探究索尼新型 RGBW 传感器的 “W”

2016-07-31 12:51:57     作者:igao7-神谕      来源:雷锋网

标签: 科普 RGBG RGBW CMOS

早前华为曾在发布会宣称 P8 上首发搭载的索尼 IMX278 传感器为 RGBW 新型传感器,这一时之间就有不少人有疑问,这个所谓的 RGBW 传感器是什么意思?具体又有什么作用?

早前华为曾在发布会宣称 P8 上首发搭载的索尼 IMX278 传感器为 RGBW 新型传感器,这一时之间就有不少人有疑问,这个所谓的 RGBW 传感器是什么意思?具体又有什么作用?对拍摄的帮助又有多少?接下来我们就一起通过具体样张来分析一下。

 

RGB,红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)这三种不能再分解的基本色,通过不同比例的叠加混合就可以得到一整个缤纷的色彩世界。当光线通过 CMOS 感光元件,CMOS 上面密集排列的每一个 RGB 像素点就会记录下传递过来并能够检测到的现实色彩,然后处理、转化为数字信号存储在设备上,并最终在屏幕上显示出来,这就是一张数码彩色照片诞生的全过程。


而在这过程里面,决定样张色彩的就正是 CMOS 上面以 “RGBG” 相邻排列的像素点。伊士曼·柯达公司的科学家 Bryce Bayer 在研究中得知人眼中对于绿色的物体是最为敏感的,所以就使用 1 红、1 蓝、2 绿的 RGBG 排列方式来模拟人类肉眼看到的色彩,原理是光线通过每个像素点的时候就会被相应色彩的滤光片过滤掉,剩下来对应的就是这部分色彩的强度值,而传感器本身也只能得到色彩的强度数据,然后通过配合 RGB 过滤的色彩强度数据交由处理器还原。但是每个像素点过滤下来的其实就只有一种色彩,而这个像素点邻近的其他色彩就要通过 “猜色” 来确定填充了,也就是利用反马赛克算法进行插值运算才能得到彩色图像,这也是有时候为什么颜色会还原不准确的原因之一。稍微扯远一下,这个色彩的还原过程在拍摄一些高度重复细节的画面的时候,就会出现彩色干扰,也就是常说的摩尔纹。要减轻这个摩尔纹的影响可以使用低通滤镜来模糊细节,使之成为一整个色块,不过这样一来也会相应降低了相机的分辨率,算是个利弊同存的做法。而近年来也有图像公司在推出新的传感器排列方式,例如适马的 X3 和富士的 X - Trans 传感器,不过这些都是后话了,现在还是扯回到拜耳阵列上。


那么所谓的 RGBW 呢?聪明的同学可能已经猜到这个 “W” 就是色彩上的白色(white)了,也就是将之前  1 红、1 蓝、2 绿的 RGBG 排列方式更变为  1 红、1 蓝、1 绿、1 白的 RGBW 排列方式。这么做的好处都有啥?理论上来说,由于直接用白色滤光片取代了其中一个绿色滤光片,而白色滤光片不会再过滤光线,进光量会更多一些,理论上低光下拍摄画面的样张应该会有更佳的亮度。但同样的,也正因为是拿掉了一个绿色滤光片,对于色彩的表现可能会稍微有点变化。


接下来我们可以通过一些样张的表现来大概感受下这种变化,顺便可以试试自己的显示设备和眼睛好不好使。这次参与样张对比的手机型号分别有:OPPO Find7(IMX214)、R7 Plus(IMX278)、小米 Note(IMX214)。为什么选择这三台手机作为对比呢?首先目前来说使用 IMX278 的手机就不多,市面上就只有华为的 P8 和 R7 Plus,刚好手上就有一台 R7 Plus。那么也应该加入同为 OPPO 旗下使用 IMX214 的Find7,然后再加入现在来说比较常见的搭载 IMX214 的小米 Note 做对比,选择这三台手机仅仅是出于市场占有率的因素,并不是代表这几台手机就是 IMX214、IMX278 的最佳机型。

 

也许会有读者对 IMX278 到底是不是 RGBW 传感器而感到疑惑,这里直接放出两张索尼官方文件,目前就只有 IMX278 是官方标明的 RGBW 传感器,相信已经足够有说服力了。


(以下图片点击右上角的放大镜可以观看原始大图)

我们先来看看 Find7 和 R7 Plus 两样张的对比,先抛开对焦、解析力等方面的对比,咋看之下两者之间的色彩表现几位相近,为了控制相同的曝光,两样张的对焦点和测光点都设置在图中黑色汽车处,两台手机的点测光都比较灵敏,曝光基本也一致。


 

然后通过 100% 放大,仔细的观察样张的色彩对比,两者对于绿色的表现基本上非常接近,肉眼几乎无法辨别。但是在样张中 R7 Plus 的灰色和红色基本上都有一点点轻微的饱和度降低,而通过观察路灯的背光边缘, IMX278 对于边缘紫光的抑制效果相比起 IMX214 也有了很大的提升。


而在夜景的对比下,R7 Plus 相比起 Find7 的进步就相当大了,两者均为自动模式拍摄,Find7 这张样张应该就是 IMX214 的原始夜拍水平,没有做任何的优化。而 R7 Plus 这张则是明显做了锐化和涂抹噪点处理的,所以这样的夜拍效果其实已经不是 IMX278 的原始效果了。单纯论拍个亮而言,其实 Find7 的高 ISO 让样张整体更亮,细节更多一些,当然这样带来的后果就是彩噪严重。按道理 IMX278 应该出现的更高亮度的夜拍效果也并没有出现,噪点少也是后期涂抹处理的结果,并不代表全是 IMX278 的功劳。


然后在这样的对比基础上,我们再加入小米 Note 的夜拍样张,小米 Note 同样使用 IMX214,但是加入了光学防抖,而且观察样张也能看到小米 Note 对夜拍样张也会进行适当的噪点涂抹处理,不过应该没有再增加细节锐化的处理。这样一看,即使是 IMX214,只要有适当的后期处理也依然能够得到较为优秀的夜景样张。


另外对于色调方面在这两个传感器型号之间也不需要纠结太多,既然绝大部分厂商都会对样张有后期处理,不同厂商之间对于色调的控制也极其不同,例如小米 Note 这样稍微偏暖的调色也会极大的改变了样张色调,又例如突然白平衡失准等等问题都会影响到样张的色彩表现,日常拍摄的过程中也会遇到大大小小的问题,这各方面的也是纠结不来的。


这么看来其实无论你手机里面塞进去的是 IMX214 还是 IMX278,只要厂商对这颗摄像头优化得力,他们的拍摄效果自然也不会差。使用上新的 RGBW 阵列的 IMX278 也并没有传说中的那么神,好的硬件还是得要配合更好的软件才能得到最好的发挥。基本上手机厂商都会根据自己的手机需求对传感器好好的调校一番,同一个感光元件型号,不同的厂商产品甚至同厂商而不同系列的产品,都可能会有不同的色彩表现,不同的样张处理,不同的成像风格。不能单纯的根据硬件型号去判断好坏,好坏与否还是得自己亲自去对比过才能知道。


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