像素偏移
像素偏移 (英语:Pixel Shift,也译作像素位移)是一种辅助提升成像画质的技术,用于数码成像获得更好的色彩分辨率,或生成获得超分辨率图像。
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9f/Olympus_OM-D_E-M5II_%2818421339075%29.jpg/220px-Olympus_OM-D_E-M5II_%2818421339075%29.jpg)
原理与实现
编辑原理
编辑像素偏移具有两种特定的实现,而其对应的原理并不相同。像素与像素之间存在间隙,而传感器无法捕捉这其中的信号,在亚像素(英语:Sub Pixel)范畴内,进行信息采集,用于补充图像,可以使最终获得图像,得到比传感器本身更高的分辨率。而就拜耳传感器结构而言,其固有的限制在于单一亚像素位置只能获得R、G、B其中一种色彩光线的信息,在合成中损失了其他部分;如果复用这些位置,则可以获得较高色彩分辨率的图像,同时也可以抑制摩尔纹。
额外信息的采集,可以通过布置多传感器,或是单一传感器位移后多张拍摄并合成实现;后者通常利用了相机上配置的传感器防抖机构实现,这也是“像素位移”这一名称的由来。
技术实现
编辑在数码摄影早期,受限于单块传感器像素数限制,通常会采用空间多块图像传感器,逻辑上偏移亚像素单位,以获得画质提升。这类排布与3CCD技术存在交集,故往往一同使用。1995年,由美能达与爱克发联合开发的RD-175即为应用像素偏移式分布的单反相机[1]。
在早期的高清制作中,受限于图像传感器成本或产能,流行的做法是在3CCD结构中,采用单块分辨率为较低的传感器,彼此错开像素,由机内插值合成全高清影像。例如松下的HVX200,使用三片960x540传感器;索尼的HDV采用三片960x1080传感器[2]。
利用单块传感器位移后,进行多帧拍摄合成的技术,则利用了出现在数码相机上的防抖机构,利用移动传感器补偿进行防抖的分支。
首先做出实践的是哈苏,其在2008年推出的H3DII-39 MS上首先推出[3],MS即代表“Multi-Shot”,这一模式下,会轮换RGB亚像素位置进行拍摄,最终同样生成39MP图像,但具有更好的图像分辨率。2011年的哈苏H4D-200 MS,将这一功能扩展到超分辨率获取,可以以50MP的传感器,移动并拍摄6张,实现200MP输出。
2015年,宾得与奥林巴斯分别在自己的相机产品上配置像素位移功能,代表作分别是K3 II与E-M5 MarkII,各自的实现也分别是更好的色彩分辨率与更高的像素输出。在此之后,索尼、松下以及徕卡公司纷纷在自己的数码相机中加入该功能。
由于应用到防抖组件,也有玩家将该功能戏称作“摇摇乐”。
由于从成像机理上说,现今的显微镜与望远镜也有采用传感器成像,本质上来说是一类特殊用途的数码相机,故也可以应用到像素偏移技术,例如徕卡的DMC6200[4],而例如奥林巴斯公司,其将应用在自己显微镜上的技术命名为OSR,并设立了专门的介绍页面,号称可以图片光学衍射极限,获得水平清晰度120nm的图像[5]。
除了内置功能,一些爱好者也将应用可能拓展到所有相机。由于手持拍摄时,天然具有轻微的位移,在此条件下拍摄多张,之后以软件进行对齐叠加处理,以获得分辨率收益[6][7] 。这一应用可能也迅速在手机摄影上得以实施,由于相对受限的传感器及镜头模组配置,以及较为强力的计算处理能力,使得这一领域对于计算摄影相关的提升十分有兴趣,2015年即出现了可以输出4倍分辨率(32MP)的应用Hydra[8][9];在2018年,Google在Pixel 3世代手机上配置了单枚后置摄像头,但依然以超分辨率方式,于Google Camera内提供了长焦拍摄功能,称作“Super Res Zoom”,即以此实现[10],次年,该研究于SIGGRAPH 2019发布[11]。
应用
编辑消费级数码相机
编辑不同厂商和相机之间,实现不同。宾得偏向于输出等像素高色深的照片,奥林巴斯则一贯致力于输出四倍像素。而机能差异也导致了差别,有的机器,如索尼,无法完成机内处理,需要打包保存在存储卡,等待后续处理;奥林巴斯和松下可以完成机内合成,也保留以电脑后制的可能。
在拍摄题材方面,通常集中限制在静物;但松下公司的S1系列,提供了动体识别,可以在拍摄合成中识别运动物体,而不进行叠加,以免产生虚影[12]。虽然其间使用电子快门,但现今多数拍摄仍不支持闪光灯。
厂商 | 相机名称 | 发布年份 | 传感器像素 | 输出像素 |
---|---|---|---|---|
哈苏 Hasselblad |
H3DII-39 MS | 2008 | 39MP | 39MP |
哈苏 Hasselblad |
H3DII-50 MS | 2009-11 | 50MP | 50MP |
哈苏 Hasselblad |
H4D-50 MS | 2010-05 | 50MP | 50MP |
哈苏 Hasselblad |
H4D-200 MS | 2011-05 | 50MP | 200MP |
哈苏 Hasselblad |
H5D-200 MS | 2014-08 | 50MP | 200MP |
哈苏 Hasselblad |
H6D-400C MS | 2018-10 | 100MP | 400MP |
奥林巴斯 Olympus |
E-M5 MarkII | 2015-02 | 16MP | 64MP |
奥林巴斯 Olympus |
PEN-F | 2016-01 | 20MP | 80MP |
奥林巴斯 Olympus |
E-M1 MarkII | 2016-12 | 20MP | 80MP |
奥林巴斯 Olympus |
E-M1 X | 2019-01 | 20MP | 80MP 手持模式50MP |
奥林巴斯 Olympus |
E-M5 Mark III | 2019-10 | 20MP | 80MP |
奥林巴斯 Olympus |
E-M1 Mark III | 2020-02 | 20MP | 80MP 手持模式50MP |
宾得 Pentax |
K3 II | 2015-04 | 24MP | 24MP |
宾得 Pentax |
K1 | 2016-02 | 36MP | 36MP |
宾得 Pentax |
K70 | 2016-06 | 24MP | 24MP |
宾得 Pentax |
KP | 2017-01 | 24MP | 24MP |
宾得 Pentax |
K1 II | 2018-02 | 36MP | 36MP |
宾得 Pentax |
K3 III | 2021-03 | 26MP | 26MP |
理光 Ricoh |
GR III[14] | 2018-09* 2019-03 |
24MP | 24MP |
索尼 SONY |
α7R III | 2017-10 | 42MP | 42MP |
索尼 SONY |
α7R IV | 2019-07 | 61MP | 240MP |
索尼 SONY |
α1 | 2021-01 | 50MP | 50MP/200MP |
松下 Panasonic |
G9 | 2017-11 | 20MP | 80MP |
松下 Panasonic |
S1 | 2019-02 | 24MP | 96MP |
松下 Panasonic |
S1R | 2019-02 | 47MP | 187MP |
松下 Panasonic |
S1H | 2019-05 | 24MP | 96MP |
松下 Panasonic |
S5 | 2020-09 | 24MP | 96MP |
徕卡 Leica |
SL2 | 2019-11 | 47MP | 187MP |
徕卡 Leica |
SL2-S | 2020-12 | 24MP | 96MP |
富士胶片 Fijifilm |
GFX100[15] | 2019-06 2020-11* |
102MP | 400MP |
富士胶片 Fijifilm |
GFX100S | 2021-01 | 102MP | 400MP |
- 理光GR III机型,其开发阶段披露时间为2018年9月的Photokina,但实际售卖在2019年3月。
- 富士胶片的GFX100于2019年6月售卖,但像素位移合成功能在2020年11月追加,同时还推出了专属支持程序“Pixel Shift Combiner”[13]。
智能手机
编辑以Hydra为代表的app可以实现高分辨率输出,通常在8MP的iOS设备上,实现生成32MP图像。
而Google相机在2018年更新,伴随Pixel 3提供了Super Res Shot,弥补了没有配置长焦镜头的缺憾。
命名
编辑不同厂商于不同地区,可能使用不相同的命名,以下为部分命名:
厂商 | 英语 | 日语 | 简体中文 | 繁体中文 |
---|---|---|---|---|
哈苏 | Multi Shot | - | - | - |
奥林巴斯 | High Res Shot | ハイレゾショット | 高分辨率拍摄[16] | |
宾得 | Real Resolution[17] | 超解像技术 英文转译:リアル・レゾリューション・システム |
像素偏移分辨率系统 | |
索尼 | Pixel Shift Multi Shooting[18] | ピクセルシフトマルチ撮影[19] | 像素转换多重拍摄[20] | 像素偏移多重拍摄[21] |
松下 | 高解像撮影モード | 高分辨率模式[22] | ||
徕卡 | multishot mode[23] | - | - | - |
参考与引用
编辑- ^ John Henshall. MINOLTA RD-175 = AGFA ACTIONCAM. 1996-05 [2020-05-14]. (原始内容存档于2014-01-07) (英语).
- ^ The ProHD Report (PDF). JVC. [2020-05-14]. (原始内容存档 (PDF)于2020-05-14) (英语).
- ^ Hasselblad creates 50MP multi-shot full-color camera. DPReview. 2009-11-19 [2020-05-14]. (原始内容存档于2016-05-17).
- ^ Pixel Shift Camera DMC6200. [2020-05-14]. (原始内容存档于2020-05-14) (英语).
- ^ 奥林巴斯的超分辨率技术. 奥林巴斯.[失效链接]
- ^ Ian Norman. A Practical Guide to Creating Superresolution Photos with Photoshop. Petapixel. 2015-02-21 [2020-05-14]. (原始内容存档于2020-11-29) (英语).
- ^ Dan Bracaglia, Rishi Sanyal. Here's how to create a super resolution photo with any camera. DPReview. 2018-04-25 [2020-05-14]. (原始内容存档于2020-11-12).
- ^ Hydra. [2020-05-14]. (原始内容存档于2020-11-11).
- ^ Lars Rehm. Hydra for iOS uses multi-frame techniques for higher resolution and lower noise. 2015-01-30 [2020-05-14]. (原始内容存档于2019-08-29).
- ^ Bartlomiej Wronski. See Better and Further with Super Res Zoom on the Pixel 3. Google AI Blog. [2020-05-14]. (原始内容存档于2020-12-14).
- ^ B. Wronski, I. Garcia-Dorado, M. Ernst, D. Kelly, M. Krainin, C.K. Liang, M. Levoy, and P. Milanfar. Handheld Multi-frame Super-resolution. [2020-05-14]. (原始内容存档于2020-12-09) (英语).
- ^ 特長|新たな表現を切り拓く. Panasonic. [2020-05-14]. (原始内容存档于2020-09-29).
- ^ 13.0 13.1 应用像素位移的相机. 2019-11-08 [2020-05-14]. (原始内容存档于2021-01-11) (中文(简体)).
- ^ GR III 特長 [高画質]. Ricoh jp. [2020-07-09]. (原始内容存档于2020-07-09) (日语).
- ^ Fujifilm develops the new “Pixel Shift Multi-Shot” function to capture and generate the world's highest resolution of 400MP images with accurate color reproduction. 2020-11-25 [2020-11-25]. (原始内容存档于2020-11-27) (英语).
- ^ OM-D E-M1 Mark II 产品特点 高画质. 奥林巴斯. [2020-05-14]. (原始内容存档于2020-02-20).
- ^ Chris M Williams. Pentax K-1 Pixel Shift Resolution: Updated Field Test. DPReview. [2020-05-14]. (原始内容存档于2020-11-11) (英语).
- ^ Pixel Shift Multi Shooting. 索尼. [2020-05-14]. (原始内容存档于2020-11-12) (英语).
- ^ ピクセルシフトマルチ撮影. 索尼. [2020-05-14]. (原始内容存档于2020-08-11) (日语).
- ^ 像素转换多重拍摄. 索尼 (中文(简体)).
- ^ 像素偏移多重拍攝. 索尼 (中文(繁体)).
- ^ 照片拍摄性能. 松下电器. [2020-05-14]. (原始内容存档于2020-01-12) (中文(简体)).
- ^ THE NEW LEICA SL2. It's your choice.. Leica. [2020-05-14]. (原始内容存档于2020-10-01).