像素偏移
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像素偏移 （英語：Pixel Shift，也译作像素位移）是一种辅助提升成像画质的技术，用于数码成像获得更好的色彩分辨率，或生成获得超分辨率图像。
原理与实现
[编辑]原理
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像素偏移具有两种特定的实现，而其对应的原理并不相同。像素与像素之间存在间隙，而传感器无法捕捉这其中的信号，在亚像素（英語：Sub Pixel）范畴内，进行信息采集，用于补充图像，可以使最终获得图像，得到比传感器本身更高的分辨率。而就拜耳传感器结构而言，其固有的限制在于单一亚像素位置只能获得R、G、B其中一种色彩光线的信息，在合成中损失了其他部分；如果复用这些位置，则可以获得较高色彩分辨率的图像，同时也可以抑制摩尔纹。
额外信息的采集，可以通过布置多传感器，或是单一传感器位移后多张拍摄并合成实现；后者通常利用了相机上配置的传感器防抖机构实现，这也是“像素位移”这一名称的由来。
技术实现
[编辑]在数码摄影早期，受限于单块传感器像素数限制，通常会采用空间多块图像传感器，逻辑上偏移亚像素单位，以获得画质提升。这类排布与3CCD技术存在交集，故往往一同使用。1995年，由美能达与爱克发联合开发的RD-175即为应用像素偏移式分布的单反相机[1]。
在早期的高清制作中，受限于图像传感器成本或产能，流行的做法是在3CCD结构中，采用单块分辨率为较低的传感器，彼此错开像素，由机内插值合成全高清影像。例如松下的HVX200，使用三片960x540传感器；索尼的HDV采用三片960x1080传感器[2]。
利用单块传感器位移后，进行多帧拍摄合成的技术，则利用了出现在数码相机上的防抖机构，利用移动传感器补偿进行防抖的分支。
首先做出实践的是哈苏，其在2008年推出的H3DII-39 MS上首先推出[3]，MS即代表「Multi-Shot」，这一模式下，会轮换RGB亚像素位置进行拍摄，最终同样生成39MP图像，但具有更好的图像分辨率。2011年的哈苏H4D-200 MS，将这一功能扩展到超分辨率获取，可以以50MP的传感器，移动并拍摄6张，实现200MP输出。
2015年，宾得与奥林巴斯分别在自己的相机产品上配置像素位移功能，代表作分别是K3 II与E-M5 MarkII，各自的实现也分别是更好的色彩分辨率与更高的像素输出。在此之后，索尼、松下以及徕卡公司纷纷在自己的数码相机中加入该功能。
由于应用到防抖组件，也有玩家将该功能戏称作「摇摇乐」。
由于从成像机理上说，现今的显微镜与望远镜也有采用传感器成像，本质上来说是一类特殊用途的数码相机，故也可以应用到像素偏移技术，例如徕卡的DMC6200[4]，而例如奥林巴斯公司，其将应用在自己显微镜上的技术命名为OSR，并设立了专门的介绍页面，号称可以图片光学衍射极限，获得水平清晰度120nm的图像[5]。
除了内置功能，一些爱好者也将应用可能拓展到所有相机。由于手持拍摄时，天然具有轻微的位移，在此条件下拍摄多张，之后以软件进行对齐叠加处理，以获得分辨率收益[6][7] 。这一应用可能也迅速在手机摄影上得以实施，由于相对受限的传感器及镜头模组配置，以及较为强力的计算处理能力，使得这一领域对于计算摄影相关的提升十分有兴趣，2015年即出现了可以输出4倍分辨率（32MP）的应用Hydra[8][9]；在2018年，Google在Pixel 3世代手机上配置了单枚后置摄像头，但依然以超分辨率方式，于Google Camera内提供了长焦拍摄功能，称作「Super Res Zoom」，即以此实现[10]，次年，该研究于SIGGRAPH 2019发布[11]。
应用
[编辑]消费级数码相机
[编辑]不同厂商和相机之间，实现不同。宾得偏向于输出等像素高色深的照片，奥林巴斯则一贯致力于输出四倍像素。而机能差异也导致了差别，有的机器，如索尼，无法完成机内处理，需要打包保存在存储卡，等待后续处理；奥林巴斯和松下可以完成机内合成，也保留以电脑后制的可能。
在拍摄题材方面，通常集中限制在静物；但松下公司的S1系列，提供了动体识别，可以在拍摄合成中识别运动物体，而不进行叠加，以免产生虚影[12]。虽然其间使用电子快门，但现今多数拍摄仍不支持闪光灯。
| 厂商 | 相机名称 | 发布年份 | 传感器像素 | 输出像素 |
|---|---|---|---|---|
| 哈苏 Hasselblad |
H3DII-39 MS | 2008 | 39MP | 39MP |
| 哈苏 Hasselblad |
H3DII-50 MS | 2009-11 | 50MP | 50MP |
| 哈苏 Hasselblad |
H4D-50 MS | 2010-05 | 50MP | 50MP |
| 哈苏 Hasselblad |
H4D-200 MS | 2011-05 | 50MP | 200MP |
| 哈苏 Hasselblad |
H5D-200 MS | 2014-08 | 50MP | 200MP |
| 哈苏 Hasselblad |
H6D-400C MS | 2018-10 | 100MP | 400MP |
| 奥林巴斯 Olympus |
E-M5 MarkII | 2015-02 | 16MP | 64MP |
| 奥林巴斯 Olympus |
PEN-F | 2016-01 | 20MP | 80MP |
| 奥林巴斯 Olympus |
E-M1 MarkII | 2016-12 | 20MP | 80MP |
| 奥林巴斯 Olympus |
E-M1 X | 2019-01 | 20MP | 80MP 手持模式50MP |
| 奥林巴斯 Olympus |
E-M5 Mark III | 2019-10 | 20MP | 80MP |
| 奥林巴斯 Olympus |
E-M1 Mark III | 2020-02 | 20MP | 80MP 手持模式50MP |
| 宾得 Pentax |
K3 II | 2015-04 | 24MP | 24MP |
| 宾得 Pentax |
K1 | 2016-02 | 36MP | 36MP |
| 宾得 Pentax |
K70 | 2016-06 | 24MP | 24MP |
| 宾得 Pentax |
KP | 2017-01 | 24MP | 24MP |
| 宾得 Pentax |
K1 II | 2018-02 | 36MP | 36MP |
| 宾得 Pentax |
K3 III | 2021-03 | 26MP | 26MP |
| 理光 Ricoh |
GR III[14] | 2018-09* 2019-03 |
24MP | 24MP |
| 索尼 SONY |
α7R III | 2017-10 | 42MP | 42MP |
| 索尼 SONY |
α7R IV | 2019-07 | 61MP | 240MP |
| 索尼 SONY |
α1 | 2021-01 | 50MP | 50MP/200MP |
| 松下 Panasonic |
G9 | 2017-11 | 20MP | 80MP |
| 松下 Panasonic |
S1 | 2019-02 | 24MP | 96MP |
| 松下 Panasonic |
S1R | 2019-02 | 47MP | 187MP |
| 松下 Panasonic |
S1H | 2019-05 | 24MP | 96MP |
| 松下 Panasonic |
S5 | 2020-09 | 24MP | 96MP |
| 徕卡 Leica |
SL2 | 2019-11 | 47MP | 187MP |
| 徕卡 Leica |
SL2-S | 2020-12 | 24MP | 96MP |
| 富士胶片 Fijifilm |
GFX100[15] | 2019-06 2020-11* |
102MP | 400MP |
| 富士胶片 Fijifilm |
GFX100S | 2021-01 | 102MP | 400MP |
- 理光GR III机型，其开发阶段披露时间为2018年9月的Photokina，但实际售卖在2019年3月。
- 富士胶片的GFX100于2019年6月售卖，但像素位移合成功能在2020年11月追加，同时还推出了专属支持程序「Pixel Shift Combiner」[13]。
智能手机
[编辑]以Hydra为代表的app可以实现高分辨率输出，通常在8MP的iOS设备上，实现生成32MP图像。
而Google相机在2018年更新，伴随Pixel 3提供了Super Res Shot，弥补了没有配置长焦镜头的缺憾。
命名
[编辑]不同厂商于不同地区，可能使用不相同的命名，以下为部分命名：
| 厂商 | 英语 | 日语 | 简体中文 | 繁体中文 |
|---|---|---|---|---|
| 哈苏 | Multi Shot | - | - | - |
| 奥林巴斯 | High Res Shot | ハイレゾショット | 高分辨率拍摄[16] | |
| 宾得 | Real Resolution[17] | 超解像技術 英文转译：リアル・レゾリューション・システム |
像素偏移分辨率系统 | |
| 索尼 | Pixel Shift Multi Shooting[18] | ピクセルシフトマルチ撮影[19] | 像素转换多重拍摄[20] | 像素偏移多重拍攝[21] |
| 松下 | 高解像撮影モード | 高分辨率模式[22] | ||
| 徕卡 | multishot mode[23] | - | - | - |
参考与引用
[编辑]- ^ John Henshall. MINOLTA RD-175 = AGFA ACTIONCAM. 1996-05 [2020-05-14]. （原始内容存档于2014-01-07） （英语）.
- ^ The ProHD Report (PDF). JVC. [2020-05-14]. （原始内容存档 (PDF)于2020-05-14） （英语）.
- ^ Hasselblad creates 50MP multi-shot full-color camera. DPReview. 2009-11-19 [2020-05-14]. （原始内容存档于2016-05-17）.
- ^ Pixel Shift Camera DMC6200. [2020-05-14]. （原始内容存档于2020-05-14） （英语）.
- ^ 奥林巴斯的超分辨率技术. 奥林巴斯.[失效連結]
- ^ Ian Norman. A Practical Guide to Creating Superresolution Photos with Photoshop. Petapixel. 2015-02-21 [2020-05-14]. （原始内容存档于2020-11-29） （英语）.
- ^ Dan Bracaglia, Rishi Sanyal. Here's how to create a super resolution photo with any camera. DPReview. 2018-04-25 [2020-05-14]. （原始内容存档于2020-11-12）.
- ^ Hydra. [2020-05-14]. （原始内容存档于2020-11-11）.
- ^ Lars Rehm. Hydra for iOS uses multi-frame techniques for higher resolution and lower noise. 2015-01-30 [2020-05-14]. （原始内容存档于2019-08-29）.
- ^ Bartlomiej Wronski. See Better and Further with Super Res Zoom on the Pixel 3. Google AI Blog. [2020-05-14]. （原始内容存档于2020-12-14）.
- ^ B. Wronski, I. Garcia-Dorado, M. Ernst, D. Kelly, M. Krainin, C.K. Liang, M. Levoy, and P. Milanfar. Handheld Multi-frame Super-resolution. [2020-05-14]. （原始内容存档于2020-12-09） （英语）.
- ^ 特長｜新たな表現を切り拓く. Panasonic. [2020-05-14]. （原始内容存档于2020-09-29）.
- ^ 13.0 13.1 应用像素位移的相机. 2019-11-08 [2020-05-14]. （原始内容存档于2021-01-11） （中文（简体））.
- ^ GR III 特長 [高画質]. Ricoh jp. [2020-07-09]. （原始内容存档于2020-07-09） （日语）.
- ^ Fujifilm develops the new “Pixel Shift Multi-Shot” function to capture and generate the world's highest resolution of 400MP images with accurate color reproduction. 2020-11-25 [2020-11-25]. （原始内容存档于2020-11-27） （英语）.
- ^ OM-D E-M1 Mark II 产品特点 高画质. 奥林巴斯. [2020-05-14]. （原始内容存档于2020-02-20）.
- ^ Chris M Williams. Pentax K-1 Pixel Shift Resolution: Updated Field Test. DPReview. [2020-05-14]. （原始内容存档于2020-11-11） （英语）.
- ^ Pixel Shift Multi Shooting. 索尼. [2020-05-14]. （原始内容存档于2020-11-12） （英语）.
- ^ ピクセルシフトマルチ撮影. 索尼. [2020-05-14]. （原始内容存档于2020-08-11） （日语）.
- ^ 像素转换多重拍摄. 索尼 （中文（简体））.
- ^ 像素偏移多重拍攝. 索尼 （中文（繁體））.
- ^ 照片拍摄性能. 松下电器. [2020-05-14]. （原始内容存档于2020-01-12） （中文（简体））.
- ^ THE NEW LEICA SL2. It's your choice.. Leica. [2020-05-14]. （原始内容存档于2020-10-01）.