来源:百度百科)

Foveon X3 利用可见光不同的波长拥有不同穿透力的原理,并根据硅(感光元件的材质)对不同波长光线的吸收效应来达到一个画素感应全部色彩资讯的作用。Foveon X3 採用三层感光元件,每层记录 RGB 的其中一个颜色通道,最表面一层感应蓝色,第二层可感应绿色,第三层感应红色,所以在每个画素上可同时侦测红、蓝、绿三种波长的强度,根据不同程度撷取 RGB 色光,可确保不同色光 100% 被撷取,因此所拍摄的图片色彩细节保留更完美真实。
 

Foveon X3 採用三层感光元件,每层记录 RGB 的其中一个颜色通道,最表面一层感应蓝色,第二层可感应绿色,第三层感应红色,所以在每个画素上可同时侦测红、蓝、绿三种波长的强度,根据不同程度撷取 RGB 色光,可确保不同色光 100% 被撷取。(图片来源:蜂鸟网)

传统 Bayer 感光元件由于混色时的微小色差,容易存在摩尔纹与叠影的问题,只能透过加装低通滤镜 / 模糊滤镜来解决,但是这样会大幅降低画面的锐利度,进而影响输出画质。而 Foveon X3 感光元件不会存在上述的技术困扰,其完全不需要使用这种滤镜,由于传统的 Bayer 感光元件的单层构造导致无法使用这种技术。这项优势让 Foveon X3 感光元件可以比同样画素的 Bayer 感光元件有更高的解析度,这也是保留图片细节与清晰度另一个有效方法。

【Ultrapixel 感光元件技术可能遇到的技术瓶颈】 

但 Foveon X3 感光元件也存在一定的缺陷,它虽然在收集不同频谱光线的正确性更高,但每一感光层所收集到的特定光线资讯,反而比传统的 Bayer 感光元件来得少,这导致 Foveon X3 在低光环境会增加色噪的产生,需要在低光环境时使用较高的 ISO 感光度,但目前使用 Foveon X3 的装置,最令人诟病的莫过于在高 ISO 感光度的表现不佳以及储存速度较慢。在高 ISO 的情况下需要更好的演算法处理更多的资讯才能够降低色噪的产生,不过 Foveon X3 的验算法比传统感光元件更加複杂,以现在的技术来说在过高的 ISO 下会产生比传统感光元件更多的噪点,以至于在夜拍时必须使用低 ISO 和三脚架之类的辅助工具。另外,虽然 Foveon X3 的色彩精确性非常好,但其使用光波穿透硅晶圆深度的方式来区分色彩,因此颜色也会有一定程度的交叉污染,特别是在红色感光层。若如传闻 HTC M7 的相机採用了 Ultrapixel 感光元件 ,能否有效改善上述 Foveon X3 感光元件的部份缺陷,将会是观察的重点之一。

【实拍样张赏析】

NOKIA 808 PureView 拍照範例欣赏(可点击查看大图):




採用 Sigma 的 Foveon X3 感光元件的设备(Sigma DP2)所拍摄的样张欣赏(可点击查看大图):



採用 Foveon X3 感光元件的设备所拍摄的图片,图片色彩细节保留更完美真实,该元件所採用的技术也是保留图片细节与清晰度另一个有效方法,但其在低光环境下会产生色噪的困扰。(图片来自网络)

资料来源:Pocket-lint



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