畫素競爭下的真相 ---- 1/3 吋 CCD CMOS 作成 400萬畫素是否是正確選擇

bv2fb · 2013-02-20T22:40:50+08:00

HTC但這次大膽嘗試新像機概念，將CMOS影像感應器之面積升為 1/3吋，畫素降為 400萬。行動大膽，這種 PM 決策到底是對是錯。消費者要如何從眾多似是而非的雜訊中取得正確的資訊以供判斷。畫素的迷思，人眼到底需要多少畫素才能感覺舒服。一個人那樣高的超級漂亮海報燈箱，它的原圖很少含有超過 100萬真實畫素。經過三色或七色分色噴印後也是只有1000~3000 萬個畫元 (color Sub-pixel)。那在 1920X1080 27吋螢幕，及 3~5 吋小液晶螢幕上需要多少真實畫素。才能感覺清晰。下面這張圖只有600X400= 24萬畫素，是 400萬的 16分之1請按 CTRL+滑鼠滾輪將他縮為4.7吋對角線 (就是你食指到拇指端長度)看看夠不構精細。一個畫面的品質主要是由解析度、對比動態、色飽和、訊噪比....... 決定。解析度 : 主要是由CMOS畫素及玻璃鏡片品質決定。對比動態: 主要是由 CMOS 每個畫元面積加上製程能力決定。色飽和 : 主要是由CMOS 濾光膜及玻璃鏡片品質決定訊噪比 : 除上述外 CDS AGC-AMP DSP 室溫電磁干擾及所有電子元件都有關系。其中則以動態比對畫質影響最大。有人說沒有解析度，動態有何用? 其實解析度也是一種小區域動態比。以現在的主流手機大小厚度，1/3吋CMOS 相機幾乎是極限尺寸，1/2吋或更大之CMOS雖更好，但很難塞入，火山口會很大。 1/4吋體積雖小但會損失動態 33%，所以可能會被漸漸放棄。甚麼是動態舉起你的手機、小相機、拍一下路邊紅綠燈及小綠人，疑!! 怎麼變成小白人，紅綠燈怎麼變成白、白燈加紅綠框。相機壞了嗎? 回家換價值15萬元的高級單眼相機 D-800 加高級鏡頭 24-70mm F2.8 再照一次，噯! 怎麼還是一樣，縮小光圈再照一次，還是一樣，再縮小光圈看看..................這就是動態不足，因為 CMOS 上的三色資訊已全部飽和而無法分出顏色。人眼之桿狀體等效ISO感度約在 800~1600 左右，錐狀體等效 ISO感度約在100~200左右，因人而異。又因網膜上面的感光化學成分可以在30~180秒鐘替換成另一組藥水，所以在暗處一段時間後，ISO 感度會再提高，但是色分辨力會大幅降低。(所以很多夢是黑白的可能是因為比較省電、省記憶體。)人眼之瞳孔光圈一說是約在 F=1:1~1:8 左右，也有一說是 F1:8~1:11 它是用人肉做的自動光圈。在一般生活範圍應可以假設約在 F=1:8 附近網膜底片之動態比因種族而異，有一說是 1,000,000:1 但我認為可能高估了，那可能是含瞳孔自動光圈，加大腦 HDR 多張影像組合計算後的動態-動態比。人眼如果瞳孔不縮放，眼睛不亂動，只看一次，不用大腦做動態 HDR 影像組合，其動態應在 1000:1 ~3000:1 附近。那相片、海報燈箱、螢幕要做到多少對比才能使人眼感到愉快呢?實測結果是要 50:1 以上的動態才能使麻瓜的眼睛覺得可以接受，要 100:1 以上動態才能使經過訓練的眼睛覺得好看。但是既然人眼的本質動態可達 1000:1 以上。那麼它的視覺經驗是可以訓練的，一旦大家都看到過動態好的像片，就回不去了。當人們都發現"對比動態" 比 "解析度"重要時，一場眼球革命即將開始。所以CMOS可能會越用越大，直到能產生 1000:1 之影像。當然如果出現像 BSI那種將感度提升3倍之新科技，就更好，假如類似 Foveon 的方法有大突破，就又有機會再提升2~3倍，順便也可解決 Color Bayer

Cudacke Dees

89分

601樓

Cudacke Dees

個人積分：89分

文章編號：42073550

maxvipworld wrote:
雖然辯論可以增長知識...(恕刪)

要增長知識請透過適當的管道讀書, 上課學習,
請不要聽廣告業者的話.

要增長知識,
要自己願意學習,
而不是抱怨別沒有幫你把重點畫出來,
所謂的重點是閱讀完全篇之後, 理解出來的關鍵之處,
要先閱讀完全篇, 重點才有意義,
請不要拿台灣填鴨式教育那種把重點丟給學生,
然後沒讀也沒懂的方式學習.

這片不點但也沒有很難,
高中水平就可以學習的程度,
加油!

http://www.luminous-landscape.com/essays/dxomark_sensor_for_benchmarking_cameras2.shtml

Haily

3487分

602樓

Haily

個人積分：3487分

文章編號：42073641

我也絕得樓主對於別人指出他錯誤的地方避而不答, 最明顯就是Bayer patten的問題.

bv2fb wrote:
首先第一片水晶將光束上下分裂成兩道完全一樣的光束。另一片則再將兩道光束左右分裂成四道光束。這4道亮度、顏色完全相同的光束再同時打到4個RGGB畫元(Sub-pixel element)上。
所以上下左右隔鄰的畫元(elememt)之資訊不能互相共用來解出更多之彩色或亮度資訊，因此400萬畫元 (element)之 CMOS 實際只能取出 100萬個不同的亮度及彩色資訊。無法得到更多的資訊。
因為兩片水晶組成之低通濾波器，已經將鏡頭送來之影像故意模糊成只剩100萬點，以防產生錯色假色及牛頓環現象。
這個答案就順便回答為什麼相鄰上下左右。 element不可以再組合以取得中間光學插補。
事實上你也買不到能執行這種夢想的DSP

當別人回答無論投射在任何四個element上的面積都符合上述條件
也就是他所提供的圖

bv2fb wrote:
現在看我變魔術將他們全部變紅色。

與他前面提的水晶將光束分裂成四道光束相違背

再以他認為會混亂的圖:

我將右邊第一排拿掉

同樣光線打在相同他所說的位置, 是否也有問題?
等樓主解開後, 再套回右移一個element的位置就解決了

而樓主在後面也提到 "幸好自然界的影像沒有這麼嚴苛，很多像素都是相同或連續的"
所以答案很明顯, 只是要不要承認吧了

maxvipworld

28分

603樓

maxvipworld

個人積分：28分

文章編號：42073736

Cudacke Dees wrote:
要增長知識請透過適當...(恕刪)

當有人po四則運算給你，但你卻連1、2、3都不知道，
那是不是要先告訴別人1、2、3是什麼，運算是怎麼處理的。
這不算填鴨吧?請不要認為你懂了，別人一定懂。
還有請不要全盤否定別人的論述(除非是沒有建設性的回答)，因為未必全盤皆錯。

bv2fb

429分

樓主

bv2fb

個人積分：429分

文章編號：42079374

Cudacke Dees wrote: 你要技術性的文章,給了你你還懶得看,看不懂可以查字典,看一次不懂可以看兩次.但是請不要懶,真的技術性的文章是至少這種程度的.(恕刪)

謝謝你引用的文章，內容真棒。看了3遍，字典也查過了。但因為基礎不好，用力讀很久只能懂一點點皮毛。

那麼深奧的技術性文章，你一看就懂，想來應該是這方面的專家。
不知可否請你撥空重點提示講解一下，以饗網友。

例如一個具有 4M Bayer RGBG 之 CMOS 如何經由計算得出一個完整 4M 的輝度影像及色度輸出，可否畫幾張簡圖介紹一下它的基本概念。

因為我的程度實在不高，煩請將我當作高三學生來教。

請接受我誠懇謙虛的請教，因為我真的是不懂。

真的 !!

bv2fb

429分

樓主

bv2fb

個人積分：429分

文章編號：42080216

剛才又收到一位網友提問。怕不回答又挨罵.

我記得以前有回過相似的提問，但一時找不到放在哪一段。就重新回答一次吧!

近年來CCD CMOS 畫素越來越高，1/4 1/3 吋CMOS每個畫元element 都小到比2微米寬還小，也就是一個4畫元組成之畫素 pixel只有4微米寬，幾乎已達廉價光學鏡頭解析度之極限，一般3~5層玻璃、塑膠合成鏡頭已無法提供那麼細的影像，鏡頭能提供之最細影像點，已經比4微米直徑還粗，所以很多廠商就乾脆把兩片OLPF低通水晶片拿掉不用了。因為反正鏡頭本身產出之影像只剩100萬點細節，光學鏡頭本身已是一個低通濾波器了，就不必再用水晶片予以分裂4道來加粗了。加了對減少假色的效果也不是很大。

這個答案就順便回答為什麼相鄰上下左右之畫元 (Sub-piexl element) 不可能再交叉組合以取得中間光學插補。因為鏡頭根本沒有提供更多細節。沒有原始資料，神仙也無法算出更多資訊量。

至於400萬畫元的CMOS 相機輸出到記憶體儲存點數為何能達到 2688 x 1520= 400萬點呢?
實情是，那是一種工業話術，他只是將左右上下畫素加總平均後插補而已。

所以不論是從 Bayer 起算，或事後再插補都是一樣，因為原始資料只有 100萬點，神仙也無法由一張100萬點的原始圖面產生更多資訊，這是哲學範疇，不是技術問題。

台灣大部分工程師，只懂得套用原廠專家提供的 Bayer 計算法到它的韌體中 (Firmware)，並不知道自己在做甚麼，雖然沾沾自喜的深信能得到更多細節。但實際上是沒有實質的。所以這些工程師，絕對無法用畫一張圖來說明甚麼是Bayer 計算法。因為他根本不懂數學，如果真懂的話，就知道計算半天只是一場空。

Bayer計算法說穿了就是將紅色那100萬點左右上下加權平均後補足其他300萬點，綠色、藍色也一樣補足400萬點。然後每個畫元(Element) 就擁有RGB三個向量，就可產生一組完整的輝度及色度信號。共可產生400萬組新的假"畫素" 。這些假畫素中自然充滿了假色與假輝度成分。然後再用影像預測法，將明顯不合理的顏色刪掉。有疑問的通通去色只留輝度 (黑白成分) 。輝度有疑問的就借隔壁的來用，就是這樣。 no more no less

這種國王的新衣需要純真的小學生來揭穿，或用基礎科學論證來幫他卸妝。

將牛肉、豬肉攪拌後，不論用任何方法都不可能輸出羊肉。頂多只是牛豬混合味道。是新味道沒錯，但絕對沒有羊肉，沒有新東西出現，沒有新資訊出現，就是這麼簡單。這是哲學，不是技術能處理的。

當然任何軟體都可以隨時將100萬畫素之相片重製為400 800 1200萬點之照片。只要一直將左右上下之影像，加起來平均後插補就可以。從 Bayer 開始用硬體做，用DSP韌體做，用後製軟體做都一樣。近看好像多很多細節，滑順得多，遠看卻都一樣。沒有新資訊。

幸好自然界的影像沒有這麼嚴苛，很多像素都是相同或連續的。而且人眼對色的分辨率只有黑白的 1/3~1/8 (紅 1/3 綠 1/5 藍 1/8) ) 所以一般影像經插補計算後不太會穿幫。

底下這兩張電視檢驗圖絕不可能用插補來做。一做就穿幫。所以一張很貴，很貴 !!!

數學家可以設計一些公式來預測畫素，而且常常猜對，但是猜就是猜，也是常常猜錯。
聽說天氣預報只有40% 正確率，但預測明天跟今天天氣一樣，通常有60% 命中率，所以證明猴子比氣象科學家聰明50%

一個最常用的計算法例子就是將畫面邊緣予已峰化，將影像銳利邊之畫素刻意增亮後，再將下一畫素刻意增暗，使人產生畫質很銳利的感覺，雖然是造假，但是還是會使大部分麻瓜誤認那是比較好的。所以所有的商用電視機都有將畫面峰化，手機也有，也就是俗稱的銳利化。哪一個廠商誠實不做，電視就賣不出去。最負責任的廠商是設一個開關讓用戶可以將它調回正常。等有麻瓜客人來訪時還是要打開。否則他會說，他家的電視比較清晰。我自己也常常偷開一些，因為我也是麻瓜，不是哈利波特。

但是電視台攝影棚內的監視器就絕對不會有峰化畫面。因為那邊都是專家在看螢幕。
有空找找看那個旋鈕在哪裡。 (畫質銳化清晰 ....創意無限.....)

看官有興趣可以找一張 RAW 檔照片，放大10倍到能看清每個畫素，仔細看看裡面的假色有多少。JPEG 襠因為經過壓縮有很多原始資訊不見了，比較不易看出。因為JPEG 的 Algorithm 之一就是會將一群 "相近" 的顏色與灰度用 "完全相同的顏色與灰度" 來儲存，以節約記憶容量，所以不適用來觀察此現象。

Haily

3487分

606樓

Haily

個人積分：3487分

文章編號：42080674

bv2fb wrote:
這個答案就順便回答為什麼相鄰上下左右。 element不可以再交叉組合以取得中間光學插補。因為鏡頭根本沒有提供更多細節。沒有原始資料，神仙也無法算出更多資訊量。

你這個論調在當初APS-C片幅使用2426萬像素就被提出, 鏡頭根本沒有提供更多細節的無用論, 可是實際各大像機廠都實際做出來證明有效.這個結果你可以到像機測試網站看結果.

再來就是你一直局限於同一個鏡頭, 試問別家廠商不能用更高解析的鏡頭? 也許你的技術辦不到, 不代表別人不行, 不是嗎?
只因為你不熟Bayer計算法, 就認為它無用? 騙人? SONY, SHARP的實做出1300萬手機相機模組, 都是騙人的?

我再用這兩張圖來反駁你的400萬以上無用的說法.

左邊HTC ONE, 右邊 Xperia Z
右邊是1300萬像數, 文字所呈現的細節遠高於400萬. 影像可以用差補騙人, 可是文字就不行了, 因為文字的空間頻寬達到極限.
你可以試試看把左邊的圖差補成右邊的嗎? 讓文字的細節重現!
您這位老兄還在用電視台旋鈕處理影像嗎? 用PhotoShop做一下就好了, 看你要銳化, 邊緣化, 描邊都可以.
如果不會可以請網友代勞, 看看能不能把400萬pixel的字做成1300萬的, 可別叫人用手描喔!

sycee2008

4分

607樓

sycee2008

個人積分：4分

文章編號：42080917

Haily wrote:
我再用這兩張圖來反駁你的400萬以上無用的說法....(恕刪)

說真的，你的所有重點都根基於錯誤的認知

就這句來說，你哪裡得到這個"打擊目標"？

另外，你知道有多少演算法可以從4M RAW產出4M JPG或是1M JPG或是16M JPG嗎？

你詳細了解之後，再聲稱自己得到多少有效畫數如何？

這樣好了，如果你真有辦法告訴我業界把4M elements轉16M pixel JPG最頂尖的兩家公司是誰（我不會問你演算法啦！那些機密網路一定都沒有），我就當你真的對你反駁的問題有研究

如果只是上網找一些公開資源就說那些東西"就是真理"（因為大家都這樣做），那你還是不要參與討論好了

bv2fb

429分

樓主

bv2fb

個人積分：429分

文章編號：42080980

Haily wrote:
你這個論調在當初AP...(恕刪)

可否請你用9個 16個或 48個 Bayer 畫個圖或些一個公式來解說一下你的理念。

4組原始信號組出16組新影像資料，而不產生一堆假色假輝度.

真的很想知道 !!!! 拜託 !!!!!!!!

不要又叫我我去看書好嗎?

Haily

3487分

609樓

Haily

個人積分：3487分

文章編號：42081023

sycee2008 wrote:
說真的，你的所有重點...(恕刪)

老實講我也不想跟你們聊什麼演算法, 因為你們也只是以你們的所知去推敲別人的做法.
而超出自己的所知之後, 就推論別人都是造假!?

可是市面上的手機都已問世, 無論是400萬, 還是1300萬的都有, 實照也證明解析度比較高
看到證據就說人家用銳化,邊緣化...是麼!? 好大的學問呀!
麻煩樓上兩位學者戳破 SONY Xperia Z是如何造假的, 讓這文字有弧線, 字距那麼細(1 pixel)

左邊HTC ONE, 右邊 Xperia Z
這兩張是網路實測照, 同一個場景 400/1300

bv2fb

429分

樓主

bv2fb

個人積分：429分

文章編號：42081095

bv2fb wrote:
你這個論調在當初APS-C片幅使用2426萬像素就被提出, 鏡頭根本沒有提供更多細節的無用論, 可是實際各大像機廠都實際做出來證明有效.這個結果你可以到像機測試網站看結果..(恕刪)

那可否請你指導一下，那張你從網路摘來，沒經授權的圖上有幾個文字，字寬幾個pixel 如何算出它真的有 1300萬個有效畫素。有沒有先看一下，上面是否充滿假色，假輝度。

能否請你用簡單的圖或公式以 4 16 64 個 Bayer 為例來說明為何4組原始光色資料可以產生 16組或更多真實影像。

請教您了！！！

至於 MTF 本來以為講清楚了，沒想到有人還是繞回去了。
世界上當然有解析度比100萬畫素更細的鏡頭，只是太貴而且不實用。
若是花大錢找一個能解析400萬點之鏡頭後，畫面就會充滿假色，所以只好回頭再加上水晶低通濾波器，將影像重新模糊化為100萬點。才能重新再解決假色問題。

有人說1300萬畫素之影像解析度會比較好，這個沒有人否定過，1300萬element 組成325萬pixel若光學鏡頭也夠好，當然會比 400萬的好，這是常識，只是畫元小了，要付出動態變差，雜訊變大之代價。水晶低通濾波器倒是真的完全可以省掉，因為商用手機鏡頭之最小光束已經很粗，粗到一次可以涵蓋2~3個畫素，8~12個畫元了，產生假色的機會幾乎沒有了。
。
所以用1300萬畫元 CMOS 最終取得 150萬點解像力，比用400萬畫元取得100萬點要好一點。好 50%。
用3倍畫素，產失1.5倍的解析度。但是代價是，假色、假輝度、低對比、高雜訊、黑白壞點多，入塵能見度高............應該不是很聰明的做法

我說的很快就會變顯學的。以後小學生的常識課也會教的。

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至於廣告效果，我就更疑惑了

說 1300萬好的人，可能可以從ＳonyＳamsung 拿到稿費。
說 400萬element 其實只有 100萬　pixel 的人，請問誰會給稿費？
HTC、Samsung 、國科會、還是消基會？　
西岸是上午１１點，你那邊是幾點？
好像錢有點難賺，現在領　２２Ｋ　要加班到清晨　０３：００　　

辛苦了！！！　　　加油　！！！

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