SuperCCD EXR技术深度解析
“宝剑出鞘”
“终极”的SuperCCD EXR
经过历代的更新与发展，SuperCCD为富士赢得了各方面的赞誉，不过技术的发展却没有停步，在去年10月份富士拿出了自家的终极武器——SuperCCD EXR（其中EXR就有Extreme的意思）。
◆排列与组合的魔术
所谓的“精细捕捉技术”实际上就是利用CCD的全部像素点来实现更大的像素数量。从图8中我们可以看到SuperCCD EXR改变了其内部一直以来的感光点排列结构，将所有的感光点按照旋转45度的方式进行排列，人眼敏感的绿色被排列成一条直线，而且红色和蓝色也两两组合在一起。
图8 EXR像素的排列
可以说新的SuperCCD EXR排列方式并没有移动感光点，只是对滤色膜进行了处理，这样在总方向上仍然可以保证三个感光点组成一个像素，同时在斜线方向上又加强了颜色的连贯性。再配合新一代RP影像处理器，EXR技术能够轻易将CCD像素提升到1200万的水平。
◆双重捕捉技术
各位还记得前文中介绍的SuperCCD SR里面一大一小的感光单元吗？新的EXR图像传感器也有类似的功能，只不过不再使用一大一小两种单元，而是将感光点分成两个通道，如图9所示。
图9
图解说明：在工作时，光线会照射到CCD上，通过透镜层进行汇聚，再经过滤色层分色，后每个感光二极管根据光线强度的不同，产生数量不等的自由电荷，并寄存在旁边的电路寄存器中。当曝光结束的时候，统计电路就会统计每一个感光点寄存器处的电荷数量多少。按照一行一行的顺序，每个感光点寄存器里面的电荷像“排队体检”一样被释放出来，经过电路放大，模拟信号转成数字信号，我们就知道了该处的信号值。
在这里，我们可以控制不同通道的曝光时间（也就是电荷积累的时间），使得一个通道用于捕捉高感光图像（类似于以前的S像素），而另一个则用于捕捉宽动态图像（类似与R像素）。两道曝光结束之后，再将获得的两幅图像按照一定的算法拼合在一起，就得到了兼具高感光度与宽动态范围的图片。
说到这里有些朋友可能已经发现了，打开双重捕捉技术之后，画面的像素数量会比精细捕捉模式减少一半（1200万像素的数码相机会输出600万像素的图片），因为相邻A、B两个像素之间捕捉的是同一个像素点。有些朋友会问，每个像素物理位置的差异不会造成重影吗？的确是这样的，这也是为什么SuperCCD EXR会采取倾斜45度来安排像素点的原因，因为在斜方向上人眼不敏感，通过这种方式来降低双重采集对照片的影响，事实上富士的工程师们也做到了。
◆两两联合增强ISO表现
我们知道传统CCD提高ISO表现的方法是增加控制电路的增益，但是这么做的直接后果就是感光度增加了，但噪点也会大量出现。所以很多有经验的摄影爱好者们都喜欢用低ISO来拍摄照片。
为了的到低噪点和清晰的图像，像素联合的概念被引入——也就是说，DSP处理芯片将相邻两个像素得到的信号信息叠加起来，作为一个像素值，这样就可以在不提高感光度的前提下获得“虚拟意义”上的高感光度表现。
无论是传统的CCD/CMOS，还是前几代SuperCCD技术都有一个共同的特性，那就是将红、绿、蓝三种颜色间隔排列，这样一来就有一个问题——如果按照空间近原则，我们要将两个红色像素融合在一起，中间就必须间隔一个蓝色像素点或者绿色像素点。
图10 传统的像素联合方式
这样做的后果就是造成像素之间的相互干扰，例如我们在拍摄某些纹理特别密集或者颜色过渡非常强烈的图像时，就会出现中间色。从小的方面来说，这种像素联合会造成图像模糊，丢失一些细节信息；严重时甚至会出现紫边现象，造成整张照片报废。
现在富士的SuperCCD EXR技术就很巧妙的克服了这个问题。大家可以注意到在新的
SuperCCD技术中，像素都是两两联合的，也就是说红-红、蓝-蓝以及绿-绿在进行联合时都不需要跨跃中间的像素点，而且斜方向45°的排列方式可以将相邻的两个同颜色感光单元的距离拉得非常近，这样就可以很大程度地避免混色、紫边问题的产生。与“双重捕捉”技术类似，“像素联合”技术也是用一半的像素点来换取更高的图像表现，在打开“双重捕捉”或者“像素联合”技术之后，1200万像素的数码相机只能够输出高600万像素的图片。
图11 SuperCCD EXR的像素联合方式
后需要大家注意的是，虽然SuperCCD EXR在技术上非常先进，但是却没有办法同时照顾到三种模式；换句话讲，要“像素数量”还是要“图像表现”全看你自己的喜好了。截止到发稿时为止，我们从富士公司得到的新消息称SuperCCD EXR技术会首先应用在消费级DC产品上，等到合适的时候会逐步推高到高端机型（如单反相机）上。
写在后
从上个世纪70 年代在实验室中诞生的第一张图像数字图像开始，传感器技术经历了40余年的发展，现在已经遍布工业以及民用领域。从太空中的哈勃望远镜到口袋中的手机，数字图像传感器记录着世界的变化和我们的生活，其自身也在不断进化和发展。
SuperCCD只是其中的一个缩影，我们期待着更多更先进的图形传感器出现，数字影像技术的发展必将给我们的生活带来更多乐趣与惊喜。
