為何感光元件可以辨別到顏色?關鍵就在這裡!

camera-cmos-colour_00_Bayer Filter

iPhone 6 相機功能有大躍進,就算在昏暗的環境,顏色也比舊 iPhone 鮮艷,小編也在黑暗之中影下不少相片。這令小編存在了一個簡單而重要的問題,為何現時相碼相機的感光元件,可以簡易地分辨到顏色?其實,就算相機技術進步到哪一個地步,要相機分辨顏色,10 多年來仍然離不開這個元素。



基本上,所有鏡頭內的感光元件,包括 CMOS 或者 CCD,都被分開成以像素為單位的感光單位,感測光線,所謂 1300 萬像素鏡頭,就是這個鏡頭內的感元光件,分開了 1300 萬個感光單位。不過,單憑這些感光單位並不能分辨顏色,究竟如何分辨顏色?

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iPhone 6 的鏡頭元件

在電腦,就算是顏色,都是利用數字顯示,要把不同顏色的光線換算成電腦的顏色,感光元件需要加多一個辨別顏色的濾鏡圖層。一般手機以及數碼相機,都會利用一個名為 Bayer Filter 的濾鏡,濾鏡以像素作單位分開紅、綠、藍顏色排列,相鄰的像素不重覆,而綠色的數量是紅色或藍色的 2 倍(原因是人眼對綠光敏感程度被紅光和藍光覆蓋了),每一個像素負責其中一種顏色,感測紅、綠或者藍光的光度(下圖),並與鄰近負責其餘兩個三原色的像素嘗試進行插補工作,重新合成你所看到的顏色。

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過去這種技術的問題是,像素不多,感光程度不足,令計算出來的顏色不太準確,但近來因應技術提升,感光元件像素越多,或者像素面積越來越大(例如 iPhone 6 的 1.5μ pixel 或 HTC One 的 2μ pixel),收集回來的數據就會越來越多,顏色偵測出來就會越準。同時,因成本較低,所以幾乎所有手機、大部分數碼相機都會用這種濾鏡。

另外也有一個名為 Foveon X3 的顏色濾鏡,以三重濾鏡分別過濾波長較短的藍光、較長的綠光以及最長的紅光,令每一個像素均可分辨光的三原色,並以此計算圖素的顏色,準確程度遠比 Bayer Filter 更高,但因屬 Sigma 的子公司研發,這濾鏡只限於部分數碼相機使用。

再不明白?其實有不少 YouTube 影片也簡單地介紹相機的感光元件如何分辨到顏色,例如這一個。
[youtube http://www.youtube.com/watch?v=LWxu4rkZBLw]

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