华为P30Pro：新传感器照片色调的秘密

华为P30Pro：新传感器照片色调的秘密  中关村在线 2019-04-20 06:24:28
【中关村在线原创】华为P30和P30 Pro两款机器惊艳了世界。超前变焦之外，我们更关注的是华为手机拍照的色彩：因为华为使用了完全不同的传感器滤镜。这是怎么回事？有什么好处？
感光器：两层过滤
现在的传感器已经是CMOS的天下。但无论CMOS还是CCD，作为感光器件本身，都有滤镜。最前面的被称之为低通滤镜，低通滤镜有两大作用：消除摩尔纹以及过滤电磁波普。当我们用手机去拍摄屏幕的时候，还是会看到间隔均匀的明暗条纹，这就是摩尔纹，如果没有低通滤镜，这将会是很普遍的现象，当然低通滤镜会牺牲一部分画质，所以Nikon的D800有专门追求更高画质、取消了低通滤镜的型号D800E。
感光器结构是多层的
佳能曾经推出过去掉低通、增强红外波段的产品，用a表示天文
照片中星云的红色都是红外波段，肉眼看不到
另外一层过滤电磁波谱的滤镜就更重要一些：过滤红外线和紫外线UV。感光元件本身能接收的光谱远不止可见光，还包括红外线紫外线等等。这方面单反相机领域都推出过去掉红外低通、能曝光红外线的天文专用机。经过这两道过滤之后才是可见光用来拍照。
传感器的色彩滤镜
我们都知道红绿蓝RGB构成三原色。但是对应感光元器件来说，它还是“照单全收”的，所以必须给每个像素加上滤镜。当然不加滤镜的传感器也不是没有，比如以前的柯达有无滤镜CCD，适合天文摄影这种可以单色独立滤镜、长时间曝光后进行色彩、亮度通道的拼合。
Bayer型RGGB滤镜排布方式
不同品牌的传感器排布方式不同
所以下一个问题就变成了RGB像素怎么排列的问题。因为像素一般来说都切割成四方的，RGB是三个颜色不是四个，富裕的那个怎么办？还好我们人眼的感光原理是通过视锥细胞来感受颜色，学名叫做G蛋白耦合受体，它的发现在前几年还获得了诺贝尔生理医学奖。研究发现人眼对绿光更敏感，所以多出来的那个像素也是绿色，这也就是RGGB排列的来历。当然不同的企业有自己的实现方式，比如富士的像素就不是四个一组，这不是关键，关键在于像素排列表R：G：B≈1:2:1的数字关系。
华为P30系列：敢为天下先
华为的P30系列，直接在底层的感光元器件上做了手脚：改变了CMOS滤光的滤镜颜色：从RGGB排列中，用黄色Y替换G，变成了RYYB排列。熟悉打印、印刷的人都知道，Y，也就是黄色，并不是白光三元色之一，而是印刷色，怎么理解？
黄色可以看作是红和绿的组合
这就是怎么看待黄色。这里我们把黄色可以看成是R+G。那么华为传感器的RYYB就相当于R+（R+G)X2+B？显然不能这么算。这要看优化。首先要确定的是我们拍照拍日光下应该更多，那么G的进光量不能少，或者说不能少太多，华为给出的说法是进光量增加40%。
夜景下算法更重要
华为宣传和实际的夜景拍摄更强，这里面Y像素的红出了很大力气。目前已知的夜视设备只有两种：微光夜视仪和红外夜视仪，手机没有红外发射装置，只能是被动接收。那么更强的夜景能力，除了高感光度能力，是红外波段增强？是Y滤镜透光率更好？但这就又回到问题的初始：华为动了低通了吗？如果这么定制，应该会大量增加成本。现在的夜景还是靠多帧拼合为主，打开摄像头的那一刻开始其实手机就开始了缓存，当用户在屏幕上按下快门的瞬间T，这前后的十几张HDR图像进行拼合、处理，成就了更高的清晰度、更低的噪声。
多出来的红色怎么办？
华为的RYYB摄像头对比RGGB的产品，一定是“多红少绿”那么问题就来了，如果直接读取传感器信息，那么颜色一定会很怪异，画面会偏黄而绿色不足。但事实上这种情况并未发生，这背后是怎么实现的？
用标准色卡来分析RYYB的色彩表现与标准色的区别
很多评测里都可以看到色卡护照
其实要实现这一点并不难，有两种靠谱的途径。第一种其实和照片打印、处理是一样的，那就是通过ICC色彩描述文件来实现。比如日光场景，华为只要用RGGB的传感器和RYYB传感器拍摄一样的色彩图片，就可以分析得到正常的颜色。我们在很多评测里面都可以看到这个东西，那就是爱色丽的24色标准色块，用标准色来比较获得的颜色，得到摄像头的色彩描述文件。要知道的是，真实、标准的色彩并不好看，所有手机都会优化照片，所有的优化都是建立在这套色彩标准流程体系之上的。
通过机器学习来掌握RYYB色彩倾向也不难
第二个办法则稍微麻烦一些，需要用大量的图片进行机器学习，进而得到RGGB传感器排列下色彩如何转换成RGGB色调。机器学习训练量有几十亿张图片的比对即可，这其实并不复杂。
判断场景、目标，快速的使用针对性的优化算法是今天高质量拍照的基本功
当然我们说的只是在某哥具体场景下使用的办法，现如今手机拍照，都用了场景识别功能，也就是说拍月亮、拍夜空、拍风景、拍人像这些不同场合，使用不同的优化算法，是一套组合拳，所有企业都在这么做，华为的P30系列能获得DXO的最高分，也充分说明了它从感光设备到算法上的综合实力已经达到了世界顶尖水平。

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全文可圈可点的佳句不少，给文章增添了些文学情趣。

龚老师讲作文厉害啊