大尺寸成像器對比三成像器攝影機 各有利弊

大畫幅、單成像器（LFSS）攝影機被譽有高分辨率，能夠安裝攝影機鏡頭以及能夠獲得膠片感的淺景深。

但這些LFSS攝影機也存在一些設計難題，并且與長期使用的三成像器攝影機設計相比，具有某些天然的缺點。

馬賽克效果

簡單地說，三成像器攝影機采用一個把來自鏡頭的畫面分成3種原色（紅、綠、藍）的分光棱鏡（圖1）。產生的紅、綠和藍畫面分別被傳遞到3個單獨的成像器。這三個成像器中每個都有相同數量的等間隔像素。

大畫幅、單成像器攝影機采用一個比用于三成像器攝影機的最大成像器（2/3英寸）都要大得多的成像器。LFSS技術不是用一個棱鏡分離顏色，而是采用芯片上像素上面的馬賽克彩色掩膜，由于微小的濾色片被涂覆在各個像素上，因此一些像素只接受綠光，一些像素只接受紅光，還有一些像素只接受藍光。

雖然有其它一些“馬賽克”方案，但目前大多數LFSS攝影機在各個像素上的掩膜中都采用拜爾濾色片（圖2）。拜爾濾色片允許接受綠光的像素數是接受紅光或藍光的像素數的兩倍。此像素數不一致通過“去拜爾”處理解決，以實現RGB輸出。（術語去拜爾在本文中被用于描述LFSS攝影機的重建處理，無論它們是采用拜爾濾色片還是采用其它方式。）

大部分攝影機制造商同意LFSS的設計使制造比三成像器攝影機要簡單，理由是無棱角裝配工作。但三成像器攝影機中不需要的去拜爾處理非常關鍵。

“要做到這一點需大量的數學運算，”索尼電子高級產品經理Juan Martinez說，“你需要有一個非常強大的數字信號處理器。”

佳能公司資深研究員Larry Thorpe表示贊同，“這可能是單成像器攝影機和三片攝影機之間的突出的區別，在這一點上三片攝影機具有直接以4：4：4提供的優點。”每家LFSS廠商都有自己的提供盡量接近4：4：4（非壓縮）圖像的專用算法。

松下公司高級開發經理Michael Bergeron指出，使用馬賽克濾色片，你沒有共位置的像素。在三成像器攝影機中，每個像素的紅、綠和藍子像素完全在同一點。去拜爾處理的部分過程包括如預測LFSS芯片上哪一個藍像素會在實際上有一個綠或藍像素的點捕獲。

草谷公司攝影機產品市場總監Klaus Weber表示，在用LFSS攝影機拍攝彩色細節精細的畫面時這可能是個問題，“如果你在綠色玻璃前拍攝非常小的彩色物件，如小花或小蜜蜂，我認為去拜爾處理將產生大量失真，因為預測效果不會很好。”

而對于這兩種不同設計的耗電量，Weber認為渲染區別是一種推銷，“我覺得大畫幅、但成像器CMOS攝影機的耗電量相比三片2/3英寸CMOS攝影機的耗電量不應該有很大的不同。”盡管單一成像器本身可能比三個單獨的成像器耗電少一點，但由此成像器省下的電力最大可能會消耗在所需的更大的處理能力上。

其它難題

LFSS攝影機制造商面臨的另一難題在用于產生此單成像器上的馬賽克掩膜的染劑上。Thorpe說：“這有兩個方面：一是設計材料及調整光譜響應以便正確處理你正在尋求的符合高清電視色度規格，或更具有挑戰性的DCI（數字電影倡導組織）色度規格的工作。然后是這些染劑的時間穩定性問題。它們有好有差。”三成像器攝影機棱鏡沒有這樣的性能隨時間劣化問題。LFSS攝影機設計師還面臨在使用低通濾波器防止圖像失真時的折衷問題。每種顏色的像素數越低，失真問題可能越嚴重。

“由于綠色像素數量是紅和藍像素的兩倍，你面臨一個選擇，”松下的Bergeron表示，“或者安排一個極好地處理紅色和藍色通道的抗失真濾波器，過濾掉綠色像素已解決的頻率，或者調到綠色像素，在這種情況下你可能在紅色和藍色中有失真。”

在三成像器攝影機中，由于每片芯片上的像素數相同，一個低通濾波器對全部3種顏色最佳。

三成像器攝影機設計還有一個LFSS沒有的障礙。“它的確復雜，因為你有一個聚光裝置和3個成像器，”Sony的Martinez說。當黑平衡或補償由于LFSS攝影機上如發熱而導致的漂移，“你在一個成像器上做全部的校正，而不是在3個獨立的成像器上。”

棱鏡設計也有光學注意事項。“對用于棱鏡的光學玻璃類型，通常要求與它有關的光學校正，”池上工程總監Alan Keil說，“而在單成像器攝影機中鏡頭和成像器之間，有的一般只有空氣。”

要考慮的另一件事是滿足LFSS的大成像器要求所需的鏡頭尺寸。在電影應用時，LFSS可能配備一個定焦鏡頭或相對短距離變焦鏡頭，在現代體育應用中，往往采用100倍變焦范圍鏡頭。“一個35mm尺寸成像器100倍變焦鏡頭可能有100kg，”草谷的Weber說。

但如Keil所指出，現代100倍變焦鏡頭是為它們被安裝在上面的高清攝影機提供清晰度而設計的，“如果你增加分辨率很多，這些鏡頭可能還不很完善。”

如果LFSS攝影機看起來像一種主要用于數字電影攝制的小眾產品，那么NHK值得一提。NHK去年宣布日本可能最早在2016年開播超高清電視（UHDTV）。