抖一抖像素有 趣谈高像素照片新技术

2015-02-16 14:50:57来源: 中关村在线
    说起抖,怎么都是个让摄影人“谈之色变”的字。可以说抖简直就是影像器材和拍摄者们最大的敌人。可你是否想过,这曾经的敌人,如今也能成为帮助相机取得更好效果的利器呢?而也正是抖,让现在的数码相机的最高像素数达到了一个新的高度。这种抖动技术对分辨率提升有什么帮助?这次我们就来好好聊一聊。
新技能√ 防抖还能这么玩儿

  在今年的CP+开幕前夕,奥林巴斯发布了新款的0M-D机型E-M5II。新机虽然在机身参数性能上没有太大变化,但是新加入的高解析拍照模式则让这款M4/3机型拥有了最高6370万像素照片的拍摄能力。而这种高像素竟是靠抖动实现的。

全新的E-M5II在高精细摄影模式下,最高可以输出6370万像素的照片

  无 独有偶,在本次CP+前宾得公布研发的全画幅单反,也已经基本确认会加入类似的利用机身防抖提升像素的技术。很有意思的是,宾得和奥林巴斯两家都是采用的 机身防抖技术,这次两家则是开发出了防抖系统的“新技能”。不仅是要控制抖动的不良影响,还要利用抖动来实现更好的画质。怎么样,动心吧!

不仅是奥林巴斯,宾得宣布开发的全画幅相机也将具备类似的超高分辨率技术
原本防抖组件对我们的作用是增强手持拍摄成功率,现如今防抖又有了新作用

  其 实说到防抖系统的抖动“新玩儿法”,奥林巴斯和宾得在这方面做过不少文章。比如宾得在K-3上就已经开发出了防抖的新功能——无低通滤镜的去摩尔纹。而这 次它们想到,既然都是抖,不如抖的时候顺便成个像。于是乎,全新的配合着机身防抖系统的高像素成像功能闪亮登场。1600万像素的M4/3机型瞬间拥有了 超越全幅的6370万超高像素,怎么样,这个“抖起来”的新玩儿法还不错吧!那么这种高像素的获得究竟有什么名堂在里面,下面我们就来好好聊一聊。

  注:本文中聊到的抖可不是胡乱震动,防抖系统的这种抖动是高智能的可控性抖动,其震动频率是完全受相机系统本身控制的。因此这是真正“有节奏的抖动”。

 

  早有先辈 哈苏抖出上亿像素

  说 起这种“抖出高像素”的技术,实际上之前也已经有了先例。稍微往前数一下,去年哈苏推出的H5D 200C就是采用类似技术的一款产品。这款采用5000 万中画幅CMOS传感器的单反相机通过哈苏独特的Multi-Shot多重拍摄功能,最多可以实现6张照片连拍合成,并最终而生成一张尺寸可达 16,544x12,400的照片,像素数达到了2亿级,着实可谓是惊人之作。

来自哈苏的H3DII 39MS算是最早一批实践传感器位移技术的机型
“抖传感器提升像素法”最早是为了解决拜耳效应问题

  其实哈苏的这种“抖传感器”技术最初并不是为了高像素,而是为了解决马赛克传感器的拜耳效应问题(又是一个无心插柳)。这个技术的最初目的实际上类似适马的 X3传感器,它是为了解决马赛克传感器猜色造成的伪色以及成像模糊感的问题。(看过X3传感器成像照片的朋友都知道,X3传感器由于是真实色彩,所以其成 像更为扎实,而马赛克传感器不免因为猜色的问题导致了成像“发虚”的感觉)。而通过这种像素位移的方式,针对每个像素能够采集到更多色彩信息,因此色彩更 加真实(猜得更准),能够更好的解决拜耳效应,成像质量也更好。

到了H4D 200MS这代,哈苏终于想通了,反正也是抖,不如把像素都计算进去吧

  后 来不知道是哈苏“开窍”了还是怎样,它们发现既然多采集了色彩信息,何不“顺便”升级一下像素数呢?于是乎,从哈苏H4D-200MS那代机身上起,我们 看到了超高像素的成像能力。通过这种传感器位移配合多张合成技术,在H4D-200MS上我们看到了2亿像素的超高数值。而通过图片我们也能看到,这种超 高像素照片的细节表现力,是有多么的惊人。

2亿像素,细节刻画的提升是非常明显的(如果觉得效果不很明显,可以点此查看大图)

  这 次奥林巴斯新机采用了类似的“抖传感器”方式来获得高像素照片,而且“抖”起来技术完全不输给更早开始做类似开发的哈苏。全新的E-M5II可以在RAW 格式下拍摄6370万像素的照片,也就是其原始像素数(传感器为1610万像素)的4倍(原始宽度为4608,合成后最高为9216)。而更进一步的在 于,哈苏最高靠6张照片合成,而奥林巴斯则是依靠8张照片照片合成,因此理论上获得的细节信息会更有优势。

  并非普通拼接 更多依靠算法

  当然,不管传感器怎么抖。这种高解析拍摄模式最终是要依靠照片合成来实现。这不禁还是让我们想起了我们常见和较为常用的多幅全景拼接的处理方式。不过,别看二者都是合成,两种合成模式是完全不同的。虽然都是像素增加,但常见的拼接会改变照片视角以及相对景深效果(常见效果为视角增广,景深变浅),并不增强细节表现力。而“抖传感器”合成后的照片视角和景深效果不变,增加的是照片细节表现力。

传统的拼接合成,会明显改变照片视角
为了方便拼接,现在也已经有相当多技术成熟的拼接后背模块推出

  那么是怎么造成这种不同的呢?其实主要是合成原理上的不同。常见的全景是拼接,这种拼接方式下,每张照片是通过边缘相接拼到一起。因此,照片的画质不会因拼接而提升,而实际上这种拼接是带来了画幅的增加,因此这种拼接虽然也是像素增加,但对画质和细节表现力的提升没有什么帮助。

全新的传感器位移技术,则是依托于机身防抖模块和算法实现多张同视角照片合成

  而现如今我们看到的“抖传感器”提升像素的模式,则是一种类似多层叠加的技术。多张照片的合成是基于同一视角、同一景深,因此最终生成的是和第一张拍摄的照片相同视角但像素数更高的照片,也因此有了更好的细节表现力。可见,叠加和拼接还是有着非常明显的区别的。

叠加合成计算量不那么复杂,因此有相机自身的处理器完成处理也没有问题

  当 然了,说到照片合成,基本和本身的传感器技术和机械技术没有太多关系了,这里更多就进入到算法层面上了。但就算法的难易程度和计算量而言,实际上拼接合成 的难度是要明显大于多层叠加的。光是照片的畸变处理等就非常消耗计算量。这也是为什么,我们的拼接合成通常是需要电脑处理,而多层叠加依靠机内处理就可以 完成了。

  初显优势 高感更强无摩尔纹

  当然了,毕竟这是一种讨巧的合成技术,不免还是被大家认为是玩票的做法。但实际上这种多层叠加合成高像素照片的做法已经开始渐渐展现出它在一些特质优势,而这些刚刚好是现有普通马赛克传感器的不足所在。它们就是高感控噪、摩尔纹/伪色控制力。

你可否想过M4/3机型不仅有着媲美全画幅的像素数,也有媲美全画幅的高感性能呢?

  高感控噪提升可以说是一个让人惊喜的点,从我们能够找到的奥林巴斯E-M5II的高ISO下的高解析照片来看,这款M4/3画幅的小机器可以通过合成技术,达到照片洁净度接近全幅相机的表现。这点还是颇为讨人喜欢的。那么它是怎么实现的呢?

可以看到,在ISO 800时,E-M5II的高精细摄影照片展现出了优异的控噪表现

  实 际上这类似于多帧降噪技术,多帧降噪技术就是依赖于降低噪点这种随机值的出现几率来实现降噪的。大部分噪点本身是以随机值出现在画面上的,因此大多数情况 下只要我们有三张以上的照片记录同一内容信息,三个同一位置的像素其中两个位置相同的像素一致,而不一致的那个就是噪点了,我们就可以将其识别出而去掉, 并换上其他张照片上同位置的有效像素信息值,往往这样噪点就被去掉了。如此一来,可以有效的降低噪点的数量,从而提升相机的高感表现。

多帧降噪实验拍摄原始视角
多帧降噪效果模拟结果

  为 了更好说明其效果,笔者在此简单的模拟了一个多帧降噪的过程。这里我使用ISO 6400的设置拍摄同场景拍摄了3张照片,在Photoshop中进行了 多帧降噪合成处理。右侧为处理前原始效果,左侧为合成后效果,可以看到合成后照片的颗粒尺寸明显降低,画面的细腻度有了感观上的明显提升。不过,由于合 成,画面的细节表现力有所下降,这方面和软件算法、合成张数等问题有关。

得益于更多的像素信息记录,叠加合成照片很好地解决了伪色和摩尔纹问题

  而 除了高感外,另一个很明显的优势是对摩尔纹和伪色的处理能力。其实这方面原理就更简单了,这种传感器位移合成(“抖传感器”),本身会对单个像素的信息记 录能力增强,因此合成出的照片的每个像素的信息更加完整而真实,自然伪色问题就得到了很好的解决,摩尔纹也是如此。这也是为什么,我们在DPreview 的对比测试中可以看到,E-M5II在伪色控制表现方面会有如此优异的表现。

  先天不足 拍摄题材颇受限制

  那 么说了这么多“抖传感器”的优势,不少朋友一定认为这是个很棒的逆天技术。但是既然它这么好为什么并没有被更多厂商采纳呢?这段,我们就来聊聊“抖传感 器”合成技术的一些不足。我们知道,最新的这种传感器位移技术是基于同一视角,做1像素或1/2像素步长的位移来实现。这里最大的瓶颈就在于被拍摄场景内的物体不能发生移动

高像素照片的获得,可不是那么简单的
看上面这两张位移展示图相信大家也就能理解为什么这种“抖传感器”拍摄方式如此费时

  因 此,实际上能够采用这种传感器位移技术拍摄的题材是非常受限的。这从奥林巴斯的E-M5II的“高精细摄影”介绍中也能看到,这样“抖传感器”的高像素照 片的拍摄是有着非常多的“规矩”要遵守的。曝光时间、光圈控制、拍摄场景的光源控制,等等这些都需要符合要求后才能完成一张高像素的照片,由此可见即便是 抖,也是个技术活。

有时场景固定并不难,可是想要让人也不动地待上2秒真的不容易

  为了说明,这里我们展示了一些采用传感器位移技术合成的照片细节。可以看到,在静物拍摄时这种特殊的拍摄模式的确带来了更为优异的细节表现力。但是在画面中出现移动物体的时候,这些部分像素信息的不统一性带来了画面上的这些奇怪成像效果。

拍摄静物时,超高像素有着极强的优势(上图黄圈内为100%截图部分)

  因此就现阶段的传感器位移合成高解析照片而言,它更符合商业棚拍照、风景照等拍摄场景非常固定,画面内出现移动物体概率极低的摄影题材类型。而画面内有较高概率出现移动物体、或是用于拍摄移动物体时,这种“抖传感器”的技术的短板就会显现出来。

  技术妥协 看画质还需真技术

  以上的这些就是笔者这次想跟大家聊到的关于“抖传感器”的话题内容。可见,利用现在机内的防抖和除尘技术基础,影像厂商们还是带来了一些够新鲜且具备其实用价值的高像素拍摄方法。就这点而言,这种新技术的出现还是值得肯定的。

“抖传感器”的确带来了更为优异的细节表现力(高像素多惊人?点击下载高像素原图)

  抖有抖的好,抖有抖的无奈

  从 积极的方面来看,全新的传感器位移获得高像素照片的技术对静物拍摄有着它的独特价值。更好的细节表现力,更为真实的色彩还原以及良好的摩尔纹与伪色处理能 力都会让它成为商业棚拍摄影的一种选择可能。而这种近似可以看做多帧降噪改良版的技术也的确给相机高感控噪带来了一个较为实用的解决方案。因此说靠抖传感 器“抖出一个明天”还真不完全是戏谑之言。

受制于传感器的开发进度,M4/3阵营也“被迫”在寻找其他升级解决方案
即便是传感器位移获得高像素照片也是有不低的技术门槛的,首先你的传感器得能“抖”

  反 过来看,这种合成技术的引入还是由于相机厂商受制于常规CMOS或CCD感光元件的开发或采购遇到了瓶颈(缺乏现有成熟产品的替代新品)。而从照片中我们 也能看到,虽然E-M5II的控噪和摩尔纹/伪色控制更好,但相较于D810那实实在在的3635万像素全画幅CMOS传感器,这种合成照片的成像素质方 面仍然有着不少路要走(成像不够扎实、涂抹感)。

  为何更爱高像素?

  或许是这些年 数码相机技术的快速更新的确“惯坏了”我们这些摄影爱好者和消费者。当我们看到越来越多画幅更大、像素更高、宽容度更好的产品出现时。我们习惯了换代产品 应有画质的明显进步,而很难再接受只是“小步前进”的升级方式。换句话说,如果一款全新的传感器,只是工艺升级,宽容度提升,但是像素数却没有增加,总会 给大部分普通消费者以升级不够实在的假象。而这或许才是我们现在见到相机像素越来越高的一个原因吧。

相机像素越来越高,一方面是因为消费者对像素数更加敏感,同时也是厂商避免产品同质化
高像素的优异细节刻画能力,使用得当时它能帮助摄影师很好地提升摄影作品质量
当然,我们还是希望能够在不抖的同时拥有高像素,让高像素更实用,更有价值

  而我们话说回来,伴随着影像技术和摄影技术的不断进步,我们的确会越来越希望拥有更好性能的相机的出现。影像技术的进步推动着摄影技术的发展,也正因如此我 们才能在如今见到越来越多好的摄影作品。因此,笔者对于高像素机型的推出仍然是持积极和肯定态度的。而除了“抖传感器”外,我们已经看到EOS 5DS这 样不用抖也能拥有超高解析力机型的出现。笔者也期待在未来,我们能看到M4/3或是其他画幅不仅仅是依靠抖动计算来获得高像素,也能有实实在在的高像素高 性能传感器的出现。这也能为更多摄影爱好者的不同摄影创作,带来更多,更广泛的可能。

关键字:趣谈  像素  照片

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/szds/2015/0216/article_8573.html
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