(文章來源:網(wǎng)絡(luò)整理)
我們之所以能夠看到繽紛的色彩,是因?yàn)槿搜凵蠐碛懈兄煌l率光線的多種細(xì)胞。CMOS傳感器同樣存在可以感知不同顏色的“細(xì)胞”,只是它們被稱之為像素點(diǎn),并以“拜耳陣列”(Bayer array)的形式加以排列。
歷史上,柯達(dá)公司的影像科學(xué)家布萊斯拜耳(Bryce Bayer)最早發(fā)現(xiàn)人眼對紅綠藍(lán)三原色中的綠色敏感度最高,于是他嘗試在CMOS上方增加了一塊濾鏡,采用1紅2綠1藍(lán)(RGBG,也可稱為RGGB)的排列方式將灰度信息轉(zhuǎn)換成彩色信息,讓呈現(xiàn)在CMOS上的色彩最接近人眼的視覺效果。
因此,幾乎所有的CMOS傳感器就都采用了RGBG排列方式,也就是我們常聽說的“拜耳陣列”,或者是“拜耳濾鏡”。需要注意的是,CMOS在進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的過程中是無法得到顏色信息的,它只能取得不同的強(qiáng)度信息。拜耳陣列的機(jī)制類似于“分色”,其濾鏡上的紅色、綠色和藍(lán)色像素只允許與之相對應(yīng)顏色的光線通過,阻擋其他色光進(jìn)入,這樣一來每個像素就都獲得了顏色和明暗信息。
然而,“分色”的過程存在一個缺陷,過濾光線的同時(shí)會折損一部分光的強(qiáng)度,在同一個點(diǎn)上也只能獲得一種顏色信息,而該位置上的其他顏色信息就全部損失掉了。想要得到最接近于真實(shí)的顏色,需要根據(jù)相鄰像素點(diǎn)上的顏色信息來“猜出”這個位置上所損失掉的其余顏色信息,業(yè)內(nèi)將這種“猜色”的過程稱為“反拜耳運(yùn)算”。
換句話說,由于拜耳陣列存在“猜色”的環(huán)節(jié),所以理論上CMOS永遠(yuǎn)也無法100%還原真實(shí)景物的色彩,它只能無限接近于真實(shí),現(xiàn)實(shí)中拍出的照片出現(xiàn)了“偏色”現(xiàn)象,就是“猜色”過程中猜錯了。“拜耳陣列”之所以流行,是因?yàn)樗枪J(rèn)的最佳CMOS結(jié)構(gòu)。但是,隨著手機(jī)內(nèi)置ISP單元性能的提升和各種成像算法的不斷優(yōu)化,給了優(yōu)化CMOS結(jié)構(gòu)的空間。于是,我們就看到了所謂的“RGBW”、“RWWB”和“RYYB” 等CMOS結(jié)構(gòu)。
得益于多攝矩陣模塊的流行,RGBW CMOS已經(jīng)徹底失去了市場。但是,CMOS對進(jìn)光量的需求卻沒有減少,如何進(jìn)一步拉近手機(jī)與專業(yè)單反(或其他競品手機(jī))在夜拍時(shí)的成像差距,更是成為了智能手機(jī)未來的重點(diǎn)發(fā)展方向。
華為P30系列和榮耀20應(yīng)該算是時(shí)下夜拍效果最好的智能手機(jī)代表,拋開傳感器尺寸、光圈和單個像素感光面積等參數(shù)不談,這幾款手機(jī)采取了劍走偏鋒的一招險(xiǎn)棋——將傳統(tǒng)RGBG拜耳濾鏡(為了便于對比,下文將以RGGB描述)換成了“RYYB”濾鏡,將2個綠色像素(G)用黃色像素(Y)替代。
RYYB具體的原理簡言之就是用黃色替換綠色,而黃色是綠色和紅色的結(jié)合,在亮度上是兩者的疊加。黃色=紅色+綠色,得出RYYB=25%紅色+2(25%紅色+25%綠色)+25%藍(lán)色,進(jìn)光量理論上是RGB陣列的150%。盡管綠色通道的的確確被犧牲掉了,但實(shí)際上紅色通道的進(jìn)光量上升了,因此余承東先生所說的進(jìn)光量提升40%并非虛言。
與此同時(shí),理論上,由于RYYB陣列黃色像素較多,照片容易發(fā)黃,同時(shí)綠色像素的缺失也會影響飽和度。我們看一下華為P30 Pro的樣張,看看RYYB陣列的色偏問題解決得怎樣。而實(shí)際上,我們并沒有發(fā)現(xiàn)照片出現(xiàn)發(fā)黃或發(fā)藍(lán)的問題,可見為了達(dá)到這一效果,華為在算法和AI優(yōu)化方面下了多大功夫。不過,我們可以看出,照片存在些許的發(fā)白的問題,需要后期通過算法更新進(jìn)行進(jìn)一步校正。
作為“試吃螃蟹”的產(chǎn)品,華為P30 Pro能做到有效的色溫控制已經(jīng)相當(dāng)優(yōu)秀。即使在拍攝較為鮮艷的照片的時(shí)候,華為P30 Pro的飽和度控制非常到位,不存在過粉或者過綠的問題。無論是鮮艷模式還是黑白模式,華為P30 Pro都能夠玩得轉(zhuǎn),飽和度調(diào)校非常到位。
華為終端手機(jī)產(chǎn)品線總裁何剛先生表示,為了保證RYYVB陣列在調(diào)色方面的準(zhǔn)確性,華為付出了整整3年的時(shí)間。這場“算法之戰(zhàn)”背后的故事我們們無從得知,但絕對夠精彩。
(責(zé)任編輯:fqj)
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