像素偏移
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像素偏移 （英語：Pixel Shift，也譯作像素位移）是一種輔助提升成像畫質的技術，用於數碼成像獲得更好的色彩解析度，或生成獲得超解析度圖像。
原理與實現
[編輯]原理
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像素偏移具有兩種特定的實現，而其對應的原理並不相同。像素與像素之間存在間隙，而傳感器無法捕捉這其中的信號，在亞像素（英語：Sub Pixel）範疇內，進行信息採集，用於補充圖像，可以使最終獲得圖像，得到比傳感器本身更高的解析度。而就拜耳傳感器結構而言，其固有的限制在於單一亞像素位置只能獲得R、G、B其中一種色彩光線的信息，在合成中損失了其他部分；如果復用這些位置，則可以獲得較高色彩解析度的圖像，同時也可以抑制摩爾紋。
額外信息的採集，可以通過布置多傳感器，或是單一傳感器位移後多張拍攝併合成實現；後者通常利用了相機上配置的傳感器防抖機構實現，這也是「像素位移」這一名稱的由來。
技術實現
[編輯]在數碼攝影早期，受限於單塊傳感器像素數限制，通常會採用空間多塊圖像傳感器，邏輯上偏移亞像素單位，以獲得畫質提升。這類排布與3CCD技術存在交集，故往往一同使用。1995年，由美能達與愛克發聯合開發的RD-175即為應用像素偏移式分布的單眼相機[1]。
在早期的高清製作中，受限於圖像傳感器成本或產能，流行的做法是在3CCD結構中，採用單塊解析度為較低的傳感器，彼此錯開像素，由機內插值合成全高清影像。例如松下的HVX200，使用三片960x540傳感器；索尼的HDV採用三片960x1080傳感器[2]。
利用單塊傳感器位移後，進行多幀拍攝合成的技術，則利用了出現在數位相機上的防抖機構，利用移動傳感器補償進行防抖的分支。
首先做出實踐的是哈蘇，其在2008年推出的H3DII-39 MS上首先推出[3]，MS即代表「Multi-Shot」，這一模式下，會輪換RGB亞像素位置進行拍攝，最終同樣生成39MP圖像，但具有更好的圖像解析度。2011年的哈蘇H4D-200 MS，將這一功能擴展到超解析度獲取，可以以50MP的傳感器，移動並拍攝6張，實現200MP輸出。
2015年，賓得與奧林巴斯分別在自己的相機產品上配置像素位移功能，代表作分別是K3 II與E-M5 MarkII，各自的實現也分別是更好的色彩解析度與更高的像素輸出。在此之後，索尼、松下以及徠卡公司紛紛在自己的數位相機中加入該功能。
由於應用到防抖組件，也有玩家將該功能戲稱作「搖搖樂」。
由於從成像機理上說，現今的顯微鏡與望遠鏡也有採用傳感器成像，本質上來說是一類特殊用途的數位相機，故也可以應用到像素偏移技術，例如徠卡的DMC6200[4]，而例如奧林巴斯公司，其將應用在自己顯微鏡上的技術命名為OSR，並設立了專門的介紹頁面，號稱可以圖片光學衍射極限，獲得水平清晰度120nm的圖像[5]。
除了內置功能，一些愛好者也將應用可能拓展到所有相機。由於手持拍攝時，天然具有輕微的位移，在此條件下拍攝多張，之後以軟體進行對齊疊加處理，以獲得解析度收益[6][7] 。這一應用可能也迅速在手機攝影上得以實施，由於相對受限的傳感器及鏡頭模組配置，以及較為強力的計算處理能力，使得這一領域對於計算攝影相關的提升十分有興趣，2015年即出現了可以輸出4倍解析度（32MP）的應用Hydra[8][9]；在2018年，Google在Pixel 3世代手機上配置了單枚後置攝像頭，但依然以超解析度方式，於Google Camera內提供了長焦拍攝功能，稱作「Super Res Zoom」，即以此實現[10]，次年，該研究於SIGGRAPH 2019發布[11]。
應用
[編輯]消費級數位相機
[編輯]不同廠商和相機之間，實現不同。賓得偏向於輸出等像素高色深的照片，奧林巴斯則一貫致力於輸出四倍像素。而機能差異也導致了差別，有的機器，如索尼，無法完成機內處理，需要打包保存在存儲卡，等待後續處理；奧林巴斯和松下可以完成機內合成，也保留以電腦後制的可能。
在拍攝題材方面，通常集中限制在靜物；但松下公司的S1系列，提供了動體識別，可以在拍攝合成中識別運動物體，而不進行疊加，以免產生虛影[12]。雖然其間使用電子快門，但現今多數拍攝仍不支持閃光燈。
| 廠商 | 相機名稱 | 發布年份 | 傳感器像素 | 輸出像素 |
|---|---|---|---|---|
| 哈蘇 Hasselblad |
H3DII-39 MS | 2008 | 39MP | 39MP |
| 哈蘇 Hasselblad |
H3DII-50 MS | 2009-11 | 50MP | 50MP |
| 哈蘇 Hasselblad |
H4D-50 MS | 2010-05 | 50MP | 50MP |
| 哈蘇 Hasselblad |
H4D-200 MS | 2011-05 | 50MP | 200MP |
| 哈蘇 Hasselblad |
H5D-200 MS | 2014-08 | 50MP | 200MP |
| 哈蘇 Hasselblad |
H6D-400C MS | 2018-10 | 100MP | 400MP |
| 奧林巴斯 Olympus |
E-M5 MarkII | 2015-02 | 16MP | 64MP |
| 奧林巴斯 Olympus |
PEN-F | 2016-01 | 20MP | 80MP |
| 奧林巴斯 Olympus |
E-M1 MarkII | 2016-12 | 20MP | 80MP |
| 奧林巴斯 Olympus |
E-M1 X | 2019-01 | 20MP | 80MP 手持模式50MP |
| 奧林巴斯 Olympus |
E-M5 Mark III | 2019-10 | 20MP | 80MP |
| 奧林巴斯 Olympus |
E-M1 Mark III | 2020-02 | 20MP | 80MP 手持模式50MP |
| 賓得 Pentax |
K3 II | 2015-04 | 24MP | 24MP |
| 賓得 Pentax |
K1 | 2016-02 | 36MP | 36MP |
| 賓得 Pentax |
K70 | 2016-06 | 24MP | 24MP |
| 賓得 Pentax |
KP | 2017-01 | 24MP | 24MP |
| 賓得 Pentax |
K1 II | 2018-02 | 36MP | 36MP |
| 賓得 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 |
| 徠卡 Leica |
SL2 | 2019-11 | 47MP | 187MP |
| 徠卡 Leica |
SL2-S | 2020-12 | 24MP | 96MP |
| 富士膠片 Fijifilm |
GFX100[15] | 2019-06 2020-11* |
102MP | 400MP |
| 富士膠片 Fijifilm |
GFX100S | 2021-01 | 102MP | 400MP |
- 理光GR III機型，其開發階段披露時間為2018年9月的Photokina，但實際售賣在2019年3月。
- 富士膠片的GFX100於2019年6月售賣，但像素位移合成功能在2020年11月追加，同時還推出了專屬支持程序「Pixel Shift Combiner」[13]。
智慧型手機
[編輯]以Hydra為代表的app可以實現高解析度輸出，通常在8MP的iOS設備上，實現生成32MP圖像。
而Google相機在2018年更新，伴隨Pixel 3提供了Super Res Shot，彌補了沒有配置長焦鏡頭的缺憾。
命名
[編輯]不同廠商於不同地區，可能使用不相同的命名，以下為部分命名：
| 廠商 | 英語 | 日語 | 簡體中文 | 繁體中文 |
|---|---|---|---|---|
| 哈蘇 | Multi Shot | - | - | - |
| 奧林巴斯 | High Res Shot | ハイレゾショット | 高解析度拍攝[16] | |
| 賓得 | Real Resolution[17] | 超解像技術 英文轉譯：リアル・レゾリューション・システム |
像素偏移解析度系統 | |
| 索尼 | Pixel Shift Multi Shooting[18] | ピクセルシフトマルチ撮影[19] | 像素轉換多重拍攝[20] | 像素偏移多重拍攝[21] |
| 松下 | 高解像撮影モード | 高解析度模式[22] | ||
| 徠卡 | multishot mode[23] | - | - | - |
參考與引用
[編輯]- ^ John Henshall. MINOLTA RD-175 = AGFA ACTIONCAM. 1996-05 [2020-05-14]. （原始內容存檔於2014-01-07） （英語）.
- ^ The ProHD Report (PDF). JVC. [2020-05-14]. （原始內容存檔 (PDF)於2020-05-14） （英語）.
- ^ Hasselblad creates 50MP multi-shot full-color camera. DPReview. 2009-11-19 [2020-05-14]. （原始內容存檔於2016-05-17）.
- ^ Pixel Shift Camera DMC6200. [2020-05-14]. （原始內容存檔於2020-05-14） （英語）.
- ^ 奥林巴斯的超分辨率技术. 奧林巴斯.[失效連結]
- ^ Ian Norman. A Practical Guide to Creating Superresolution Photos with Photoshop. Petapixel. 2015-02-21 [2020-05-14]. （原始內容存檔於2020-11-29） （英語）.
- ^ Dan Bracaglia, Rishi Sanyal. Here's how to create a super resolution photo with any camera. DPReview. 2018-04-25 [2020-05-14]. （原始內容存檔於2020-11-12）.
- ^ Hydra. [2020-05-14]. （原始內容存檔於2020-11-11）.
- ^ Lars Rehm. Hydra for iOS uses multi-frame techniques for higher resolution and lower noise. 2015-01-30 [2020-05-14]. （原始內容存檔於2019-08-29）.
- ^ Bartlomiej Wronski. See Better and Further with Super Res Zoom on the Pixel 3. Google AI Blog. [2020-05-14]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於2020-12-09） （英語）.
- ^ 特長｜新たな表現を切り拓く. Panasonic. [2020-05-14]. （原始內容存檔於2020-09-29）.
- ^ 13.0 13.1 应用像素位移的相机. 2019-11-08 [2020-05-14]. （原始內容存檔於2021-01-11） （中文（簡體））.
- ^ GR III 特長 [高画質]. Ricoh jp. [2020-07-09]. （原始內容存檔於2020-07-09） （日語）.
- ^ 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]. （原始內容存檔於2020-11-27） （英語）.
- ^ OM-D E-M1 Mark II 产品特点 高画质. 奧林巴斯. [2020-05-14]. （原始內容存檔於2020-02-20）.
- ^ Chris M Williams. Pentax K-1 Pixel Shift Resolution: Updated Field Test. DPReview. [2020-05-14]. （原始內容存檔於2020-11-11） （英語）.
- ^ Pixel Shift Multi Shooting. 索尼. [2020-05-14]. （原始內容存檔於2020-11-12） （英語）.
- ^ ピクセルシフトマルチ撮影. 索尼. [2020-05-14]. （原始內容存檔於2020-08-11） （日語）.
- ^ 像素转换多重拍摄. 索尼 （中文（簡體））.
- ^ 像素偏移多重拍攝. 索尼 （中文（繁體））.
- ^ 照片拍摄性能. 松下電器. [2020-05-14]. （原始內容存檔於2020-01-12） （中文（簡體））.
- ^ THE NEW LEICA SL2. It's your choice.. Leica. [2020-05-14]. （原始內容存檔於2020-10-01）.