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为什么只有适马钟情3层传感器?

2019-3-4 19:26:59来源:爱活网作者:Napoleon责编:孤城评论:

在CP+2019上,适马宣布复活3层传感器Foveon X3,在2020年发布搭载该CIS的L卡口全画幅相机。Foveon X3不是什么新技术,早在2002年适马发布了基于该传感器相机SD9,松下、佳能、索尼手中也有类似专利,那为何只有适马钟情于三层传感器呢?

Foveon X3技术源自于美国的Foveon公司,适马SD9上的Foveon X3传感器也是来自Foveon公司。不过在2008年适马趁着金融危机,众多企业价值被低估之际,从美国国家半导体、Synaptics Inc.、New Enterprise Associates以及Franklin Templeton四家公司收购了Foveon公司的所有股,自从Foveon成为适马全资子公司,Foveon X3传感器从此成为适马产品。

▲适马SD9

▲松下、佳能、索尼手中也有3层传感器专利

在SD9时代数码相机是依靠拜尔阵列拍摄彩色照片的(现在也是),拜尔阵列以4×4个为阵列,每一个阵列由8个绿色、4个蓝色和4个红色像素组成,以RGGB形式排列,处理时2×2矩阵进行9次运算,最后生成一张彩色图像。拜尔阵列优势相当明显,只要像素多于1万即可生成彩色图像,所有像素水平布置,生产简单,对处理器要求较低。缺点也相当明显,每一个像素只能捕捉一种颜色,也就是说丢失了1/2绿光,3/4红光与蓝光,必须插值处理,因此实际分辨率低于理论值,摩尔纹、伪色相当明显。

▲Foveon X3与拜尔阵列对比

Foveon X3不同,是一个立体的像素阵列。它分为三层,自上而下分别是蓝色像素层、绿色像素以及红色像素,这样排列是因不同波长的光所能穿透半导体硅深度不同决定的。同时B:G:R像素数量比例为1:1:1,上层像素(光电二极管)最薄,这样能透出更多光线到下层,越往下层像素越厚,以增强底层像素光电转换效率。使用Foveon X3传感器的SD9一发布就展现出巨大优势,分辨率远超同像素相机,没有伪色、摩尔纹,但缺点同样巨大,高感差,耗电量高,连拍慢,色彩还原不准。

▲Foveon X3三层像素排列不是效果图那么整齐的,而是上小下大

为了克服Foveon X3的不足,适马在2014年发布DP Quattro系列相机上使用了改进型的Foveon X3 Quattro传感器。Foveon X3 Quattro传感器继续采用了三层像素结构,改变了每一层像素比例,B:G:R比例为4:1:1。Foveon X3没有拜尔阵列上的三原色滤镜,每一层像素过滤颜色并不精准,容易产生不必要的“杂色”,也难以区分出微小差异,必须使用一套非常复杂的猜色算法。Foveon X3 Quattro改变了三原色像素比例,绿色、红色像素只有蓝色像素四分之一,亮度信息主要由顶层蓝色像素捕捉,绿色、红色像素专注于捕捉色度信息。在付出小小的分辨率代价后,Foveon X3 Quattro有效减少“杂色”,改善色彩还原,绿色、红色像素变大,高感有所提升。

▲Foveon X3(左)与Foveon X3 Quattro(右)

新Foveon X3 Quattro看起来是那么完美,那佳能、松下、索尼为何不用三层传感器呢?适马没有公布Foveon X3、Foveon X3 Quattro传感器技术指标,但再2017来自伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校、圣路易斯华盛顿大学和英国剑桥大学研人员发表的论文中(Bio-inspired color-polarization imager for real-time in situ imaging),提及了他们设计三层传感器性能——像素为1280×720,量子效率(QE)大于30%。30% QE是一个什么样的概念呢,D800上使用的索尼IMX094传感器量子效率达到了56%,索尼工业用背照传感器IMX342的量子效率为64.64%,可见三层传感器在层层阻挡下QE效率暴跌,即使改为BSI结构也无法缩小与拜尔阵列巨大的性能、高感差距。适马敢于在L卡口相机回归Foveon X3更可能是依仗全画幅,运算性能更强的处理器,甚至是多帧降噪技术。

在层层光电二极管削减下,3层传感器量子效率始终不佳

Foveon X3是一种优势劣势都极为明显3层传感器,它能创造出极致分辨率,除此之外一无是处,基于该传感器的相机用途非常单一,适马全幅L卡口全幅相机注定用途有限。松下、佳能、索尼相机是卖给大众消费者的、专业摄影师,更讲求各项性能均匀,与其耗费大量晶体管实现3层结构,不如去实现全局快门、双增益等技术。

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关键词:适马传感器

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