關(guān)于索尼RGBW 傳感器的性能分析和應(yīng)用

早前華為曾在發(fā)布會(huì)宣稱(chēng) P8 上首發(fā)搭載的索尼 IMX278 傳感器為 RGBW 新型傳感器，這一時(shí)之間就有不少人有疑問(wèn)，這個(gè)所謂的 RGBW 傳感器是什么意思？具體又有什么作用？對(duì)拍攝的幫助又有多少？接下來(lái)我們就一起通過(guò)具體樣張來(lái)分析一下。

RGB、紅（Red）、綠（Green）、藍(lán)（Blue）這三種不能再分解的基本色，通過(guò)不同比例的疊加混合就可以得到一整個(gè)繽紛的色彩世界。當(dāng)光線通過(guò) CMOS 感光元件，CMOS 上面密集排列的每一個(gè) RGB 像素點(diǎn)就會(huì)記錄下傳遞過(guò)來(lái)并能夠檢測(cè)到的現(xiàn)實(shí)色彩，然后處理、轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在設(shè)備上，并最終在屏幕上顯示出來(lái)，這就是一張數(shù)碼彩色照片誕生的全過(guò)程。

而在這過(guò)程里面，決定樣張色彩的就正是 CMOS 上面以 “RGBG” 相鄰排列的像素點(diǎn)。伊士曼·柯達(dá)公司的科學(xué)家 Bryce Bayer 在研究中得知人眼中對(duì)于綠色的物體是最為敏感的，所以就使用 1 紅、1 藍(lán)、2 綠的 RGBG 排列方式來(lái)模擬人類(lèi)肉眼看到的色彩，原理是光線通過(guò)每個(gè)像素點(diǎn)的時(shí)候就會(huì)被相應(yīng)色彩的濾光片過(guò)濾掉，剩下來(lái)對(duì)應(yīng)的就是這部分色彩的強(qiáng)度值，而傳感器本身也只能得到色彩的強(qiáng)度數(shù)據(jù)，然后通過(guò)配合 RGB 過(guò)濾的色彩強(qiáng)度數(shù)據(jù)交由處理器還原。但是每個(gè)像素點(diǎn)過(guò)濾下來(lái)的其實(shí)就只有一種色彩，而這個(gè)像素點(diǎn)鄰近的其他色彩就要通過(guò) “猜色” 來(lái)確定填充了，也就是利用反馬賽克算法進(jìn)行插值運(yùn)算才能得到彩色圖像，這也是有時(shí)候?yàn)槭裁搭伾珪?huì)還原不準(zhǔn)確的原因之一。稍微扯遠(yuǎn)一下，這個(gè)色彩的還原過(guò)程在拍攝一些高度重復(fù)細(xì)節(jié)的畫(huà)面的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)彩色干擾，也就是常說(shuō)的摩爾紋。要減輕這個(gè)摩爾紋的影響可以使用低通濾鏡來(lái)模糊細(xì)節(jié)，使之成為一整個(gè)色塊，不過(guò)這樣一來(lái)也會(huì)相應(yīng)降低了相機(jī)的分辨率，算是個(gè)利弊同存的做法。而近年來(lái)也有圖像公司在推出新的傳感器排列方式，例如適馬的 X3 和富士的 X - Trans 傳感器，不過(guò)這些都是后話了，現(xiàn)在還是扯回到拜耳陣列上。

那么所謂的 RGBW 呢？聰明的同學(xué)可能已經(jīng)猜到這個(gè) “W” 就是色彩上的白色（white）了，也就是將之前 1 紅、1 藍(lán)、2 綠的 RGBG 排列方式更變?yōu)?1 紅、1 藍(lán)、1 綠、1 白的 RGBW 排列方式。這么做的好處都有啥？理論上來(lái)說(shuō)，由于直接用白色濾光片取代了其中一個(gè)綠色濾光片，而白色濾光片不會(huì)再過(guò)濾光線，進(jìn)光量會(huì)更多一些，理論上低光下拍攝畫(huà)面的樣張應(yīng)該會(huì)有更佳的亮度。但同樣的，也正因?yàn)槭悄玫袅艘粋€(gè)綠色濾光片，對(duì)于色彩的表現(xiàn)可能會(huì)稍微有點(diǎn)變化。

接下來(lái)我們可以通過(guò)一些樣張的表現(xiàn)來(lái)大概感受下這種變化，順便可以試試自己的顯示設(shè)備和眼睛好不好使。這次參與樣張對(duì)比的手機(jī)型號(hào)分別有：OPPO Find7（IMX214）、R7 Plus（IMX278）、小米 Note（IMX214）。為什么選擇這三臺(tái)手機(jī)作為對(duì)比呢？首先目前來(lái)說(shuō)使用 IMX278 的手機(jī)就不多，市面上就只有華為的 P8 和 R7 Plus，剛好手上就有一臺(tái) R7 Plus。那么也應(yīng)該加入同為 OPPO 旗下使用 IMX214 的Find7，然后再加入現(xiàn)在來(lái)說(shuō)比較常見(jiàn)的搭載 IMX214 的小米 Note 做對(duì)比，選擇這三臺(tái)手機(jī)僅僅是出于市場(chǎng)占有率的因素，并不是代表這幾臺(tái)手機(jī)就是 IMX214、IMX278 的最佳機(jī)型。

也許會(huì)有讀者對(duì) IMX278 到底是不是 RGBW 傳感器而感到疑惑，這里直接放出兩張索尼官方文件，目前就只有 IMX278 是官方標(biāo)明的 RGBW 傳感器，相信已經(jīng)足夠有說(shuō)服力了。

（以下圖片點(diǎn)擊右上角的放大鏡可以觀看原始大圖）

我們先來(lái)看看 Find7 和 R7 Plus 兩樣張的對(duì)比，先拋開(kāi)對(duì)焦、解析力等方面的對(duì)比，咋看之下兩者之間的色彩表現(xiàn)幾位相近，為了控制相同的曝光，兩樣張的對(duì)焦點(diǎn)和測(cè)光點(diǎn)都設(shè)置在圖中黑色汽車(chē)處，兩臺(tái)手機(jī)的點(diǎn)測(cè)光都比較靈敏，曝光基本也一致。

然后通過(guò) 100% 放大，仔細(xì)的觀察樣張的色彩對(duì)比，兩者對(duì)于綠色的表現(xiàn)基本上非常接近，肉眼幾乎無(wú)法辨別。但是在樣張中 R7 Plus 的灰色和紅色基本上都有一點(diǎn)點(diǎn)輕微的飽和度降低，而通過(guò)觀察路燈的背光邊緣， IMX278 對(duì)于邊緣紫光的抑制效果相比起 IMX214 也有了很大的提升。

而在夜景的對(duì)比下，R7 Plus 相比起 Find7 的進(jìn)步就相當(dāng)大了，兩者均為自動(dòng)模式拍攝，F(xiàn)ind7 這張樣張應(yīng)該就是 IMX214 的原始夜拍水平，沒(méi)有做任何的優(yōu)化。而 R7 Plus 這張則是明顯做了銳化和涂抹噪點(diǎn)處理的，所以這樣的夜拍效果其實(shí)已經(jīng)不是 IMX278 的原始效果了。單純論拍個(gè)亮而言，其實(shí) Find7 的高 ISO 讓樣張整體更亮，細(xì)節(jié)更多一些，當(dāng)然這樣帶來(lái)的后果就是彩噪嚴(yán)重。按道理 IMX278 應(yīng)該出現(xiàn)的更高亮度的夜拍效果也并沒(méi)有出現(xiàn)，噪點(diǎn)少也是后期涂抹處理的結(jié)果，并不代表全是 IMX278 的功勞。

然后在這樣的對(duì)比基礎(chǔ)上，我們?cè)偌尤胄∶?Note 的夜拍樣張，小米 Note 同樣使用 IMX214，但是加入了光學(xué)防抖，而且觀察樣張也能看到小米 Note 對(duì)夜拍樣張也會(huì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑朦c(diǎn)涂抹處理，不過(guò)應(yīng)該沒(méi)有再增加細(xì)節(jié)銳化的處理。這樣一看，即使是 IMX214，只要有適當(dāng)?shù)暮笃谔幚硪惨廊荒軌虻玫捷^為優(yōu)秀的夜景樣張。

另外對(duì)于色調(diào)方面在這兩個(gè)傳感器型號(hào)之間也不需要糾結(jié)太多，既然絕大部分廠商都會(huì)對(duì)樣張有后期處理，不同廠商之間對(duì)于色調(diào)的控制也極其不同，例如小米 Note 這樣稍微偏暖的調(diào)色也會(huì)極大的改變了樣張色調(diào)，又例如突然白平衡失準(zhǔn)等等問(wèn)題都會(huì)影響到樣張的色彩表現(xiàn)，日常拍攝的過(guò)程中也會(huì)遇到大大小小的問(wèn)題，這各方面的也是糾結(jié)不來(lái)的。

這么看來(lái)其實(shí)無(wú)論你手機(jī)里面塞進(jìn)去的是 IMX214 還是 IMX278，只要廠商對(duì)這顆攝像頭優(yōu)化得力，他們的拍攝效果自然也不會(huì)差。使用上新的 RGBW 陣列的 IMX278 也并沒(méi)有傳說(shuō)中的那么神，好的硬件還是得要配合更好的軟件才能得到最好的發(fā)揮?；旧鲜謾C(jī)廠商都會(huì)根據(jù)自己的手機(jī)需求對(duì)傳感器好好的調(diào)校一番，同一個(gè)感光元件型號(hào)，不同的廠商產(chǎn)品甚至同廠商而不同系列的產(chǎn)品，都可能會(huì)有不同的色彩表現(xiàn)，不同的樣張?zhí)幚?，不同的成像風(fēng)格。不能單純的根據(jù)硬件型號(hào)去判斷好壞，好壞與否還是得自己親自去對(duì)比過(guò)才能知道。