HTC M7拍照的秘密武器？Ultrapixel感光元件揭秘

英國媒體 Pocket-lint 消息指出，宏達電執行長周永明在尾牙現場「試拍」的 HTC M7 旗艦機，將搭載採用全新 Ultrapixel 感光元件技術的 1,300 萬畫素相機。Ultrapixel 感光元件技術與 Sigma 旗下的 Foveon X3 有些相似，將紅、綠、藍三原色分為各 430 萬畫素的 3 層，拍照時每層獨立成像，然後再進行結合。這種新型感光元件技術將 1,300 萬畫素預設以 430 萬畫素輸出照片，看上去與 NOKIA 808 PureView 有些相似，其優點在於可提供更清晰和色彩更準確的照片。儘管兩者在感光元件的類型上有著較大的差別，但在照片畫素輸出上卻有著異曲同工的效果。以下分別從 Ultrapixel 感光元件技術與「第一代 PureView 技術」、「Sigma 的 Foveon X3 感光元件」兩者間的相似性，以及可能存在的技術瓶頸，三個方面來介紹傳聞中 HTC M7 所採用的 Ultrapixel 感光元件技術。

▲傳聞 HTC M7 旗艦機，將搭載採用全新 Ultrapixel 感光元件的 1,300 萬畫素相機。（圖片來源： Pocketnow）

【Ultrapixel 感光元件與一代 PureView 技術的相似性】

諾基亞推出的 NOKIA 808 PureView 擁有 4,100 萬畫素（7,728 x 5,368 pixels）大尺寸感光元件，在 4：3 模式下可拍攝 3,800 萬畫素（7,152 x 5,368 pixels）圖片，在 16：9 模式下為 3,400 萬畫素（7,728 x 4,354 pixels）。除此之外，若以 500 萬畫素進行拍攝，可將每 8 個畫素點整合運算為一個「超級畫素點」，即將 4,100 萬畫素的圖像資訊「濃縮」到 500 萬畫素的圖像中，在經過高度交叉整合運算後，可呈現出比一般 500 萬畫素手機更加清晰的影像，既保留了所有的畫面細節，又過濾掉圖像的可見噪點，甚至還可進行數位式的「無損變焦」。倘若 HTC M7 真如報導採用全新 Ultrapixel 感光元件技術，將 1,300 萬畫素預設以 430 萬畫素輸出照片的方式，則與 NOKIA 808 PureView 所採用的原理相似，那麼 HTC M7 的拍照畫質將值得期待。
 

▲HTC M7 的 Ultrapixel 感光元件技術將 1,300 萬畫素預設以 430 萬畫素輸出照片的方式，與 NOKIA 808 PureView 的原理相似，在經過高度的濃縮之後，呈現出來的照片既保留了原有的畫面細節，又過濾掉圖像的可見噪點，甚至還可進行數位式的「無損變焦」。

【Ultrapixel 與Sigma 的 Foveon X3 感光元件的相似性】

而 Ultrapixel 感光元件將紅、綠、藍三原色分為各 430 萬畫素的 3 層，這個原理與 Sigma 的 Foveon X3 感光元件頗為類似，這個技術則完美解決了圖片的色彩精準度問題。傳統的光電耦合器件只能感應光線強度，不能感應色彩資訊，需要通過 Bayer 濾色鏡來感應色彩資訊，而通常採用 CCD 或者 CMOS 感光元件的數位相機，在同一畫素上只可記錄 RGB（紅、藍、綠）三種光波其中一種的強度，最後再與鄰近的幾個不同的畫素統整資訊得到近似的顏色。而 Foveon X3 實現了將完整的三原色資訊記錄於單個畫素上。


▲傳統的光電耦合器件只能感應光線強度，不能感應色彩資訊，需要通過 Bayer 濾色鏡來感應色彩資訊，而通常採用 CCD 或者 CMOS 感光元件的數位相機，在同一畫素上只可記錄 RGB（紅、藍、綠）三種光波其中一種的強度。（圖片來源： 維基百科）


▲HTC M7 可能採用的 Ultrapixel 感光元件工作原理，傳與 Sigma 的 Foveon X3 頗為類似，其將紅、綠、藍三原色分為各 430 萬畫素的 3 層。（圖片來源： 百度百科）

Foveon X3 利用可見光不同的波長擁有不同穿透力的原理，並根據矽（感光元件的材質）對不同波長光線的吸收效應來達到一個畫素感應全部色彩資訊的作用。Foveon X3 採用三層感光元件，每層記錄 RGB 的其中一個顏色通道，最表面一層感應藍色，第二層可感應綠色，第三層感應紅色，所以在每個畫素上可同時偵測紅、藍、綠三種波長的強度，根據不同程度擷取 RGB 色光，可確保不同色光 100% 被擷取，因此所拍攝的圖片色彩細節保留更完美真實。
 

▲Foveon X3 採用三層感光元件，每層記錄 RGB 的其中一個顏色通道，最表面一層感應藍色，第二層可感應綠色，第三層感應紅色，所以在每個畫素上可同時偵測紅、藍、綠三種波長的強度，根據不同程度擷取 RGB 色光，可確保不同色光 100% 被擷取。（圖片來源： 蜂鳥網）

傳統 Bayer 感光元件由於混色時的微小色差，容易存在摩爾紋與疊影的問題，只能透過加裝低通濾鏡 / 模糊濾鏡來解決，但是這樣會大幅降低畫面的銳利度，進而影響輸出畫質。而 Foveon X3 感光元件不會存在上述的技術困擾，其完全不需要使用這種濾鏡，由於傳統的 Bayer 感光元件的單層構造導致無法使用這種技術。這項優勢讓 Foveon X3 感光元件可以比同樣畫素的 Bayer 感光元件有更高的解析度，這也是保留圖片細節與清晰度另一個有效方法。

【Ultrapixel 感光元件技術可能遇到的技術瓶頸】 

但 Foveon X3 感光元件也存在一定的缺陷，它雖然在收集不同頻譜光線的正確性更高，但每一感光層所收集到的特定光線資訊，反而比傳統的 Bayer 感光元件來得少，這導致 Foveon X3 在低光環境會增加色噪的產生，需要在低光環境時使用較高的 ISO 感光度，但目前使用 Foveon X3 的裝置，最令人詬病的莫過於在高 ISO 感光度的表現不佳以及儲存速度較慢。在高 ISO 的情況下需要更好的演算法處理更多的資訊才能夠降低色噪的產生，不過 Foveon X3 的驗算法比傳統感光元件更加複雜，以現在的技術來說在過高的 ISO 下會產生比傳統感光元件更多的噪點，以至於在夜拍時必須使用低 ISO 和三腳架之類的輔助工具。另外，雖然 Foveon X3 的色彩精確性非常好，但其使用光波穿透矽晶圓深度的方式來區分色彩，因此顏色也會有一定程度的交叉污染，特別是在紅色感光層。若如傳聞 HTC M7 的相機採用了 Ultrapixel 感光元件 ，能否有效改善上述 Foveon X3 感光元件的部份缺陷，將會是觀察的重點之一。

【實拍樣張賞析】

NOKIA 808 PureView 拍照範例欣賞（可點擊查看大圖）：




採用 Sigma 的 Foveon X3 感光元件的設備（Sigma DP2）所拍攝的樣張欣賞（可點擊查看大圖）：

▲採用 Foveon X3 感光元件的設備所拍攝的圖片，圖片色彩細節保留更完美真實，該元件所採用的技術也是保留圖片細節與清晰度另一個有效方法，但其在低光環境下會產生色噪的困擾。（圖片來自網絡）

資料來源： Pocket-lint

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