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图像传感器中的像素数是否等于显示的彩色图像中的像素数?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2022-07-19 11:13:05

这要视情况而定,但让我们先弄清楚一些术语。光电二极管和像素互换使用是很常见的。事实上,你的问题很让人困惑因为你就是这么做的。

图像传感器

相机传感器充满了光电二极管。这些是用来制造像素的,但它们不是真正的像素。光电二极管是一个物理结构,而像素是一个软件结构。它们相互对应,但并不总是1:1对应。

硅光电二极管不能捕捉颜色,它们通常对紫外线和红外线都很敏感。因此,大多数传感器在光电二极管阵列的上方包括一个彩色滤光片阵列(CFA)。最受欢迎的CFA是拜耳CFA,以其发明者布赖斯·拜耳的名字命名,他在20世纪70年代在柯达创立了拜耳CFA。在拜耳传感器中,每个光电二极管将捕获红色、绿色或蓝色的颜色信息。如果相机支持原始文件模式,它会将这些内容读取到原始照片文件中。为了看到实际的照片,完整的RGB像素将从每个光电二极管样本创建,通过从相邻样本插入网格中该位置缺失的颜色。

所以一个2000万像素的传感器会有500万个红色,500万个红色,和1000万个绿色光电二极管样本,它们会插入到2000万像素。在这种情况下,光电二极管和像素之间是1:1对应的。然而,由于插值,一定程度上的清晰度损失。这是低分辨率传感器的一个问题,但在现代高像素世界,这主要是做生意的成本。

2000万像素的传感器

早在2002年,一家名为Foveon的初创公司就推出了一款不使用彩色滤光片的图像传感器。相反,他们在硅的不同层次上放置了一堆光电二极管。利用硅的自然色吸收(比他们画的颜色更复杂),他们设法得到每个像素位置的红色、绿色和蓝色。所以一个能够捕捉464 RGB百万像素的传感器实际上有1392万个光电二极管。不幸的是,Foveon称这是一个1400万像素的传感器,尽管它在清晰度方面甚至不是很接近。事实上,这个传感器有464万个微透镜。你可以通过不需要插值颜色来获得20-25%的清晰照片,但仅此而已。

这也有一个额外的问题:这么多的光被硅衰减了,较低的层噪音很大,只有低的iso是切实可行的。最新版本的Foveon传感器,现在由Sigma公司拥有,使用全分辨率的顶部光电二极管和两个较低的层,分辨率为顶部的1/4。一个2000万像素的Quattro传感器有2000万个顶层光电二极管,但下层只有500万个,一个2000万像素的传感器总共有3000万个光电二极管。还有两千万微透镜聚焦在每组光电二极管上。

光电二极管

还有其他的配方。早在2013年,佳能就发布了第一款双像素自动对焦的单反相机。传统的在传感器上的相位检测自动聚焦工作原理是屏蔽传感器的部分光电二极管,限制进入一些光电二极管的光的方向,从而允许它们用于相位检测。缺点是对焦光电二极管只能得到普通光电二极管一半的光。佳能的解决方案是:将每个光电二极管分成两个独立的光电二极管。每一个都得到一半的光,所以每个光电二极管都可以用于相位检测,但结合在一起,图像得到全部的光。所以一个2400万像素的DPAF传感器有4800万个光电二极管和2400万个微透镜。它只能产生2400万像素的图像。

光电二极管

我的最新款相机,奥林巴斯OM-1数码系统,有一个扩展版,叫做四像素自动对焦,或者用索尼的术语来说(因为他们不想用佳能的术语),2x2 OCL,意思是每个片上镜头下都有2x2个光电二极管。这个2000万像素的传感器有8000万个光电二极管。由于每个微透镜包含四个光电二极管,它们不能用于更高的像素分辨率,但它们可以用于自动对焦,这是重点。当索尼销售带有CFA和芯片微透镜的全传感器时,他们认为这是一个2000万像素的传感器。

实际上,索尼为智能手机配备双像素传感器已经有一段时间了。例如,所有谷歌Pixel手机都配备了带有DPAF的索尼传感器。事实上,他们使用双像素读出来为他们的计算摄影建立深度图。没错,所有这些1200万像素的DPAF手机实际上有2400万个光电二极管。

光电二极管

如今,相当多的智能手机走了不同的方向,在每个彩色滤光镜元件下都有四个光电二极管,但每个光电二极管都有一个微透镜。因此,如果我的相机的2000万像素传感器有一个不同的微透镜阵列,从技术上讲,它将是一个8000万像素的传感器。颜色仍然是一个2000万像素的拜耳,所以这被称为Quad拜耳。这就是为什么许多智能手机拥有惊人的高像素数字:32、50、64、108亿像素。我桌上的荣耀Magic4Pro手机有一个5000万像素的主摄像头、5000万像素的超广角摄像头和一个6400万像素的潜望镜长焦摄像头。

Quad Bayer的目的是提供一些灵活性。智能手机射手很少会在意超过1200万像素。所以如果我用5000万像素的四bayer传感器拍摄,我捕捉5000万像素的光,但只有1250万个颜色区域。我可以将2x2像素“桶”在相同的颜色下,以提供更好的1250万像素的图像,使用传统的拜耳插值。或者我可以单独使用它们,用更复杂或更不精确的颜色插值从5000万个光电二极管构建50 RGB像素。很多手机都能做到这一点——Magic4 Pro可以在三个摄像头上拍摄全分辨率的照片。但通常的用途是,在全传感器宽度下拍摄更高质量的1200万像素的图像,但为了达到长焦效果,还需要处理1200万像素的图像。即使有颜色错误。

传感器

事实上,在每一种情况下,传感器上实际可用的最大像素数总是与微透镜的数量相同。这完全说得通。不管你有多少光电二极管,聚焦光的最小单位是由微透镜传递的,而不是光电二极管。把1、2、4、8个光电二极管放在一个微透镜下,用它们做任何你想做的事情,它仍然只是一个潜在的像素。你可以通过像素桶来减少它们,但不能增加。

所以如果你想知道像素数量的硬件答案,那就数一下微透镜的数量。
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