像素游戏:关于UltraPixel HTC所不会告诉你的

车缙 车银优 评论

一颗强而有力的摄像头不但是旗舰手机的身份标志,也能在市场营销方面捞到不少好处。诺基亚Lumia 920就是一个正面典型。在上个礼拜发布的旗舰手机One身上,HTC也祭出了拍照这面大旗,HTC One拥有耀眼的新技术:UltraPixel。 HTC声称像素不再是唯一的参数,

一颗强而有力的摄像头不但是旗舰手机的身份标志,也能在市场营销方面捞到不少好处。诺基亚Lumia 920就是一个正面典型。在上个礼拜发布的旗舰手机One身上,HTC也祭出了拍照这面大旗,HTC One拥有耀眼的新技术:UltraPixel。

HTC声称像素不再是唯一的参数,因为UltraPixel摄像头每个像素点的感光面积更大,进光量超过普通产品300%,所以画质表现更为出色。但实际上,在UltraPixel光鲜的概念背后,HTC依然有很多不会告诉你的东西。

像素游戏:关于UltraPixel HTC所不会告诉你的

HTC会告诉你的:大像素尺寸进光量提升300%

早先曾有传言,UltraPixel的传感器实际上就是Foveon X3,利用三层像素分别去感受红绿蓝三原色,甚至至今还有一些媒体在如此报道。但是随着信息的披露,真实情况慢慢浮上水面,UltraPixel并不是X3 CMOS,它依然基于传统的拜耳滤镜结构,UltraPixel的实质是就是提高了每个像素在CMOS上所占的面积——既所谓的“大像素”。

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目前主流手机所采用的CMOS传感器大约是type 1/3.2和type 1/4规格的,有效像素大约在800到1300万之间,对应的像素边长大体有1.4um和1.12um两种。而UltraPixel的一个像素边长为2um,几乎是1300万像素传感器的两倍,面积更是接近四倍。因此,一个UltraPixel在单位时间内可以收集的光子数量大约是一个1.12um像素的3~4倍,这也是HTC宣传中“300%进光量”的来源所在。

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我们知道,CMOS传感器收集光子,将其转换成电信号,因此用于传感的基础单位——即像素——尺寸越大,章鱼彩票,能收集到的光子也就越多,成像的色纯自然也就越高,这样在低照度的情况下就可以拍出更明亮、更干净的照片。这样看来,UltraPixel减少像素提升进光量的确是个不错的设计。

但是,这些优势并非UltraPixel的全部,传感器尺寸如果恒定,减少像素总要付出代价,下面这些内容就是HTC不会或者说不愿意告诉你的。

HTC不会告诉你的:少像素设计同样丢失了很多细节

要实现大像素有两个途径:增大传感器,或者降低分辨率。HTC选择了后者,因为后者的成本毫无疑问更低。大尺寸的传感器售价不菲,诸如尼康CX这样的1英寸CMOS,价格也很有可能会超过手机摄像头整个模组,这是HTC不愿意承担的。所以,One只有搭载的CMOS只有区区430万像素,也挺好理解:传感器尺寸固定,少做几个像素上去,单个像素面积自然就大了。问题是,400万像素够吗?可能还真的不够。

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按照通常的逻辑,我们都认为,多少万像素的传感器拍出多少万像素的照片,这是天经地义的。实际上,这个理论在黑白时代正确,但在彩色时代却是一个不折不扣的错误,其根源是因为CMOS传感器对像素的定义与照片/显示器不同。

我们在图片和显示器上所描述的一个“像素”,实际上是一个包含了红、绿、蓝三个单色子像素的集合,也就是说,一个分辨率为1024×768的显示器,一共有3072×768个单色子像素

CMOS、CCD则截然不同,它们无法“感知”色彩的存在、只能记录亮度信息,为了让CCD能够记录彩色画面,柯达工程师布 莱斯•拜尔开发出一个名叫拜尔滤镜的微型彩色滤镜阵列——在每个光电二极管(Photodiode,在这里可以理解为显示器上子像素)上覆盖一个RGB三 原色滤镜,4个光电二极管为一组、每组以R:G:B=1:2:1比例构成2个像素,且光电二极管总数不低于一万,以此记录R、G、B三原色的亮度信号,最 后相机、摄影机处理器通过去拜尔算法(debayering)融合整个CCD阵列上的亮度信息,“猜”出照片颜色。

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(手机/PC)显示屏里的一个像素,是由R、G、B三个子像素组成的

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相机传感器则是一个萝卜一个坑,R、G、B自己就是像素

拜尔滤镜能以很低成本实现CCD、CMOS记录彩色问题,但缺点相当明显,由于是4个光电二极管组成2个像素,因此每个像素仅拥有1个绿色光电二极管、 半个蓝色光电二极管和半个红色光电二极管,因此实际分辨率低于理论分辨率,再加上低通滤镜等问题的存在,因此最后实际分辨率只有理论分辨率的1/2左右,记录的信息量则只有原来的1/4。你可以这样理解:一个标称分辨率为N百万像素的CMOS传感器,实际可以输出的彩色图片信息量只有N/4百万像素。

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左边是CMOS,右边是显示屏

那么800万像素的传感器是怎么输出800万像素的照片的?答案是插值。只要对CMOS输出的红色和蓝色数据进行100%的插值、绿色进行50%的插值,就可以做到这点。但很明显,插值出来的数据已经不是原始物理数据,这就和对一张已有的照片进行扩大一样,增加的只是尺寸,并不能增加更多的细节。

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相机照片的最终分辨率都是插值得来的

One的问题就在这里,HTC选择了大像素,但是却并不愿意增大传感器的尺寸,因此只能降低分辨率。根据N/4原则,One那片400万像素的CMOS,按照图片、显示屏的标准,实际只能输出100万像素左右的有效信息量。这对于PC而言并不是什么大问题,因为100万像素的照片也已经够大了,但是别忘了在硬件大战拼到走火入魔的今天,作为旗舰的One的屏幕就已经拥有了200万像素——而且还是彩色像素,也就是说One所拍出来的照片所包含的信息量,甚至都不够在自己屏幕上回放,这无疑是一种讽刺。

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1080P的手机屏幕已经越来越多

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