Quad Bayer 传感器：它们是什么以及它们不是什么

似乎一夜之间，各种配备 48MP 摄像头的手机就出现了——第一批于 2018 年 12 月推出。有趣的是，其中许多都是中端产品，而许多旗舰产品都采用了 12MP 传感器。这是怎么回事呢？

我们看到的是 Quad Bayer 滤镜的出现——华为 P20 Pro 首次推出这种传感器（分辨率为 40MP）时我们就报道过它。而且我们觉得营销部门经常无法理解这种传感器的作用，所以我们觉得我们需要介入并消除这种困惑。

什么是拜耳滤镜？

让我们从头开始——拜耳滤镜是红、绿和蓝滤镜的彩色马赛克，可让数字传感器捕捉彩色照片。半导体像素不会“看到”颜色，它们只捕捉照射到它们的光量，因此如果没有滤镜，您将得到黑白照片。拜耳滤镜可确保到达每个像素的光属于三原色之一。

其工作原理是，例如，一个 12MP 传感器有 600 万像素可识别绿色，300 万像素可识别红色和蓝色。绿色像素更多，因为人眼对这种颜色最敏感。一种称为去马赛克的算法用于插入完整的 12MP 分辨率图像。

四重拜耳滤镜这个名称有点用词不当，因为它实际上与普通拜耳滤镜相同。真正改变的不是滤镜，而是其背后的传感器——这些新传感器在每个颜色方块后面放置了四个像素，而不仅仅是一个。

因此，这些 48MP Quad Bayer 传感器实际上无法提供比 12MP 传感器更多的细节。传感器和手机制造商都会告诉你，更智能的去马赛克算法可以捕捉更多细节，但我们的经验是，收益很小——如果有任何收益的话。

哪里可以找到 Quad Bayer 滤镜

48MP 传感器是最近最流行的 - 它们已经安装在几十部手机上。然而，这一切都始于华为在 P20 Pro、Mate 20 Pro 和 Mate 20 X 上的 40MP 传感器。这家中国制造商甚至为华为 P30 和 P30 Pro 推出了第二版传感器，该传感器改为红、黄、黄、蓝，而不是 RGGB，但原理是一样的。

还有几款手机配备 32MP 自拍相机和 Quad Bayer 滤镜（例如 vivo V15 Pro 和三星 Galaxy A70）。它们具有相同的像素大小（0.8µm），但物理尺寸较小，因此分辨率较低。

三星最近发布了一款 64MP Quad Bayer 传感器，它同样保持了相同的像素大小，但改变了传感器的尺寸——比目前的 48MP 传感器大 33%。

Quad Bayer 传感器的功能

正如我们所说，Quad Bayer 的真正优势在于其他方面 - 它可以将共享一个彩色滤光片方块的一组四个像素视为一个或单独的传感器。

一开始，这些就是手机中最大的传感器之一。例如，索尼 IMX586（首款 48MP 传感器，也是最受欢迎的传感器之一）的对角线长度为 8 毫米。IMX363（用于 Pixel 3）和三星 S5K2L4（用于 S10 手机）的对角线长度为 7.06 毫米。这意味着表面积增加了约 30%。

然而，像素大小却大不相同，48MP 传感器的像素大小为 0.8µm，而传统传感器的像素大小为 1.4µm。所有关于 48MP 传感器的营销材料都宣称它们可以使用像素合并来像拥有 1.6µm 像素一样工作。

这样就能生成 12MP 的图像。“1.6µm”这个数字经常被提及，但不应该成为改善传感器低光性能的唯一功臣。噪声是一个随机过程，如果传统传感器的大像素捕获的是噪声而不是信号，则几乎无能为力（除了通过插入相邻像素的数据来掩盖它）。

然而，如果 Quad Bayer 传感器上的四个像素中的一个捕获到噪点，那么只会丢失 25% 的信息 - 4 倍的降噪不会降低图像的清晰度。

或者，传感器可以拆分成两个逻辑传感器——一个捕捉短曝光，一个捕捉长曝光。这用于在日光下进行实时 HDR 捕捉。

您可以使用单个非四路拜耳传感器进行降噪和 HDR，方法是连续拍摄两张（或更多）照片并将它们组合起来。这就是 Pixel 手机的功能，而且它们在这方面做得相当好。

但有一个问题——移动物体在连续曝光之间会改变位置。Quad Bayer 滤镜可同时拍摄两张照片，因此无需使用 AI 来校正由移动物体引起的伪影。以下是校正失败时的情况。

通过连续曝光完成的 HDR • 使用 Quad Bayer 传感器拍摄的 HDR

理解 Quad Bayer 滤镜最简单的方式是，它允许相机软件同时拍摄两张照片。这可以实现图像处理（HDR 和夜间模式），而这正是现代智能手机能够拍摄出高质量图像的真正原因——硬件并没有太大的不同。

它不能做什么

与每个像素都有 R、G 和 B 子像素的 LCD 不同，传统图像传感器每个像素只有一个子像素。但它们可以声称具有这样的分辨率，因为这些像素彼此靠得很近，而且去马赛克技术在重建原始图像方面做得很出色（尽管像素窥视者会知道它并不完美）。

三星 Galaxy A80：12MP • 48MP

在 Quad Bayer 滤镜中，不同颜色的像素相距较远，因此去马赛克效果较差（尽管制造商声称如此）。因此，您在 48MP 模式下获得的细节绝对不会比在 12MP 模式下获得的细节多 4 倍。事实上，由于 48MP 模式下禁用了 HDR 和其他图像处理模式，因此 12MP 照片有时会呈现出更好的细节（并且文件大小要小得多，双赢）。

在原始 48MP 数据上运行去马赛克算法可能会产生更清晰的图像，但不同手机和不同场景的情况会有所不同。如果细节水平对特定镜头至关重要，我们发现最好的策略是在两种模式下拍摄，然后选择效果更好的模式。然而，大多数时候，你最好坚持使用 12MP 模式。

Oppo Reno 10 倍变焦：12MP • 48MP

更不用说读取完整的 48MP 图像也超出了一些早期传感器和芯片组的能力，所以他们只是获取 12MP 图像并将其放大——这只是浪费存储空间。

Quad Bayer 传感器最常被提及的优势之一是出色的变焦能力。虽然诺基亚 808 PureView 的变焦能力确实令人印象深刻，但其巨大的 41MP 传感器采用了经典的拜耳滤镜。正如所讨论的，Quad Bayer 只能提供有限的清晰度提升（如果有的话），因此它与在 12MP 传感器上进行数字变焦实际上没有什么不同。

华硕 Zenfone 6：12MP • 48MP

营销部门确实希望您相信您获得了类似哈苏的图像传感器，但事实是 Quad Bayer 滤镜只是一种获得更高质量 12MP 照片的聪明（且有效）的方法。

华为 20 Pro：12MP • 48MP

注意：您可以使用我们的图像比较工具来查看以 48MP 模式拍摄是否有任何实际好处。单击小图标并选择两张图片。

然后还有光学问题。我们不会深入讨论细节，但这种高分辨率相机通常受到衍射限制——这意味着最小的光点无法聚焦在小于像素的区域上。您可以阅读有关艾里斑的文章以了解模式细节。长话短说，物理学对小型光学器件和传感器的最大分辨率有一个限制。

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