华为 P30 Pro 上的 RYYB 传感器如何工作

更新，2022 年 9 月 5 日：文章已更新，以反映主摄像头传感器是索尼 IMX600y，而不是最初认为的 IMX650。

华为 P30 Pro 是首款使用定制索尼 IMX600y 传感器的智能手机。除了分辨率达到 40MP 之外，这款传感器的一大特色是它拥有 RYYB 滤色镜。华为声称这可以使传感器收集 40% 的光线。但什么是 RYYB 滤色镜？它与其他手机的滤色镜有何不同？

要理解 RYYB 滤镜，我们必须先了解拜耳滤镜的工作原理。拜耳滤镜是叠加在图像传感器上的彩色滤镜阵列，以发明者 Bryce Bayer 的名字命名。

我们需要彩色滤光片阵列的原因是，图像传感器在设计上只对光敏感，对颜色不敏感。由于它只能检测和捕获光，因此数字图像传感器捕获的原始图像始终是黑白的。

为了能够捕捉色彩，我们需要一个彩色滤光片阵列，例如拜耳滤光片。首先，紫外线和红外线被其他滤光片滤除。一旦光线缩小到可见光谱，拜耳滤光片就会开始工作。

拜耳滤镜在每个像素上覆盖一种彩色染料。因此，在 2x2 像素的网格中，将有一个红色像素、一个蓝色像素和两个绿色像素。

选择 RGB 有其原因。人类的视觉是三色的，这意味着它主要对三组光波长敏感，这三组光波长与红色、绿色和蓝色密切相关。利用这些波长之间的重叠，我们的大脑能够解释“颜色”（实际上并不存在），以及我们能够看到的视杆细胞所接收的光信息。我们的相机设计为紧密模仿我们的三色视觉系统。

拜耳滤镜将一个红色、一个蓝色和两个绿色镜片放置在图像传感器上的 2x2 像素网格上。这意味着穿过阵列的可见光会被相应的颜色过滤掉。红色镜片下方的像素仍将获得黑白图像，但红色会被过滤掉。这将导致画面中的所有红色物体对于该像素来说看起来更亮，因为该信息被去除了。蓝色和绿色像素也是如此。

现在，我们有了一张由于滤镜而每个像素的亮度水平各不相同的图像。为了产生实际的颜色，我们需要一个称为去马赛克或去拜耳化的过程。一种复杂的算法（通常为相机制造商专有）有助于解释不同的颜色值。它查看像素及其周围像素捕获的信息，并确定为该像素分配什么颜色值。该算法的好坏决定了最终图像中颜色的准确性。

另外，传感器的原始数字图像始终是黑白的。我们只看到颜色，因为图像已经过去马赛克处理。当我们在照片编辑器（例如 Adob​​e Photoshop）中打开原始文件时，应用程序会使用自己的去马赛克算法来生成颜色，这就是为什么不同的应用程序会为原始文件生成略有不同的颜色。

一旦完成去马赛克，图像就可以进行进一步处理，调整曝光、对比度、高光、阴影、白平衡、噪点和清晰度等以生成最终图像。

回到滤镜，拜耳滤镜选择使用 RGGB 阵列。如前所述，它与我们的眼睛的工作方式最为接近。至于为什么有两个绿色像素，这是因为绿色位于人类可见色谱的中间，我们的眼睛对它最敏感。绿色通道也充当亮度，您会注意到，调整图像中的绿色级别不仅会影响颜色，还会影响图像的整体亮度。

但是，拜耳滤镜的替代品已经存在一段时间了。CYM 或 CYYM 就是其中之一，其滤镜由青色、黄色和洋红色组成。CYYM 滤镜的优点是它允许更多的光线穿过传感器。从名称就可以看出，拜耳滤镜是一种滤镜，因此它会去除部分光线。最重要的是，由于传感器上只有一半的像素获得绿光，四分之一获得红光和蓝光，因此您也永远无法获得传感器承诺的分辨率。CYYM 传感器具有更高的透光率，旨在解决这个问题，理论上可以从相同数量的像素中产生更高的分辨率。

然而，事实证明，从 CYYM 传感器中获取自然图像并不容易，而且它需要比 RGGB 复杂得多的去马赛克算法。正因为如此，它从未真正流行起来，配备完整 CYYM 传感器的相机仍然很少见，最近没有制造过。

这就是华为 P30 Pro 上的 RYYB 传感器的作用所在。工程师们使用了熟悉的红色和蓝色通道，但用两个黄色通道取代了两个绿色通道。这至少在理论上使传感器能够比绿色滤镜捕获更多的光线。

当然，去马赛克的问题仍然存在，但随着该领域的改进以及使用人工智能分析图像内容，现在即使没有专用的绿色通道也可以正确确定颜色。事实上，在我们的评测中，我们没有看到 P30 Pro 的色彩有什么奇怪的事情。

当然，这种方法相对于标准 RGGB 的有效性无法轻易测试或验证，所以我们只能相信华为的说法。但这无疑是一种改善低光图像质量的有趣解决方案，也可能是这款手机具有如此出色的低光性能的原因。

但这就是本次讨论的全部内容。如果您有任何问题或希望我们将来讨论任何其他问题，请在下面的评论中告诉我们。