图像夜景增强神器-RYYB芯片

2019-7-28 云破天开 学习笔记 评论(0) 阅读(372)

华为 P30 Pro旗舰手机依然是主打强大的拍照功能,而其中一个亮点便是采用了 RYYB 色彩滤镜阵列的 4000 万像素主摄像头。官方给出的数据是进光量相比传统CMOS芯片提升 40%,实现了最高ISO 409600的感光度,来了更出色的夜景曝光表现。
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熟悉摄像头的朋友应该都知道,此前的相机传感器都是采用RGGB 色彩滤镜阵列的,那采用 RYYB 色彩滤镜阵列对比传统的 RGGB 又有什么优势呢?

在介绍RYYB之前,我们需要先了解下RGGB(也叫Bayer)色彩滤镜阵列原理。

对于彩色图像,需要采集多种最基本的颜色,如RGB三种颜色,最简单的方法就是用滤镜的方法,红色的滤镜透过红色的波长,绿色的滤镜透过绿色的波长,蓝色的滤镜透过蓝色的波长。
RGGB色彩滤镜阵列格式图片在一块滤镜上设置的不同的颜色,通过分析人眼对颜色的感知发现,人眼对绿色比较敏感,所以一般RGGB色彩滤镜阵列格式的图片绿色格式的像素是R和B像素的和。滤色片分成 25% 红色、25% 蓝色、50% 绿色,然后用插值算法把另外的 75% 红色、75% 蓝色、50% 绿色计算出来,就能合成一张拥有完整色彩信息的照片。这也就是我们现在常见的 RGGB色彩滤镜阵列。
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▼下面我们再来讲讲RYYB▼

以下是可见光的光谱曲线
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根据光谱曲线,我们发现黄光的光谱主波是 570-590 纳米,刚好被夹在红光和绿光之间,所以只要彩色滤镜的光谱特性设计得足够好,那么理论上黄色滤光片就能同时接收红光和绿光。

黄色=红色+绿色,这意味着原本只能响应绿色的像素现在能同时响应绿色和红色,提高了对光线的利用率,也就是华为所称的 40% 效率提升的原因。下图是对应的光谱响应示意图:
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下面我们再来比较下RGGB和RYYB两种设计的芯片,在实验室内的客观测试结果。
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▲相同曝光时间和增益,RYYB的输出的图像亮度比RGGB的高。

SNR10:在SNR(信噪比)=10的时候,RYYB所需要的环境照度比RGGB要低很多,感光性能更好。
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FWC(Full Well Capacity ):RYYB的FWC值更高

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大家对芯片测试项目原理想有更多了解,可以回顾之前的文章"测试见真芯"

通过上面的介绍和实际测试,大家能感受到采用RYYB设计的芯片感光性能要比常规的RGGB提升不少。好奇的朋友可能会问既然这种设计能提高进光量,为什么很少见呢?
因为RYYB芯片虽然感光能力强了,但色彩还原依然需要通过算法转换成 RGB 来计算,这就需要将Y的分量进行重新分配、插值处理,一来是对图像处理引擎有较高的要求,二来是如果处理不好会影响后期色彩标定,很容易产生伪色和失真问题。这就需要投入大量算法研究来进行优化处理。
看到这里大家估计就明白了,采用RYYB色彩滤镜阵列具备以下两方面优点:
01、将 RGBG 里面的 G 替换成补色法里的 Y,自然进光量从理论上来说比原来的多出一半(实际上由于光线折损并没有这么多).
02、在算法层面对Y分量进行合理分配、插值处理,确保画面色彩的准确性。



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