數位攝影與以前底片攝影的最大不同,在拍攝以後的處理,遠多過底片拍攝後的處理。把感光晶片的數據轉換成影像,要經過複雜的計算程序,凡是能照相的數位工具,都安裝有計算的軟體,在學術上有人稱為計算攝影 (Computational Photgraphy)。
以數位彩色攝影取像為例,感光晶片每一個像素上有一個微小濾光鏡片,分別為三元色之一的紅綠藍 (RGB),呈馬賽克間隔排列,因為我們眼見的綠色最多,所以綠色濾光鏡片占二分之一、紅色與藍色各占四分之一。經過濾光鏡片濾色,每一像素只有一色,但需要 RGB 三色混合才能製造完全的彩色,其餘的兩色是靠鄰近像素的彩色,用插項計算出來的,這樣三色加在一起才是完全的彩色。以下三圖為 Bayer 取像流程示意圖,可點選放大。
(以上圖片取自網路)
美國麻省理工學院 (MIT) 的微系統技術實驗室,最近發展出來一個有「高動態範圍」取景的功能晶片,如果放在手機裡,就都能拍出山洞風景水準的照片。採用的原理,是自動拍攝三張「低動態範圍」的影像,也就是明暗反差縮小的取像,一張是正常光線、一張是曝光不足、一張是曝光過剩,曝光不足是針對景物的明亮部位,曝光過剩是針對景物的黑暗部位,然後把三張取像結合成一張照片,所以景物裡的明暗各部位都很清晰,而且靠正常光線取像那張,來維持景物的風貌。
晶片的另一個功能,是消除取像時候的雜質,用周遭的像素把雜質塗抹模糊,看起來就與周遭一致。為了不把景物的主題塗抹模糊,軟體製造了一個立體過濾器,把影像分成多小格子,每個小格子呈立體結構,除了 XY 座標,還紀錄這個格子影像的亮度,在塗抹的時候,僅塗抹與周遭亮度相同的像素,因為不同亮度的像素可能是影像裡物件的邊緣,如果塗抹會影響清晰度,所以藉這個立體濾過器,保留影像各主要物件的清晰。
這個晶片的雛形,經台積電與 MIT 學術交流計畫的合作,用 40 奈米 CMOS 的技術製成,速度非常快,通常這樣的運算需要幾秒鐘,這個晶片不到一秒鐘就能處理 10 Mega 像素,而且比目前使用的 CPU 與 GPU 處理器更節省能源。
晶片已經安裝在相機裡,在上週的 Solid-state Circuits 國際會議上發表,獲得相當好評。下一步就是大量製造,安裝在你我的相機、平板電腦、手機裡面,讓你我都立刻成了攝影專家。下圖是晶片的放大圖,取自 MIT 網站。