什么是Super CCD EXR傳感器

相機(jī)從被發(fā)明開始，技術(shù)發(fā)展幾乎就是相機(jī)發(fā)展的代名詞，每一次的升級換代除了外形的千變?nèi)f化，技術(shù)革新都是推進(jìn)更新?lián)Q代的原動(dòng)力。手動(dòng)機(jī)時(shí)代膠卷是主流的感光介質(zhì)，色彩和材質(zhì)的主流技術(shù)都是掌握在少數(shù)幾個(gè)品牌的手中，而富士無疑是其中最具有技術(shù)革新里的廠家，進(jìn)入了數(shù)碼時(shí)代，感光元件已經(jīng)完全被CCD、CMOS等電子元件所取代，富士在以往所積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)理念是否可以在新影像時(shí)代獲得傳承和發(fā)展，成為大家最為關(guān)注的問題。畢竟從品牌角度，富士擁有大量的擁護(hù)者，從實(shí)用角度，大家都希望富士可以將膠卷時(shí)代的革新精神以及完美的體驗(yàn)保留下來。 從2000年推出的第一代Super CCD開始一直到前不久最新的8代Super CCD，富士的“膠卷精神”似乎又回來了，所有的用戶不管是從膠卷時(shí)代延續(xù)至今還是數(shù)碼的新人都對這個(gè)跨時(shí)代的技術(shù)革新表現(xiàn)出了自己由衷地贊嘆。在這個(gè)其中，富士又相繼推出了SR、HR等概念有效的提高了感光元件的動(dòng)態(tài)范圍，使其能最大程度的接近膠卷的相關(guān)特性，以至于大家談動(dòng)態(tài)范圍必定是富士無疑。當(dāng)然富士并不會滿足于這樣的表現(xiàn)，終于在本次的photokina上隆重推出了號稱終極CCD的Super CCD EXR。雖然目前并沒有采用了這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際產(chǎn)品，但是我們從他的技術(shù)特性以及部分的樣片表現(xiàn)不難發(fā)現(xiàn)，富士從根本上解決了，高ISO、動(dòng)態(tài)范圍等技術(shù)難題，并且是大大領(lǐng)先于目前其它相關(guān)廠商的產(chǎn)品。不過就目前的消息來看，這項(xiàng)技術(shù)最近將被用于小型的數(shù)碼相機(jī)上，單反產(chǎn)品目前還沒有相關(guān)的計(jì)劃。從富士的角度來說，目前的數(shù)碼單反產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了很高技術(shù)水平，而小DC的實(shí)際表現(xiàn)還有很大的上升空間，這也是富士的設(shè)計(jì)理念所決定的。 市場對于高像素還存在比較強(qiáng)烈的需求，不論這樣的衡量標(biāo)準(zhǔn)是否合理，但也確實(shí)在變相推動(dòng)數(shù)碼相機(jī)市場的技術(shù)發(fā)展。而從另一方面，CCD的像素的提高則意味著單位光電二極管尺寸的縮小，從而導(dǎo)致光靈活度的降低，即感光度的降低。我們所追求的高成像品質(zhì)不僅僅包含分辨率的提升，還包含整體的圖像平衡，消費(fèi)者肯定更喜歡拍攝到比如在低光環(huán)境下高感光度的超低噪點(diǎn)表現(xiàn)、或者在高反差場景下拍攝出同時(shí)擁有暗部和亮部詳盡細(xì)節(jié)的照片。事實(shí)上如何去平衡這些特性才是未來發(fā)展的趨勢。 富士膠卷擁有先后研制發(fā)展8代超級CCD的深厚經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)還擁有七十多年來以膠卷為基礎(chǔ)的專業(yè)影像積淀。在這過程中，最終目標(biāo)就是將數(shù)碼影像能夠還原成如我們的眼睛所看到那般自然逼真，做到“CCD系統(tǒng)就象人的眼睛那樣”。這其中包含很多技術(shù)進(jìn)步比如“高感光、高分辨率下的超低噪點(diǎn)表現(xiàn)”、“超寬動(dòng)態(tài)范圍”等，同時(shí)還要專注于人眼對于光線的敏感度和分辨能力的研究。而在Super CCD EXR中，已經(jīng)在某些方面獲得了質(zhì)的飛躍。 全新的Super CCD EXR傳感器采用的“雙重曝光控制”通過控制不同的曝光時(shí)間電荷累積時(shí)間以實(shí)現(xiàn)不同的感光度。在這種嶄新的結(jié)構(gòu)中， “A”和“B”兩組捕捉通道“先后”同時(shí)工作，最終“A”和“B”兩組通道所采集的圖像信息合并并生成最終圖像。這種電子控制使圖像捕捉實(shí)現(xiàn)了對高光和低光細(xì)節(jié)的全面捕捉。與SR所不同的是，單位像素點(diǎn)的尺寸大小是完全一致的，這就意味著EXR在寬動(dòng)態(tài)范圍方面的潛力超越了SUPER CCD SR。 單純地分析技術(shù)解析圖，恐怕很難完整的體會到這個(gè)技術(shù)所帶來的震撼之處，那我們就來看看實(shí)際表現(xiàn)中通道分離的功用罷。從上面的3張演示圖片中我們可以看到通道A主要負(fù)責(zé)較長時(shí)間的電荷累積，而B通道則為較短時(shí)間的電荷累積。他們分別記錄了高光和暗部的一些細(xì)節(jié)表現(xiàn)。而最后通道合并的圖像上則保留了兩者的優(yōu)點(diǎn)，高光和暗部都獲得了最大程度的細(xì)節(jié)保留，并且這是在不損傷畫質(zhì)的前提下實(shí)現(xiàn)的。其實(shí)這個(gè)技術(shù)有點(diǎn)類似我們photoshop后期處理中的通道操作或者說多圖層疊加操作，所不同的是感光元級的處理不會產(chǎn)生多少噪點(diǎn)，而后期的圖層疊加是會影響到畫質(zhì)和噪點(diǎn)數(shù)量的。這就是富士理念中的從根本來解決問題。顯然這樣的表現(xiàn)甚至是前幾代的Super CCD所不曾擁有的。當(dāng)然EXR要完全推廣到全系列是有一定難度的，HR、SR技術(shù)會和EXR共存一段時(shí)間，EXR最早會應(yīng)用在F系列的高端機(jī)型上。我們猜測會不會是F70fd呢？ 從構(gòu)造上說起，普通的ccd里面的成像單元都是長方形的，而且排列的方式是矩形排列，而superccd是8邊形的構(gòu)造，在有效感光面積上來說 superccd要占優(yōu)勢，而且Super ccd的排列方式是蜂窩狀排列，能夠更有效的利用空間~使得整體感光度方面感光度就是在同面積上ccd對光線吸收的多少，也可以說是對光線的利用效率，Super ccd要比普通的ccd要高，這也是為什么早期Super ccd的iso起點(diǎn)一般都為iso200的原因。而EXR則是在原先的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的將斜向相鄰的兩個(gè)像素點(diǎn)變?yōu)橄嗤念伾?，這樣就很直接的使得單位的采光時(shí)間感光量翻一倍，而且由于相鄰的兩個(gè)像素點(diǎn)是相同的顏色，從而降低了互相影響產(chǎn)生雜色的可能性。 在高感光度模式下，CCD保證在低光環(huán)境下獲得超低的噪點(diǎn)。 在寬動(dòng)態(tài)范圍模式下，CCD保證在高反差的場景中獲得更多的細(xì)節(jié)，避免“洗白”等情況的產(chǎn)生。 上圖的兩個(gè)拍攝標(biāo)板的圖片對比就可以很明確的表現(xiàn)出，變化后的排列方式的優(yōu)勢所在。由于斜向相鄰的像素點(diǎn)為同一顏色，所以不會有“間色”的雜色出現(xiàn)干擾畫面。即使有一定的噪點(diǎn)也僅僅是“單色”，這對于用戶的觀賞來說起到了至關(guān)重要的作用，可以使用戶主觀感覺畫面更加得干凈。 這些圖片是在富士的宣傳資料上截取的，據(jù)相關(guān)的技術(shù)人員介紹是由搭載了Super CCD EXR的原型機(jī)拍攝，元件的面積應(yīng)該不超過1/1.7，使用的原型機(jī)其它部分應(yīng)該是F系列頂級產(chǎn)品。畫面的色彩依然具有富士的一貫特色，類似富士膠卷的冷色調(diào)表現(xiàn)，畫面中的細(xì)節(jié)表現(xiàn)非常好，層次以及細(xì)節(jié)過渡非常的自然，雖然沒有使用標(biāo)板和軟件進(jìn)行測試，但是不難看出邊角的成像依然很好，沒有太多的下降。不過要說句題外話，EXR的表現(xiàn)固然出色，鏡頭的畸變還是比較明顯得。希望在正式產(chǎn)品推出時(shí)有所改進(jìn)。 有效的提高相機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍也是EXR技術(shù)中最重要的特性之一，他從原理上解決了高光暗部過高反差的問題，其實(shí)有點(diǎn)類似膠卷的一些特性，只不過EXR是由主動(dòng)的技術(shù)引導(dǎo)的?？梢钥吹椒謩e對高光和暗部進(jìn)行適當(dāng)曝光后，雖然是高反差的環(huán)境但是細(xì)節(jié)依然抱持的十分出色，畫面的對比度也沒有受到任何影響。整個(gè)畫面給人的感覺是非常通透的，這也是后期PS一直追求的目標(biāo)，現(xiàn)在小型數(shù)碼相機(jī)就可以幫你完成這些繁瑣的工作。 當(dāng)然高感光度也是用戶非常關(guān)心的問題，特別是一些專業(yè)用戶和相機(jī)器材發(fā)燒友。一直以來數(shù)碼相機(jī)的像素節(jié)節(jié)攀升，速度也越來越快，但是高像素對小相機(jī)的用戶來說真的有那么大的幫助么？此話略過不提，像素提高但感光面積沒有變化則像素密度自然在激增，所帶來的結(jié)果必然是噪點(diǎn)的增加和軟件降噪的無能為力。 富士在這個(gè)時(shí)候推出Super CCD EXR技術(shù)顯然是非常及時(shí)的，這對于整個(gè)行業(yè)來說都是爆炸性的信息，從上圖中我們可以看到在ISO800下噪點(diǎn)已經(jīng)被控制在了非常好的范圍內(nèi)，同時(shí)即使出現(xiàn)了輕微的噪點(diǎn)也僅僅是對相對單色的，對畫面質(zhì)量沒有太大的影響，要知道這還僅僅是用于小尺寸的感光元件，如果今后可以將其應(yīng)用在大面積感光元件上將會對影像產(chǎn)品產(chǎn)生多么重大的影響。