别弄三层了，也来个单层的黑白机吧
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寒冬中，山木和人搅动了一池春水，荡漾不已

1.要理解Sigma新一代芯片Quatrro，得先理解上面这幅图。而要理解上面这幅图，我们得先拿一块非MSK、非X3的芯片来说事。这块芯片就是莱卡的Monochrome。在这部划时代的相机中，莱卡将MSK芯片上的微滤镜统统地去除（红外截至滤镜还是存在的）形成了一层感光芯片，与X3对应，我们可以称他为X1。由于前方没有分色滤镜，因此它接受的是全色信息（还记得黑白胶片被称为全色胶片吧），即红绿蓝混色信息。相机然后从这一层中读取到数据。注意，这时它还不能成像，因为我们现在几乎所有的显示屏的像素都是由RGB三个分量构成的，因此，莱卡程序先要将获得的单层数据分别填充到RGB中。此时数据量已经增加到原始数据的3倍了（假定芯片是8位，则此时一个像素变成了8+8+8=24位了，这就是所谓24位色）。然后把填充完成的RGB数组对应地送到到显示器的RGB单元中，我们这才看见了图像。在这幅图像中，因为R=G=B，因此图片是黑白灰度图。莱卡的这款相机由于只有一层接受全色信息，因此得不到彩色图像。

2.现在我们拿3部莱卡相机的3块芯片进行叠加，这就是差不多类似于Sigma的X3了。然后第一层感受的是全色信息，这个不用再解释了。单层芯片很薄，它不能把所有波段的光全部吸收，因此必定有光线穿越第一层到达第二层，甚至到达第三层。我们知道，光线在穿越媒介时，波长越长（越靠近红外端），穿透力越强，波长越短（越靠近紫外端），穿透力越弱。因此到达第二层的光线中蓝光已经非常微弱了，这时主要是绿光和红光。在穿越第二层后到达第三层的，主要就是可见光中最长的波长红光了。所以第一层接受的是全色信息，第二层接受的是红绿信息，第三层接受的是红色信息。Sigma将第一层称为蓝色层，第二层称为绿色层，第三层称为红色层，是形象的说法，此时这种称呼是不正确的，什么时候正确呢？等到通过算法将三层数据计算后分出RGB三色分量来，这个称呼才正确。注意，Sigma现在已经不再用红层、绿层、蓝层这种称呼了，而是更加严谨地用顶层、中层和底层来称呼。

3.从全色、红绿色、红色三组原始信息如何计算得到RGB分量？算法多种多样，五花八门。适马的幕后人员一直在探索最佳算法，每一次他们认为的进步都会带来一次固件的更新。不过有些人不认可他们的努力，他们有时候认为老版本的固件似乎比新版本更好！但是注意这世上找不到一种最完美三原色分色算法，所有探索的算法可以无限接近三原色，但不能到达。因此所有的成像都不能绝对地还原到自然色彩。一个最原始最基础也是最糟糕的算法是，B=顶层-中层-底层，G=中层-底层，R=底层。有兴趣的去搜一下老顽童的帖子，他对此有过深入探讨。4.然后我们再来探讨叠加的3层上下感光单元对等的芯片（4:4:4)，它的实际分辨率是否等同。它的标称分辨率是相等的，因为上下物理像素单元是准确对应的。在得出结论之前，我们得理解和接受下述事实：第一、光线组成中频段越复杂，照射物体后分辨率越高。理解这一点并不难，我们肯定都看过动物世界夜晚的红外录影，这个红外灯（频段单一）照射得到的影像与白炽灯（频段复杂）相比，是很糊的（分辨率低）。第二、光线强度与分辨率成正比。夜晚总是比白天模糊。第三、离焦平面越远，成像越模糊。在X3结构中，第一层接受的频段最复杂，第三层最单一；第一层接受的光线最多，之后大幅衰减，第三层接受的光线最少；第一层在焦平面上，第三层离焦平面最远。接受和理解了这三点，结论当然就是从第一层到第三层，实际分辨率在依次降低。假设第一层实际分辨率为2千万、第二层1千5百万、第三层1千万，那我们安排3层的物理感光单元为2千万、2千万、2千万，是不是不经济呢？

5.上下一一对应的物理感光单元不仅造成了不经济，因为下层的实际分辨率达不到物理感光单元的标称分辨率，而且还带来其他问题。伴随物理感光单元被分割的越来越小（高分辨率追求的结果），任何一个单元可接受的光子量也越来越少。这带来了两方面的影响：第一是高感越来越差，第二是量子效应越来越显著。于是在高ISO以及低照度下跳跃性的随机荷电产生的噪声被放大，给画面造成的结果就是画面变脏、煤渣绿、煤渣灰，色彩纯净度降低。

6.这样我们就理解了4:1:1的结构安排。首先，这种排列接近于各层的实际分辨率（无法做到物理单元与实际分辨率完全相等，例如象4:2.5:1.1这类的安排是完全无法实现的，即使做出来，由此带来的混乱后期根本无法解决）。第二，这种安排是下层感光面积加大，使得它能接受更多的光照，因为下层光线越来越弱。更多的光照带来的好处就是可以使物理感光单元荷电增多而离开随机涨幅的量子区，因此噪声减弱，颜色纯净度增加。SD14/15芯片的优势是色彩，纯净而浓郁。我们也都还记得，那些年攻击和讽刺适马的都是拿低分辨率来说事的。Merrill芯片的优势是分辨率，经常挂在口头诟病的是色彩不如前代。Quattro芯片就是将二者进行结合，发挥二者的优势，去除二者的弊端。(本图是由maggiemaya提供的图片修改而成，特此感谢）

7. 我们的眼睛对黑白灰度的分辨力高于彩色，所以Quattro芯片的4:1:1分层不仅与生理适应，也与物理感光适应。从第一层取得全色信息，决定像素的明度和对比度（分辨率），然后通过123层的数据与明度数据融合，就可以计算出高分辨的RGB值（再次申明：最后得到的RGB值并不是三层最初读到的原始数据，MSK最后得到的RGB更不是原初的数据。MSK更夸张，需要把一个像素中缺失的2个数据通过临近单元的数据进行计算填充，这会带来污染，就像在宣纸上写字画画一样）。理论上讲，Quattro既具有SD14/15的纯净色彩，又具有Merrill的高分辨率。适马又进一步，你既可以得到1：1的锐利图像（由第一层提取的黑白灰度图决定），又能以边长的1.414倍插值得到类似MSK的大画幅照片。所以Quattro是一部X3和MSK通吃的相机，你想得到什么照片，在SPP里都能任意驰骋！

******附加信息*******

1.Quatrro的发表激起了层层涟漪，在本论坛也有多个帖子进行热烈地讨论，有人认为这是一次传感器的革命之作，有人认为这是一次滑向MSK的妥协。独色通过PS进行了Quatrro的模拟，坚实地证明了一幅图片的分辨率是由其明度决定的，而色彩根本不需要如此高的分辨率（人眼辨识彩色的能力低于黑白）。独色的帖子在这里PS模拟DP2Q，大家能看出画质的区别吗？。yanhe在这个帖子里提到电视发展的※※，在由黑白电视机转向彩色电视机时，由于新发展的彩电制式必须兼顾黑白电视机，因此彩电的信号是在黑白信号的基础上附加彩色信号的。而在附加彩色信号时，采用了“大面积着色原理”（低分辩彩色信号）来进行上色。而在绘画教学中，有一个很重要的原则就是“边缘轮廓最重要”，因此Quatrro的原理和彩电、绘画是一致的，它符合人类眼睛的生理特点！

2.山木和人在讲解Quatrro时说，新一代相机的分辨率是3650 LW/PH，而上一代Merrill的分辨率是3150 LW/PH。(本图依然是由maggiemaya提供的，经PS修改而成，特此感谢）

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呵呵，咱们一步一步来解决您的疑问，应该能够释然的

1.我们先来看下面这幅图，这是DP2M拍摄的一张照片的局部。左面是从PS中提取的高分辨黑白图，中间是以16合1合并的低分辨彩色图（减半缩小2次，再扩大到原来大小），右图是两张图融合后的高分辨彩色图。注意：Quatrro是4合1，我这里做的是16合1，融合后的效果与原图看不出丝毫差别！这就是“大面积着色原理”：人眼对黑白图像的细节有较高的分辨力，而对彩色图像的细节分辨力较低，这即所谓的“彩色细节失明”。（参见大面积着色原理）独色也做过一个ISO400的16合1的图，在这里。2.现在我们来研究融合后的高分辨彩色图。我们将这幅图的RGB提取出来放在下面，从左至右分别是红R、绿G和蓝B，你会惊奇地发现不管是哪个色层，全部都是高分辨的。3.于是结论就是：
高分辨黑白+低分辨彩色=高分辨彩色。其中
（1）高分辨黑白+低分辨蓝色=高分辨蓝色（Quatrro的蓝色本来就是高分辨的）
（2）高分辨黑白+低分辨绿色=高分辨绿色
（3）高分辨黑白+低分辨红色=高分辨红色

4.我想到这里您的疑问应该能消除了，您提到的那个著名网站测试的X3照片，不管哪个色层的分辨率都是一样的，为什么呢？因为他用的图是已经融合后的图，这个已经不是最初的数据了，是经过相机处理器融合之后的图片数据（在上图中是经过了TRUE III处理过的数据)，红绿蓝已经被融合成高分辨了。除非是生产厂家，否则我们任何人都拿不到这个原始数据。RAW文件也不是最原始的数据，也已经是经过相机处理器处理之后的数据，换言之，即使是RAW文件，融合过程也已经发生过了。
希望上述陈述能够解决您的疑惑……

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海纳人：X3的发明者之一Dick Loyn在dpreview上有个关于X3Q的贴子（Re: What the imager has）。他认为X3M和X3Q的区别一般用人眼是很难感觉的到的。我尝试进行了全文翻译（亦见173楼）谢谢海纳人提供信息：

Goolge了一下：Dick, 全名Richard Francis Lyon (生于1952年，今年62岁)，别称Dick Lyon，按中国的习惯大概是“莱昂伙计”的意思。光电鼠标的发明者，Foveon公司的创始人之一。Foveon公司还有一位我们更熟悉的Dick，就是Richard B. Merrill (1949–2008)，别称Dicky Meriill，就是“梅林伙计”。Merrill相机就是为了纪念他。这个帖子很火，Dick有多次发言，这是Dick解释Quattro的其中一次。谢谢海纳人提供信息。本人英文水平很糟糕，前几天尝试翻过，进展很缓慢，放弃了。但是发现论坛里各种疑问与质疑很多，还是下定决心翻完它，毕竟是Foveon X3的大佬，听听人家怎么说应该会使人受益良多的。如遇错误，敬请指正和谅解，原文就不贴了，要看请点上面的链接。

你是对的，这不会导致更多的噪声走样。许多人认为不同采样点或采样密度会导致一些噪声差别（分辨率不同），就像拜耳那样。但这并不是主要问题。拜耳的问题是在一个采样空间内红色的获取从没有超过25%，因为红色采样孔径只有一半大小，在每一个方向的采样空间上都是如此。如果你用半口径进行傅里叶转换，你会发现它是非常不光滑的，以致响应远高于奈奎斯特频率。这就是为什么需要抗混叠滤波器用来将锯齿模糊的原因。假如使用AA滤波器足以消除红色的所有噪声信号，那么在双倍获得的绿色信号上的额外分辨率也将丢失。这是非常难以权衡的。

而在Fovoen传感器，没有什么理由需要AA滤波器，不是因为采样位置，也不是因为不同的空间采样密度。那是因为每一个采样孔的信号获取几乎是100%，换言之，样品投射与采样是一致的。不过，这个采样孔的傅立叶转换存在一个被称为低频波的无效空间频率；它连同更多来自于镜头的些微模糊噪声一起，通常保持在一个几乎不显现的水平上，但依然能保持图像的锐利和高解像力。

在1:1:4排列中，每一个采样层都有其自身的特性，但在不同的比率上——完全不同于拜耳的红色和蓝色。低像素大面积的设计理念就如同在本层安放了抗噪声滤波器；而顶层并不与下层的模糊妥协，因而它能为高分辨图像提供高频解析支持。

这种安排的另一个好处是下层的一个采样可以获得相当于顶层四个采样的数据，那么就能以四合一的方式“聚合”或“联合”感光量。用Photoshop或其他软件，很容易以这种方式模拟生成高分辨图像。

四合一的方式能使晶体管在模数转换之前更加高效地收集光子。结果是同样的噪声，可以有四倍的有效信号与之抗衡，也就是说，有更好的4倍的信噪比。加之大象素有更少的触点、晶体管和线路等，与4个小象素相比，其面积更大，读出效率更高。因此，四合一的采样方式在各方面都是有明显优势的，但彩色分辨率除外。

布莱斯•拜耳的主要成功，也是大多数电视格式、图像和视频的压缩算法所依赖的，正是视觉系统并不在乎彩色分辨率与明度分辨率的一致。不幸的是，尝试开发的单层马赛克传感器具有令人尴尬的噪声问题。Foveon的1:1:4阵列工作的很好，不需要AA滤镜，没有滤波妥协。因此，是的，色彩分辨率低于明度分辨率，但是在图片中，你非常难以鉴别这种低分辨和高分辨色彩的差别。

如果你扔掉额外的明度分辨率，只留下500万像素的图像，你依然拥有比老DP2或SD15更锐利更清晰的图像。现在的图像分辨率在相同的尺寸的每一个方向上都增加了2倍，但只是在额外的明度细节上，就如一个典型的JPEG编码：彩色信息只有明度的一半。谁的眼睛好到可以将低于明度分辨率的彩色锐利度鉴别出来？当然，这不是不可能，但要鉴别它很难。

讲点旧事吧，Foveon的第一版SPP在JPEG输出时有一个小错误，可能你还记得：我们称为JPEG-6b的文件默认编码是输出1/2分辨率的彩色图像。它的处理需要一点时间，但一个用户最后发现与TIFF输出相比，JPEG图像看起来不怎么好，另外一位用户告诉我们如何修正它，所以我们这样做了。它使我们得到原初水平的JPEG高质量图片，即从SD9的500万级替代1000万级传感器和数据值，并且能获得如分辨率一样的清晰色彩，这会有什么问题？我不这样认为。除营销外，他们的问题足够多了。同样，我期待适马这个新东西。如果用30M可以得到一个实际效果与60M难以区别的图像， 并且还有干净的色彩，这会有人抱怨吗？

当然，这确实有些复杂。是的，减少色彩分辨率是一个妥协；但这是一个很好地匹配人类感知的好方法——但这完全不是马赛克用AA滤镜来对抗噪声和分辨率的那种妥协。

再来一段，劳伦斯和迪克讨论到光的吸收和顶层的颜色

劳伦斯：
之前Foveon成像系统的每一层都能侦测色彩。“过滤”发生在硅层中，并且过滤过程真实地计数每一个分立位点。电子是失效光子的“尸体”。因为光子携带自身的能量频率，所以强者穿透的更深，而弱者穿透的很浅。因此“蓝色”层仅仅是一个计数有多少死亡光子遗体躺在这里的设备，对与“红色”层和“绿色”层也是如此。
是的，这就是简单的解释。也许某位工程师能够解释的更好。呵呵，我只是来打酱油的哟。

迪克：
搜索dpreview时发现这则消息，把我给逗笑了，原来这么些年你一点都没变。
你这种莎士比亚的描述蛮好。收集到的电子正是这些被吸收的光子的尸体，多数人在讨论滤波器在这一点上有错误：吸收、过滤和侦测被认为是同一回事。
但是你的“强者”和“弱者”的认识是不对的。高频率的蓝光是强者（拥有更多能量），但在与硅相互作用中在表面被很快吸收。含有较少能量的光子，例如红外线，能够穿透到深层。低频，波长大于1100纳米，这种光非常弱，不能把电子从硅层中踢出，因此硅对于他们来说是完全透明的。在这两者之间，存在一个精确比例的吸收值。

迪克：
从搞懂任何波长的光强度伴随硅层深度而呈指数式递减开始，我们逐渐地理解了各层的光谱响应。……顶层不是白色的，不是亮色的，也不是蓝色的，是带一点青色的黑色，它们能足够好地获取高频亮度信号。我们做了一些试验，让我们惊奇地发现1:1:4工作的居然这样好。当时看来并不那么明显的这个好东西，结果证明真是棒极了！ 本帖最后由 dwannawb 于 2014-9-20 09:25 编辑