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什么是Super CCD EXR传感器
发布于：2016-03-21转载自互联网
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相机从被发明开始，技术发展几乎就是相机发展的代名词，每一次的升级换代除了外形的千变万化，技术革新都是推进更新换代的原动力。手动机时代胶卷是主流的感光介质，色彩和材质的主流技术都是掌握在少数几个品牌的手中，而富士无疑是其中最具有技术革新里的厂家，进入了数码时代，感光元件已经完全被CCD、CMOS等电子元件所取代，富士在以往所积累的技术经验，设计理念是否可以在新影像时代获得传承和发展，成为大家最为关注的问题。毕竟从品牌角度，富士拥有大量的拥护者，从实用角度，大家都希望富士可以将胶卷时代的革新精神以及完美的体验保留下来。 从2000年推出的第一代Super CCD开始一直到前不久最新的8代Super CCD，富士的“胶卷精神”似乎又回来了，所有的用户不管是从胶卷时代延续至今还是数码的新人都对这个跨时代的技术革新表现出了自己由衷地赞叹。在这个其中，富士又相继推出了SR、HR等概念有效的提高了感光元件的动态范围，使其能最大程度的接近胶卷的相关特性，以至于大家谈动态范围必定是富士无疑。当然富士并不会满足于这样的表现，终于在本次的photokina上隆重推出了号称终极CCD的Super CCD EXR。虽然目前并没有采用了这项技术的实际产品，但是我们从他的技术特性以及部分的样片表现不难发现，富士从根本上解决了，高ISO、动态范围等技术难题，并且是大大领先于目前其它相关厂商的产品。不过就目前的消息来看，这项技术最近将被用于小型的数码相机上，单反产品目前还没有相关的计划。从富士的角度来说，目前的数码单反产品已经达到了很高技术水平，而小DC的实际表现还有很大的上升空间，这也是富士的设计理念所决定的。 市场对于高像素还存在比较强烈的需求，不论这样的衡量标准是否合理，但也确实在变相推动数码相机市场的技术发展。而从另一方面，CCD的像素的提高则意味着单位光电二极管尺寸的缩小，从而导致光灵活度的降低，即感光度的降低。我们所追求的高成像品质不仅仅包含分辨率的提升，还包含整体的图像平衡，消费者肯定更喜欢拍摄到比如在低光环境下高感光度的超低噪点表现、或者在高反差场景下拍摄出同时拥有暗部和亮部详尽细节的照片。事实上如何去平衡这些特性才是未来发展的趋势。 富士胶卷拥有先后研制发展8代超级CCD的深厚经验，同时还拥有七十多年来以胶卷为基础的专业影像积淀。在这过程中，最终目标就是将数码影像能够还原成如我们的眼睛所看到那般自然逼真，做到“CCD系统就象人的眼睛那样”。这其中包含很多技术进步比如“高感光、高分辨率下的超低噪点表现”、“超宽动态范围”等，同时还要专注于人眼对于光线的敏感度和分辨能力的研究。而在Super CCD EXR中，已经在某些方面获得了质的飞跃。 全新的Super CCD EXR传感器采用的“双重曝光控制”通过控制不同的曝光时间电荷累积时间以实现不同的感光度。在这种崭新的结构中， “A”和“B”两组捕捉通道“先后”同时工作，最终“A”和“B”两组通道所采集的图像信息合并并生成最终图像。这种电子控制使图像捕捉实现了对高光和低光细节的全面捕捉。与SR所不同的是，单位像素点的尺寸大小是完全一致的，这就意味着EXR在宽动态范围方面的潜力超越了SUPER CCD SR。 单纯地分析技术解析图，恐怕很难完整的体会到这个技术所带来的震撼之处，那我们就来看看实际表现中通道分离的功用罢。从上面的3张演示图片中我们可以看到通道A主要负责较长时间的电荷累积，而B通道则为较短时间的电荷累积。他们分别记录了高光和暗部的一些细节表现。而最后通道合并的图像上则保留了两者的优点，高光和暗部都获得了最大程度的细节保留，并且这是在不损伤画质的前提下实现的。其实这个技术有点类似我们photoshop后期处理中的通道操作或者说多图层叠加操作，所不同的是感光元级的处理不会产生多少噪点，而后期的图层叠加是会影响到画质和噪点数量的。这就是富士理念中的从根本来解决问题。显然这样的表现甚至是前几代的Super CCD所不曾拥有的。当然EXR要完全推广到全系列是有一定难度的，HR、SR技术会和EXR共存一段时间，EXR最早会应用在F系列的高端机型上。我们猜测会不会是F70fd呢？ 从构造上说起，普通的ccd里面的成像单元都是长方形的，而且排列的方式是矩形排列，而superccd是8边形的构造，在有效感光面积上来说 superccd要占优势，而且Super ccd的排列方式是蜂窝状排列，能够更有效的利用空间~使得整体感光度方面感光度就是在同面积上ccd对光线吸收的多少，也可以说是对光线的利用效率，Super ccd要比普通的ccd要高，这也是为什么早期Super ccd的iso起点一般都为iso200的原因。而EXR则是在原先的基础上，进一步的将斜向相邻的两个像素点变为相同的颜色，这样就很直接的使得单位的采光时间感光量翻一倍，而且由于相邻的两个像素点是相同的颜色，从而降低了互相影响产生杂色的可能性。 在高感光度模式下，CCD保证在低光环境下获得超低的噪点。 在宽动态范围模式下，CCD保证在高反差的场景中获得更多的细节，避免“洗白”等情况的产生。 上图的两个拍摄标板的图片对比就可以很明确的表现出，变化后的排列方式的优势所在。由于斜向相邻的像素点为同一颜色，所以不会有“间色”的杂色出现干扰画面。即使有一定的噪点也仅仅是“单色”，这对于用户的观赏来说起到了至关重要的作用，可以使用户主观感觉画面更加得干净。 这些图片是在富士的宣传资料上截取的，据相关的技术人员介绍是由搭载了Super CCD EXR的原型机拍摄，元件的面积应该不超过1/1.7，使用的原型机其它部分应该是F系列顶级产品。画面的色彩依然具有富士的一贯特色，类似富士胶卷的冷色调表现，画面中的细节表现非常好，层次以及细节过渡非常的自然，虽然没有使用标板和软件进行测试，但是不难看出边角的成像依然很好，没有太多的下降。不过要说句题外话，EXR的表现固然出色，镜头的畸变还是比较明显得。希望在正式产品推出时有所改进。 有效的提高相机的动态范围也是EXR技术中最重要的特性之一，他从原理上解决了高光暗部过高反差的问题，其实有点类似胶卷的一些特性，只不过EXR是由主动的技术引导的。可以看到分别对高光和暗部进行适当曝光后，虽然是高反差的环境但是细节依然抱持的十分出色，画面的对比度也没有受到任何影响。整个画面给人的感觉是非常通透的，这也是后期PS一直追求的目标，现在小型数码相机就可以帮你完成这些繁琐的工作。 当然高感光度也是用户非常关心的问题，特别是一些专业用户和相机器材发烧友。一直以来数码相机的像素节节攀升，速度也越来越快，但是高像素对小相机的用户来说真的有那么大的帮助么？此话略过不提，像素提高但感光面积没有变化则像素密度自然在激增，所带来的结果必然是噪点的增加和软件降噪的无能为力。 富士在这个时候推出Super CCD EXR技术显然是非常及时的，这对于整个行业来说都是爆炸性的信息，从上图中我们可以看到在ISO800下噪点已经被控制在了非常好的范围内，同时即使出现了轻微的噪点也仅仅是对相对单色的，对画面质量没有太大的影响，要知道这还仅仅是用于小尺寸的感光元件，如果今后可以将其应用在大面积感光元件上将会对影像产品产生多么重大的影响。
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