PureView：打造最佳拍照手機(jī)

芬蘭人終于發(fā)飆了。困境中的手機(jī)制造商諾基亞發(fā)布了一款擁有4 100萬(wàn)像素?cái)z像頭的智能手機(jī)——諾基亞808 PureView。或許有人認(rèn)為諾亞基只是為了制造一個(gè)噱頭，希望重新登上IT雜志的封面。但是，諾基亞用行動(dòng)證明了“像素不代表成像質(zhì)量”這句話也未必是正確的。這是因?yàn)楸M管目前的智能手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)擁有更高像素的攝像頭，但是其影像傳感器的尺寸并未相應(yīng)增加，所以每個(gè)像素的面積就會(huì)減小，從而使得每個(gè)像素的感光能力下降，導(dǎo)致所拍攝照片的影像噪點(diǎn)更多。當(dāng)然，諾基亞并不希望自己的用戶在手機(jī)上拍攝4 100萬(wàn)像素的超大照片，諾基亞808的默認(rèn)像素是500萬(wàn)。它通過(guò)一項(xiàng)被稱為超采樣（oversampling）的技術(shù)，將拍攝照片的影像噪點(diǎn)大幅降低，使其成像質(zhì)量遠(yuǎn)超過(guò)普通的千萬(wàn)像素手機(jī)攝像頭。

智能手機(jī)影像傳感器之最

通過(guò)諾基亞808 PureView手機(jī)，前“手機(jī)之王”在硬件上再次點(diǎn)燃了新的火花，它的影像傳感器可以拍攝7 152×5 368分辨率（3 800萬(wàn)像素）的4:3格式照片以及7 728×4 354分辨率（3 400萬(wàn)像素）的16:9格式照片。諾基亞的“PureView”圖像處理技術(shù)在技術(shù)圈子里被稱為超采樣技術(shù)，它的基本邏輯就是利用超大的影像傳感器拍攝3 800萬(wàn)像素的照片，將多個(gè)像素點(diǎn)的豐富圖像信息合成為一個(gè)“超級(jí)像素點(diǎn)”，實(shí)際等效為800萬(wàn)、500萬(wàn)或300萬(wàn)像素的照片，實(shí)現(xiàn)超低噪點(diǎn)和多倍無(wú)損變焦。

為了理解超采樣技術(shù)的神奇，我們首先必須了解常規(guī)的影像傳感器是如何工作的。影像傳感器（以CCD為例）使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變?yōu)殡姾桑鎯?chǔ)在半導(dǎo)體材料上。但是CCD傳感器只能記錄亮度值，如果沒(méi)有其他部件，就只能生成黑白照片。增加拜爾（Bayer）彩色濾鏡矩陣之后，方可通過(guò)計(jì)算實(shí)現(xiàn)彩色照片。拜爾彩色濾鏡是格子狀的，由50%的綠色、25%的紅色和25%的藍(lán)色方格組成。綠色區(qū)域的百分比更高是因?yàn)槿搜蹖?duì)于綠色更加敏感。不同的像素點(diǎn)只對(duì)應(yīng)紅、藍(lán)、綠三原色光中的一種感光，這些像素點(diǎn)交織在一起，然后通過(guò)差值算法來(lái)恢復(fù)原始彩色圖像。也就是說(shuō)，每個(gè)像素都需要從周邊的像素利用插值法才能計(jì)算出其他兩種顏色，這決定了照片最終的呈現(xiàn)效果很難“保真”。無(wú)論差值算法有多先進(jìn)，每個(gè)像素只有一個(gè)顏色值是測(cè)量出來(lái)的，其他兩種顏色都是根據(jù)不精確的值計(jì)算出來(lái)的。如果我們仔細(xì)看一張放大后的數(shù)碼照片，可以看到圖像的顏色散射和圖像噪點(diǎn)形成的鋸齒，觀察到失真的部分。

超級(jí)像素與無(wú)損變焦

與普通的數(shù)碼相機(jī)相比，除了超高的分辨率之外，諾基亞808在拍照方式上并沒(méi)有什么區(qū)別，它也需要拜爾彩色濾鏡矩陣來(lái)記錄照片的色彩信息。主要的不同在于，諾基亞808的像素色彩值并不是通過(guò)差值計(jì)算得來(lái)的，而是將周邊幾個(gè)像素的實(shí)際測(cè)量值合成為一個(gè)超級(jí)像素。舉例來(lái)說(shuō)，300萬(wàn)像素的照片，每個(gè)超級(jí)像素由14個(gè)普通像素組成；500萬(wàn)像素照片的超級(jí)像素由8個(gè)普通像素組成；800萬(wàn)像素照片的超級(jí)像素由5個(gè)像素組成。最關(guān)鍵的因素是，每個(gè)超級(jí)像素的顏色值都是由真實(shí)的三原色計(jì)算而來(lái)，這樣就有效避免了差值計(jì)算造成的誤差。

在數(shù)碼相機(jī)中，有兩種變焦方式，分別是數(shù)碼變焦和光學(xué)變焦。不過(guò)，傳統(tǒng)的數(shù)碼變焦效果通常差強(qiáng)人意，放大后的圖像已經(jīng)丟失了很多圖像信息。而且由于光學(xué)變焦鏡頭需要非常復(fù)雜的硬件設(shè)計(jì)，因此還沒(méi)有被引入到智能手機(jī)的攝像頭中。但是，在諾基亞808 PureView中，無(wú)損數(shù)碼變焦不再是雞肋，它的一顆協(xié)處理器保證了超級(jí)像素包含的像素?cái)?shù)可以實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，諾基亞808 PureView拍攝的500萬(wàn)像素的照片是由“八合一”的超級(jí)像素組成的，因此我們可以進(jìn)行真正的8倍無(wú)損數(shù)碼變焦（放大），直到“一對(duì)一”像素的500萬(wàn)像素照片出現(xiàn)。