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一、前言
即将于2021年CP+影像器材展前后，又会迎来一***新品发布，令键摄小编期待无比。不过相比相机、镜头的“百花齐放”，影像传感器领域最近几年的发展却是越来越趋向于“大一统”：
1、CMOS传感器优势很大、CMOS传感器A了过去、非CMOS传感器即将打出“GG”（中画幅后背和卡片机还有部分采用CCD）。
2、拜尔阵列（什么是拜尔阵列？）CMOS传感器优势很大（富士的EXR CMOS和X-Trans可看作拜尔阵列的变体）、拜尔阵列CMOS传感器A了过去、非拜尔阵列CMOS传感器还有适马的Foveon X3（徕卡、飞思等厂商的黑白传感器暂按下不表）。
结构独特的Foveon X3传感器
目前适马自家的Foveon X3传感器已成为撑起非拜尔阵列CMOS传感器大旗的存在。借由适马Foveon X3“保安三问”：1、Foveon X3是什么？2、Foveon X3从哪儿来？3、Fovern X3要到哪儿去？本期的《相机独门秘籍》，我们来以尽可能简洁、明了的方式聊聊适马“独占”的Foveon X3传感器的那些事儿，看看什么配备Foveon X3传感器的适马相机值得买。
二、不过要先聊聊彩色胶片
上帝说要有光，就有了光。摄影师说要有色彩，就有了彩色胶片。
彩色胶片结构（左一）
彩色胶片片基表面涂有三个感色图层，从上至下分别为蓝色、绿色和红色的感光涂层。每个涂层内有卤化银颗粒和成色剂染料颗粒。和大家认知可能不太一样的是，实际上每一层的成色剂染料颗粒呈现的颜色是这一层的补色。譬如蓝色层使用的是黄色染料，绿色是品红染料，而红色则是青染料。实际当胶片曝光时，某一涂层内的卤化银颗粒受光转变为黑色的金属银，同时附近的成色剂颗粒也对应转变为相等比例的染料，染料以这种颜色的补色形式进行转化。后期胶卷冲洗时，黑色的金属银被药液洗掉，而每一个涂层内的燃料颜色则被固定下来（资料来自于《纽摄上册》）。
三、再聊聊拜尔传感器
迈入数码时代至今，广泛应用的拜尔阵列影像传感器的工作原理却和彩色胶片颇为迥异：拜尔阵列传感器在1976年由柯达公司的工程师布莱斯·爱德华·拜尔发明。由于影像传感器的基本单元光电二极管可测量光线强弱变化，却不能感应色彩，只能拍摄黑白照片。拜尔创造性地设计了50%绿色、25%的红色、25%蓝色的色彩滤镜矩阵，覆盖在光电二极管上方，实现了拍摄彩色照片的目的。
目前最主流的拜尔阵列CMOS传感器
当光线入射时，只有对应滤镜颜色的光才会穿过滤色镜，到达光电二极管而产生电信号。这样每个像素点便能得到其R、G和B三原色之一的数值，随后再结合周围临近像素点的数据，通过插值去马赛克算法计算出这个像素点真正的RGB数据。不过这样的设计有个先天缺陷，那就是实际上每个光电二极管仅能接收1/3的光线信息，而另外的2/3都被色彩滤色镜过滤掉了。至于拜尔传感器为何要将基本组成单位设计为2个绿色、1个红色和1个蓝色滤镜，有说法是来源于视觉三原色学说：
根据视觉三原色学说，人眼内有L（Long长波）、M（Medium中波）和S（Short短波）三种色觉视锥细胞，分别对红、绿和蓝色敏感，我们看到的多姿多彩的颜色实际上是三种视锥细胞感受到的不同强弱电信号，在大脑中的反映。不过L和M两种色觉视锥细胞对不同波长光线的敏感程度比较接近，在白天时对绿色都比较敏感，所以拜尔阵列绿色滤镜的数量是红色和蓝色的两倍。
拜尔阵列CMOS传感器最大的问题便是会产生摩尔纹（什么是摩尔纹？）和伪色了，解决方案是在传感器表面安装低通滤镜，来降低摩尔纹和伪色的程度，代价则是降低画面细节的画质。不过这几年随着拜尔阵列CMOS传感器暴力堆像素，摘掉低通滤镜的高像素相机使用体验也还好，并不太会收到摩尔纹和伪色困扰（传说中的“只要推力大，搬砖也上天”……）。
四、终于谈到Foveon X3传感器
1、Foveon X3传感器的初生：
实际上Foveon X3传感器最初并不是由适马公司发明的，而是由加州理工学院（《生活大爆炸》中谢耳朵等人工作的学校）的Carver Andress Mead教授创立的Foveon公司研发出来的（还有著名的“摩尔定律”实际上是此人最早提出的说法）。当时首席工程师Dick Merrill和首席科学官Dick Lyon领导的团队，共同发明了Foveon X3传感器，并成功将其民用化、商品化。
Mead教授（左）和Merrill工程师（右）
2008年，适马公司正式收购了Foveon公司和Foveon X3技术。后又于2012-13年，整整一代的SD系列单反相机、DP系列便携式数码相机型号均被冠以“Merrill”这个姓氏，来纪念Foveon X3之父Dick Merrill（资料来源于适马官网）。
首台配备Foveon X3传感器的适马SD9
在实际应用方面，第一款配备了Foveon X3传感器的相机是在2002年发布的适马SD9数码单反相机。适马SD9配备了一块20.7×13.8mm尺寸的APS-C画幅Foveon X3传感器，单层像素数约350万，共三层像素排列。
2、工作原理：
与传统拜尔马赛克阵列排布像素不同，Foveon X3传感器某种程度上借鉴了彩色胶片三层染色剂的堆叠方式，从上至下排列了三层光电二极管，每一层二极管分别记录蓝、绿和红色光线的强度。相比只能测量RGB其中之一数据、需要插值“猜”色彩的拜尔阵列传感器，Foveon X3传感器理论上每一个像素位置便可直接计算出RGB值，色彩准确性更高。
Foveon X3传感器专利
上图为彼时还未被适马收购的Foveon公司，在1999年为Foveon X3传感器申请的专利，可以看出分别测量蓝光、绿光和红光的三层光电二极管是如何摞在一起的。也就是说，三层光电二极管的尺寸并不完全相同，而一般我们看到的Foveon X3传感器的结构图中三层像素点尺寸却都是一样的。小编认为这可能是出于便于产品宣传而制作的示意图，示意Foveon X3传感器的大致结构和工作原理，毕竟如果三层像素都尺寸都一样大的话，下层像素不就被上层像素挡住了不是。
Foveon X3（下）结构与传统拜尔阵列传感器（上）有很大区别
3、目前的发展：
自适马收购Foveon公司、山木和人接掌社长之后，2014年Foveon X3传感器经历了一次比较大的迭代。那一年适马先后发布了dp1 Quattro、dp3 Quattro和dp2 Quattro，采用了更具个性的外观设计。新一代Foveon X3传感器在结构上做出了改变，顶层负责记录蓝色光和明暗信息的光电二极管的数量分别是记录绿色和红色的4倍，并且中层和下层的光电二极管只负责记录对应颜**光，不参与记录明暗信息。随后在数据处理过程中，上层的明暗信息也同样被应用于中层和底层。根据官方资料，新结构的Foveon X3传感器解析度增加了30%，数据处理速度也更快、相机续航也有效提升。
全新一代Foveon X3结构发生了改变
4、优势和不足：
优势：不需要去插值猜RGB值，色彩准确性高，理论上不会产生摩尔纹和伪色，不需要低通滤镜而具备更高解像力。传统拜尔阵列每一个像素点仅能记录1/3的总数据量，而Foveon X3传感器每一个像素位置都可以记录下完整的RGB值.
不足：Foveon X3传感器的缺点主要集中在高感画质差和存储速度慢、耗电量大，还有在某些情况下因红色和绿色光波长比较接近而出现交叉污染的情况。理论上因为不需要插值算法去猜RGB数据、去马赛克化，Foveon X3传感器的数据存储速度要更快，不过实际么……
5、最争议的像素计算：
要说到Foveon X3传感器最大的争议，便是到底应该如何计算传感器的像素数了。对于单层的拜尔阵列传感器来说就非常简单，有效像素有一个算一个，数实际参与成像的光电二极管数量即可（佳能的全像素双核CMOS AF技术下每一个像素都有两个光电二极管，光电二极管数量是有效像素的两倍）。不过Foveon X3是三层光电二极管摞在一起的，适马一般在资料中将总像素数按照三层加在一起计算，但实际的解像力和输出尺寸却并没有总像素数那么大。
适马社长山木和人介绍新一代Foveon X3传感器解像力计算方法
举个例子，适马dp Quattro系列相机的Foveon传感器上层约为1960万像素、中层和下层各约490万像素，这样总像素数约2940万。Foveon X3传感器最顶层的蓝色层全部像素数负责记录明暗、细节，而常规拜尔阵列传感器则是由占据总像素数一半的绿色像素存储。如此换算，Foveon X3传感器的等效解像力便是两倍其像素数的拜尔阵列传感器，也就是等效约3900万像素。这也就是说，这块APS-C画幅的Foveon X3传感器以2940万的有效像素数，实现了3900万像素拜尔阵列CMOS相机的解像力。
在去年举办CP+2019展会上，适马CEO山本和人宣布正在研发一款基于L卡口全幅无反相机，该相机使用具有适马特色的Foveon X3传感器，总像素达到了6090万，计划在2020年内上市。自此之后在没有进一步信息，直到FP Festival 2020上，山本和人展示了一块全幅Foveon X3 CMOS传感器。山本和人表示，研发中的全幅Foveon X3传感器规格不会改变，像素仍然是6090万，R：G：B像素比例是1：1：1，但现在遇到了巨大挑战，新的代工厂需要时间消化Foveon X3技术，无法确定何时能大规模量产该传感器，整个研发项目退回到传感器研发阶段，Foveon X3全幅相机最早可能在2021年发布，也可能进一步延期。
适马是一家生产光学仪器的制造商，没有半导体芯片生产能力，早年的Foveon X3传感器由Dongbu HiTek代工，在研发全幅Foveon X3传感器时将代工事宜交给新制造商TSI半导体，更换制造商难免水土不服。
适马注册EVF-11外置电子取景器
2021年2月4日，适马在相关机构注册EVF-11外置电子取景器，该款取景器或许是为即将到来的相机准备的。回顾此前得到的消息，如果1：1：1技术6090万像素Foveon X3全画幅图像传感器研发顺利，适马L卡口全画幅Foveon X3无反相机最早可能会在今年发布。
如果Foveon X3图像传感器能够成功，并受使用者认可，那么，2021年将是无反的元年
普及一下什么是拜尔膜
https://www.birdnet.cn/forum.php ... 2914&fromuid=184919
解读常见传感器的CFA排列
https://www.birdnet.cn/forum.php ... 4977&fromuid=184919
本帖最后由 琴剑光影 于 2021-2-5 22:10 编辑
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金钻会员
发表于 2021-2-5 22:06
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