大尺寸成像器對(duì)比三成像器攝影機(jī) 各有利弊

大畫(huà)幅、單成像器（LFSS）攝影機(jī)被譽(yù)有高分辨率，能夠安裝攝影機(jī)鏡頭以及能夠獲得膠片感的淺景深。

但這些LFSS攝影機(jī)也存在一些設(shè)計(jì)難題，并且與長(zhǎng)期使用的三成像器攝影機(jī)設(shè)計(jì)相比，具有某些天然的缺點(diǎn)。

馬賽克效果

簡(jiǎn)單地說(shuō)，三成像器攝影機(jī)采用一個(gè)把來(lái)自鏡頭的畫(huà)面分成3種原色（紅、綠、藍(lán)）的分光棱鏡（圖1）。產(chǎn)生的紅、綠和藍(lán)畫(huà)面分別被傳遞到3個(gè)單獨(dú)的成像器。這三個(gè)成像器中每個(gè)都有相同數(shù)量的等間隔像素。

大畫(huà)幅、單成像器攝影機(jī)采用一個(gè)比用于三成像器攝影機(jī)的最大成像器（2/3英寸）都要大得多的成像器。LFSS技術(shù)不是用一個(gè)棱鏡分離顏色，而是采用芯片上像素上面的馬賽克彩色掩膜，由于微小的濾色片被涂覆在各個(gè)像素上，因此一些像素只接受綠光，一些像素只接受紅光，還有一些像素只接受藍(lán)光。

雖然有其它一些“馬賽克”方案，但目前大多數(shù)LFSS攝影機(jī)在各個(gè)像素上的掩膜中都采用拜爾濾色片（圖2）。拜爾濾色片允許接受綠光的像素?cái)?shù)是接受紅光或藍(lán)光的像素?cái)?shù)的兩倍。此像素?cái)?shù)不一致通過(guò)“去拜爾”處理解決，以實(shí)現(xiàn)RGB輸出。（術(shù)語(yǔ)去拜爾在本文中被用于描述LFSS攝影機(jī)的重建處理，無(wú)論它們是采用拜爾濾色片還是采用其它方式。）

大部分?jǐn)z影機(jī)制造商同意LFSS的設(shè)計(jì)使制造比三成像器攝影機(jī)要簡(jiǎn)單，理由是無(wú)棱角裝配工作。但三成像器攝影機(jī)中不需要的去拜爾處理非常關(guān)鍵。

“要做到這一點(diǎn)需大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算，”索尼電子高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理Juan Martinez說(shuō)，“你需要有一個(gè)非常強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理器?！?/p>

佳能公司資深研究員Larry Thorpe表示贊同，“這可能是單成像器攝影機(jī)和三片攝影機(jī)之間的突出的區(qū)別，在這一點(diǎn)上三片攝影機(jī)具有直接以4：4：4提供的優(yōu)點(diǎn)?！泵考襆FSS廠商都有自己的提供盡量接近4：4：4（非壓縮）圖像的專用算法。

松下公司高級(jí)開(kāi)發(fā)經(jīng)理Michael Bergeron指出，使用馬賽克濾色片，你沒(méi)有共位置的像素。在三成像器攝影機(jī)中，每個(gè)像素的紅、綠和藍(lán)子像素完全在同一點(diǎn)。去拜爾處理的部分過(guò)程包括如預(yù)測(cè)LFSS芯片上哪一個(gè)藍(lán)像素會(huì)在實(shí)際上有一個(gè)綠或藍(lán)像素的點(diǎn)捕獲。

草谷公司攝影機(jī)產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)Klaus Weber表示，在用LFSS攝影機(jī)拍攝彩色細(xì)節(jié)精細(xì)的畫(huà)面時(shí)這可能是個(gè)問(wèn)題，“如果你在綠色玻璃前拍攝非常小的彩色物件，如小花或小蜜蜂，我認(rèn)為去拜爾處理將產(chǎn)生大量失真，因?yàn)轭A(yù)測(cè)效果不會(huì)很好。”

而對(duì)于這兩種不同設(shè)計(jì)的耗電量，Weber認(rèn)為渲染區(qū)別是一種推銷，“我覺(jué)得大畫(huà)幅、但成像器CMOS攝影機(jī)的耗電量相比三片2/3英寸CMOS攝影機(jī)的耗電量不應(yīng)該有很大的不同?！北M管單一成像器本身可能比三個(gè)單獨(dú)的成像器耗電少一點(diǎn)，但由此成像器省下的電力最大可能會(huì)消耗在所需的更大的處理能力上。

其它難題

LFSS攝影機(jī)制造商面臨的另一難題在用于產(chǎn)生此單成像器上的馬賽克掩膜的染劑上。Thorpe說(shuō)：“這有兩個(gè)方面：一是設(shè)計(jì)材料及調(diào)整光譜響應(yīng)以便正確處理你正在尋求的符合高清電視色度規(guī)格，或更具有挑戰(zhàn)性的DCI（數(shù)字電影倡導(dǎo)組織）色度規(guī)格的工作。然后是這些染劑的時(shí)間穩(wěn)定性問(wèn)題。它們有好有差。”三成像器攝影機(jī)棱鏡沒(méi)有這樣的性能隨時(shí)間劣化問(wèn)題。LFSS攝影機(jī)設(shè)計(jì)師還面臨在使用低通濾波器防止圖像失真時(shí)的折衷問(wèn)題。每種顏色的像素?cái)?shù)越低，失真問(wèn)題可能越嚴(yán)重。

“由于綠色像素?cái)?shù)量是紅和藍(lán)像素的兩倍，你面臨一個(gè)選擇，”松下的Bergeron表示，“或者安排一個(gè)極好地處理紅色和藍(lán)色通道的抗失真濾波器，過(guò)濾掉綠色像素已解決的頻率，或者調(diào)到綠色像素，在這種情況下你可能在紅色和藍(lán)色中有失真。”

在三成像器攝影機(jī)中，由于每片芯片上的像素?cái)?shù)相同，一個(gè)低通濾波器對(duì)全部3種顏色最佳。

三成像器攝影機(jī)設(shè)計(jì)還有一個(gè)LFSS沒(méi)有的障礙?！八拇_復(fù)雜，因?yàn)槟阌幸粋€(gè)聚光裝置和3個(gè)成像器，”Sony的Martinez說(shuō)。當(dāng)黑平衡或補(bǔ)償由于LFSS攝影機(jī)上如發(fā)熱而導(dǎo)致的漂移，“你在一個(gè)成像器上做全部的校正，而不是在3個(gè)獨(dú)立的成像器上。”

棱鏡設(shè)計(jì)也有光學(xué)注意事項(xiàng)。“對(duì)用于棱鏡的光學(xué)玻璃類型，通常要求與它有關(guān)的光學(xué)校正，”池上工程總監(jiān)Alan Keil說(shuō)，“而在單成像器攝影機(jī)中鏡頭和成像器之間，有的一般只有空氣?！?/p>

要考慮的另一件事是滿足LFSS的大成像器要求所需的鏡頭尺寸。在電影應(yīng)用時(shí)，LFSS可能配備一個(gè)定焦鏡頭或相對(duì)短距離變焦鏡頭，在現(xiàn)代體育應(yīng)用中，往往采用100倍變焦范圍鏡頭。“一個(gè)35mm尺寸成像器100倍變焦鏡頭可能有100kg，”草谷的Weber說(shuō)。

但如Keil所指出，現(xiàn)代100倍變焦鏡頭是為它們被安裝在上面的高清攝影機(jī)提供清晰度而設(shè)計(jì)的，“如果你增加分辨率很多，這些鏡頭可能還不很完善?！?/p>

如果LFSS攝影機(jī)看起來(lái)像一種主要用于數(shù)字電影攝制的小眾產(chǎn)品，那么NHK值得一提。NHK去年宣布日本可能最早在2016年開(kāi)播超高清電視（UHDTV）。