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那福忠,知名電子出版專家、網路作家。
   
  X3:數位取像技術的重要進展
  那福忠 March 30, 2002
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   一個月前在 Orlando 的國際照相展示會裡,Sigma-Photo SD9 數位照相機最引人注目,事隔一個月,熱度不減,仍為業界所討論。數位相機與傳統底片相機形狀相同,區別在以感光晶片替代底片,感光晶片就成為技術的核心。SD9 的特點不在相機部分,而在採用 Foveon X3 的感光晶片,這個感光晶片,大家認為是數位取像技術的重要進展。

  數位相機除了相機部份,基本上是以一片感光晶片,放在原來底片的位置,替代底片,只是「感光」之後,把光線亮度的大小,轉換成電子數量的多少,再轉換成資料的多寡,所以這一感光晶片,是數位攝影的心臟。把感光片上的數據傳輸到後端處理,目前有兩種方式:CCD (Charge Coupled Device) CMOS (Complimentary Metal-Oxide Semiconductor)CCD 較為精密,但製作過程複雜,價格高;CMOS 用一般半導體製作流程就可製造,價格便宜,但在精確度上略遜。市面數位相機用那一種感光晶片,通常可反應在價格上。(參考 CCD CMOS 的用在數位相機上的區別)。

  感光晶片以矽為底,矽有一種特性,遇到光線,一部份電子會跑開,向一個地方集中,光線愈亮,電子數集中的愈多,集中的地方就是相機的像素 Pixel,通常以 8-bit 12-bit 儲存,代表灰階的比例層次(如 8-bit 可有 256 個在灰階,12-bit 可有 4096 灰階)。但把 Pixel 的電子數量轉換成資料,僅有量的大小,不能代表彩色,也不能從中分色,把全部 Pixel 合到一起,所合成的僅是一張黑白的單色影像。要把黑白變成真實的彩色,就成了數位攝影另一複雜的技術,目前大部數位相機用的,是稱之為「馬賽克」 (Mosaic) 的分色技術。

  「馬賽克」的分色技術,是在感光晶片上每一個 Pixel 的位置,加一個濾光鏡片。如果是紅色濾光鏡,就只有紅光能滲入,那一個 Pixel 所採集的資料就是紅光的亮度;如果是藍色濾光鏡,就只有藍光能滲入,Pixel 的資料就是那一點藍光的亮度;如果是綠色濾光鏡,就只有綠光能滲入,Pixel 的資料就是那一點綠光的亮度。

  R G B 三色濾光鏡,呈馬賽克方格混合排列。但人的眼睛對綠色非常敏感,所以 R G B 的數量並不成比例,通常用二倍的綠色,呈 R G G B 1:2:1 比例。因為感光僅有一次,所以每個 Pixel 所收集到的資料僅是 R G B 堛漱@種,不能構成全色,要湊足 R G B 三色,需以這一色及周邊的色彩資料,用數學「插項」(Interpolation) 的邏輯推演,把另外兩色「插」進去。一般的插項推演頗為複雜,也是每家製造商列為機密的技術。

  但問題也就出在這種「插項」推算,如果在同一色區像是藍色天空,自然沒有問題,但如果在物件連接的地方,或影像的細部,推算就未必精準。這也是數位攝影在色彩、細節、清析、與干擾處理上,不如傳統底片攝影的原因。

  Foveon X3 取像技術,不若目前數位相機僅用一層晶片,而是用三層晶片重疊取像。矽對不同波長的光源,有不同滲透深度的自然現象,三層晶片的距離,如果正好間隔到分別吸收 R G B 光波波長的位置,就能垂直同時取得 R G B 三色資料。Foveon X3 正是如此取像,不需藉一色運算彌補其餘二色,這一簡圖可展示兩種色彩技術的不同。另外 Photo.net 網頁,就兩種取像技術做實例的比較,是很好的參考。

  因為每個 Pixel 獨立感光取像,所以能把幾個 Pixel 聚在一起成為一個大 Pixel,降低解析度。例如 2300 x 1500340 萬)Pixel 的影像,如果把 4 x 4 Pixel 合成一個大 Pixel,則解析度降為 575 x 375如圖所示。用馬賽克方格濾光取像,則無法如此變更解析度。

  解析度降低的優點,在增加取像運算速度,如果每秒鐘可以取得30張影像以上,就可以直接應用到活動影視的拍攝了。X3 把變更解析度的邏輯,內建在感光晶片堙A所以同一感光晶片可以用來設計兩用照像機:高畫質靜態攝影,與降低解析度的活動攝影。到目前為止,還沒有這樣將靜動攝影合機的技術,即使勉強合在一起,品質也必損失其一。但 X3 技術可兩者兼顧,一機兩用,對媒體工作者、乃至一般消費大眾,都是新的數位經驗,這也是讓業界看好的另一主因。

  Sigma 說,這個用 Foveon X3 技術的 SD9 型相機,技術定位在晉級業餘攝影、與專業攝影,將在近期上市,售價 3000 美元,這當然不是拿起來就拍的傻瓜照相機。數位相機的普及,會慢慢超過底片相機,取像技術不斷進步,畫質不斷提升,是否有一天會完全取代底片的使用,讀者或可從下面幾張 X3 技術的照片自己判斷。這些照片是給網頁用的,經過 JPEG 壓縮,資料量都很小,原稿品質應該更好。

打拳size 470 x 353 pixel, 28KB
蘭花size 470 x 470 pixel, 31KB
撞球size 470 x 470 pixel, 37KB
燈塔size 470 x 470 pixel, 47KB
山水size 470 x 313 pixel, 82KB
玩具size 470 x 470 pixel, 82KB

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