对富士超级CCD EXR的再思考

在2008.9.召开的德国科隆Photokina摄影器材展上，数码影像厂商富士胶片发布了其最新的Super CCD EXR技术。超高分辨率、超高感光度和超宽动态范围是Super CCD EXR技术的三大主要特征，通俗的说就是消费者可以通过Super CCD EXR技术获得细节更多、更清晰、更加富有层次感的图片。对富士的这个新技术，一时间好评如潮，本人当时也对这块新型传感器充满期待。

然而，深入思考一下，才发现这个CCD EXR 充其量是个小改小革，根本算不上具有“革命性”的全新创造。

先看看EXR 的特点；

富士SUPER CCD EXR 采用“像素对”排列，既可以以全像素拍摄，也可以把A、B像素分开，以1/2像素数量进行两次暴光，然后再由图象处理软件合二为一，还可以以1/2像素数量暴光一次，实现高感度低燥拍摄。一块CCD，通过三种工作方式，可以当三块使用，以适应不同的拍摄场景，极大地增加了灵活性。

精细捕捉——实现超高分辨率

当光线足够，明暗反差也不非常大的时候，以全像素拍摄，以实现最高的分辨率；


联合捕捉——实现超高感光度和超低噪点。

当场景亮度不够，需要以高感光度拍摄时，把A、B像素合二为一，使每个像素感光面积增大了一倍，从而得到高信燥比图象信号。


双重捕捉——实现超宽动态范围

当场景的反差非常高，超过CCD本身动态范围时， “A”和“B”两组像素分别使用不同暴光量，得到两张分别记录了亮部和暗部细节的图象，再由图象处理软件合二为一，最终得到一张亮部和暗部都有丰富细节的照片，避免了高反差图象不是死黑就是死白的现象。

按照富士的解释，上面这种以一当三的解决方案，是基于45度的“像素对”排列方式得以实现的。

让我们逐一分析一下上面那三种因“革命性”的“45度排列像素对”所带来的效果到底是怎样的。

一、 精细捕捉——实现超高分辨率

当光线足够，明暗反差也不非常大的时候，用全像素拍摄，以实现最高的分辨率；

实现全像素的“精细”捕捉，是任何传感器都采取的工作模式，与像素的排列方式无关。因此，EXR在这一点上没有特别的优势可言。

二、联合捕捉——实现超高感光度和超低噪点。

当场景亮度不够，需要以高感光度拍摄时，把A、B像素合二为一，使每个像素感光面积增大了一倍，从而得到高信燥比图象信号。

这里涉及到一个问题——像素合并是富士的45度像素对独有的吗？传统马赛克排列方式就不可以像素合并了吗？这个问题大家已经探讨过。我的观点是：马赛克传感器同样也可以像素合并，这与像素的排列方式无关。无论是马赛克排列，还是45度成对排列，没有本质的区别，在技术上都可以做到1+1或者1+1+1+1的合并。

可见，联合捕捉上，EXR也没有优势。

（关于马赛克传感器的像素合并的讨论，请参见以下两个主题贴：
http://forum.xitek.com/sorthread.php?threadid=571296&pagenumber=1

http://forum.xitek.com/sorthread.php?threadid=566349&pagenumber=1）


三、双重捕捉——实现超宽动态范围

当场景的反差非常高，超过CCD本身动态范围时， “A”和“B”两组像素分别使用不同暴光量，得到两张分别记录了亮部和暗部细节的图象，再由图象处理软件合二为一，最终得到一张亮部和暗部都有丰富细节的照片，避免了高反差图象不是死黑就是死白的现象。

这一点看似EXR很巧妙，实际上恰恰相反——不仅不巧妙，而且还弄巧成拙。

首先，对同一场景进行不同暴光量的暴光，然后再合成一张照片，这个在光比超出传感器动态范围时采取的有效方法，原已有之，并非富士发明。富士的EXR所做的，就是发挥了“像素对能拆成A、B两个半像素画面”的性能优势，按一下快门，就可以得到一张宽容度极大的照片。实际上，如前所述，分成A、B双画面，非45度成对排列的传感器也可以做到，并非EXR独有的优势。尤其重要的是，用分成两个半像素再合成的方法并不高明，我们完全可以通过包围暴光，得到两张全像素的照片，再合成一张高动态范围的片子，而且是全像素的。只要在相机上加入包围暴光功能，再把原来由后期PS变成机内合成，也可以作到按一下快门，得到一张高动态范围的照片，而且是全像素的。这个方案，比富士EXR得到只是一半像素的照片的方案，高明多了。

通过以上分析可以看出，富士的EXR，根本没有什么“革命性”，其意义当然也就不会有那么大了。

顺便说一句，X3传感器的出现，才具有革命性的意义，把像素的排列方式，由二维变成三维，等于把传感器的可利用面积扩大了三倍。据传富士、佳能等公司都在努力研发中。这才是我们应该期待的。