筆記 | 怎樣理解點對點、超採樣與像素合併

溢圖科技 發佈 2023-01-31T22:56:15.665996+00:00

Hi,我是溢圖科技。在介紹視頻拍攝功能時,我們經常會看到點對點、欠採樣、超採樣、像素合併等名詞。今天我們就來說說這些採樣方式的區別。點對點佳能EOS R5具有約4500萬有效像素(最大照片尺寸8192×5464,比例為3:2)。

Hi,我是溢圖科技。


在介紹視頻拍攝功能時,我們經常會看到點對點、欠採樣、超採樣、像素合併等名詞。今天我們就來說說這些採樣方式的區別。

點對點

佳能EOS R5具有約4500萬有效像素(最大照片尺寸8192×5464,比例為3:2)。在拍攝DCI 8K(8192×4320)視頻時,傳感器像素與記錄解析度相同,這就是點對點採樣。

同理,4K(3840×2160)點對點採樣需要至少約829萬像素、全高清(1920×1080)點對點採樣需要至少約207萬像素。由於絕大多數傳感器是3:2、4:3,而不是16:9、17:9的,所以實際對應的傳感器像素還要再多一些。


欠採樣

如果我們在用佳能EOS R5拍攝DCI 8K視頻時開啟了數碼防抖,畫面邊緣就會被裁切掉一些(視角稍稍變窄)。這意味著傳感器有效像素減少了,需要通過插值放大實現DCI 8K解析度。傳感器有效像素少於記錄解析度,這叫做「欠採樣」。

除了數碼防抖外,裁切、數碼變焦、高速視頻拍攝也可能導致欠採樣。比如採用1英寸堆棧式傳感器的索尼黑卡相機/ZV-1,在HFR超慢動作視頻模式下,傳感器讀取的有效像素數會隨著幀率升高而降低。960fps/1000fps時,有效像素只有1244×420或912×308。


超採樣

還是以佳能EOS R5為例。拍攝無裁切的DCI 4K(4096×2160)視頻時,如果開啟4K HQ選項,傳感器依然輸出DCI 8K數據,然後送到處理器內進行「縮圖」處理。這種傳感器有效像素大於記錄解析度,就叫做「超採樣」。

* 在超採樣中,傳感器有效像素可以是記錄解析度的任意倍數。

超採樣的優點是能利用所有像素,具有最好的細節和信噪比、更少的摩爾紋和偽色。但「縮圖」處理也意味著更大的數據運算量,會帶來額外的能耗與熱量。而且EOS R5在拍攝8K時最高為30p,所以超採樣的4K視頻也無法超過30p。


跳采

另一種高像素傳感器記錄較低像素視頻的方法是「跳采」,即跳過一些像素。還是以EOS R5為例,我們可以只讀取傳感器上的奇數行得到8192×2160,然後再對水平方向縮圖獲得DCI 4K視頻。

因為跳過了一些行,完成一次讀取的時間變短了。不僅可以達到更高幀率(50p/60p),也能實現更低的捲簾快門(果凍效應更小)。但因為實際使用的像素變少了,所以信噪比和解析度都會有明顯下降。

* 跳采和裁切都捨棄了一些像素。區別在於跳采使用了更大的傳感器區域,通常不影響拍攝視角和虛化。


像素合併

除了超採樣和跳采外,一些新型傳感器還支持「像素合併」,即將相鄰像素信息合併後再輸出給處理器。這樣既減輕了處理器的壓力、提高讀取速度,也能利用所有像素實現較高信噪比(傳感器有效面積沒變,但解析度不如超採樣),是比跳采更優秀的工作模式。

手機上的四拜耳、九拜耳傳感器,在日常拍攝時就是進行「像素合併」操作,傳感器有效像素是記錄解析度的整倍數。


超採樣與全採樣

前面提到的通過8.2K超採樣得到DCI 4K視頻用到了傳感器17:9內的所有像素,這種極致的超採樣也能稱為「全採樣」。超採樣並不只有「全採樣」這一種情況,很多時候它還會和隔行、像素合併同時出現。例如:

- 索尼α1在拍攝無裁切4K視頻時,先從8.6K像素合併到4.3K,然後再超採到4K。

- 佳能EOS R5在拍攝無裁切全高清視頻時,先跳採到4K,然後再超採到全高清。


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