华为的RYYB黑科技，是个什么原理？

最近华为在热炒自己手机的RYYB传感器，着实给我们这样的业余人士上了一堂科普，不过没有了解就没有发言权。 我们先了解一下，一个手机摄像头，它通常是由PCB主板、CMOS传感器（Sensor）、固定器（结构件）和镜头组成。但是实际上，主要负责拍照、录像的还是由CMOS负责。那我们这篇文章就从最底层的CMOS传感器说说起，这也是华为这次重点广告的“底层技术”。

首先我们科普一个知识点，想要获得更好的图像效果，那就必须要获得更多的图像细节。那么为了获得更多的图像细节，大体上有三个办法：

1.更大的传感器。小米已经跟大家说了“底大一级压死人”（玩摄影的应该早就知道了）。

2.增加单个像素尺寸。不过总的传感器大小就那么多，这个潜力也不是很大。

3.改变CMOS的底层原理（黑科技弯道超车的意思来了）

我们来一个一个看。

1.更大的传感器

这条路最简单，也最基础。那么问题来了，在现在追求纤薄的智能手机，与加大CMOS尺寸的发展方向是违背的，比如历史上首台装进了1/1.2英寸的诺基亚808PureView，为了塞入这个1/1.2英寸的CMOS传感器，诺基亚808PureView相机部分厚度17.95mm。所以作为今年主打的IMX586/IMX600还是IMX650，这些顶级超大像素传感器的尺寸也只有1/2.0英寸和1/1.7英寸，虽然比平常手机常用的那些1/2.X英寸的CMOS传感器来说算是“大底”，但是和专业的单反CMOS来比，那就是弟弟。

2.增加单个像素尺寸

大家不知道还记不记得年初的时候的真假4800万像素之争。就是四合一，还是那句话，总的尺寸不变，这些都是雕虫小技。IMX586通过QuadBayer阵列（索尼提出的一个“四像素合一”的技术）可以实现等效1.6μm单个像素感光面积，更高端的IMX600传感器也才2.μm，依旧存在天花板。

3. 改变CMOS的底层原理

开始介绍CMOS底层架构之前，首先先说说拜耳阵列，我们人眼睛能看到不同的色彩，主要是因为人眼上有可以感知不同频光线的细胞，CMOS就是相机里面可以感受不同颜色的“细胞”，只是我们称他们为像素点，并以拜耳阵列（Bayerarray）的形式加以排列。

历史上，柯达公司的影像科学家布莱斯.拜耳（BryceBayer）最早发现人眼对红绿蓝三原色中的绿色最敏感，所以他尝试在CMOS上方加入了一块滤镜，采用1红2绿1蓝（RGGB）的排列方式将黑白信息转换成彩色信息，让呈现出CMOS上的色彩更加接近人眼的视觉效果。因此，几乎所以的CMOS传感器都采用了RGGB排列方式，也就是我们常说的“拜耳阵列”，或者“拜耳滤镜”。

但是拜耳阵列也是有缺陷的，因为CMOS在进行光电转换过程中无法得到颜色信息，拜耳阵列则是起到了分色的作用，光线经过滤镜时，只允许同种颜色的光进入，红光进红像素，绿光进绿像素，其他颜色的光则被挡在门外，因此我们成像时，除了得到颜色外，还多出了一些明暗的信息。分色也会在过滤光线时候，损失一些光线强度，其他颜色信息也会全部损失掉，记住这是考点：全部。所以拜耳阵列加持下的CMOS是永远无法百分百还原真实景物的色彩，只能无限接近于真实，为了得出最接近真实的颜色，则需要根据相邻的像素点颜色信息来“猜出”这个位置上过滤掉其他颜色的信息，这种“猜色”环节则被称为“反拜耳运算”。这也解释出为什么拍出的照片会出现“偏色”现象，这是在“猜色”环节中猜错了。

说了这么多，我们的CMOS厂商做了哪些动作呢？首先则是我们的RGBW结构的CMOS。

RGBW结构

上面也说了，人眼对绿色最为敏感，也因此拜耳才会在RGGB阵列上用上了2个绿色像素。那么我们能不能将其中一个绿色像素（G）换成完全透光的白色像素（W）呢？所以第一款四色传感器诞生了，历史上最早推出RGBW结构CMOS的厂商是omnivision（OV），摩托罗拉旗下的motoX、MotoDroidMIni等产品都用过这类CMOS，只是当时摩托罗拉只将这个称谓“clearPixel”技术。可惜OV在传感器市场以及摩托罗拉日渐式微，这种RGBW的CMOS传感器并没有被很多人知晓。

真正将RGBW发扬光大的，则要推索大法的IMX278传感器（华为Mate8、一加3和vivo X7Plus等采用这种传感器，而IMX298也是RGBW结构CMOS）。现在摘抄当年手机厂商宣传口号“低亮度下感光能力可提升32%，噪点降低78%”因此被华为P8和魅蓝6T等手机武装上了。

纯黑白结构

既然拜耳滤镜会损失信息，为什么不丢掉拜耳滤色镜呢？让CMOS实现光线全透岂不是极大增加了CMOS的进光面积？于是，索尼推出了专业的IMXMono黑白摄像头，拥有极高进光量，暗光环境下可以记录更多暗部细节。

有利当然也有弊，去掉分色系统后，Mono黑白镜头无法记录彩色信息，所以必须搭配另一颗彩色CMOS使用，通过双摄+算法的方式来获得比传统RGGB以及RGBWCMOS单摄更好的夜景拍摄效果。时至今日，这种黑白+彩色的双摄组合还是非常的流行，单摄RGBW传感器则被遗忘在历史的长河中。。。

RYYB结构

作为双摄的先驱者，或者说市场选择了多摄矩阵模块吧，RGBW已经被市场淘汰了。单摄CMOS对于最求更高的进光量这个目标一直没变，于是就有了RYYB，顾名思义， RYYB就是将两个绿色像素（G）换成黄色像素（Y）替代。

和RGGB相比，RYYB可以减轻拜耳滤镜在滤色过程中带来光的进光量折损问题，同时可以让进光量提升40%之多。以华为P30Pro来说，这款手机的ISO居然可以达到409600，是iPhoneXSMax的64倍！从而只需要一丝亮光即可拍摄到纯黑环境下的颜色细节。

从理论来说，RYYB滤镜虽然提升了进光量，但是本质还是变相增加红色的进光量而已，从而提升在夜景拍摄中的表现。同时也因为黄色像素较多，会出现偏色问题，绿色像素的缺少也将影响成像质量，饱和度会出现问题。

想要完美驾驭RYYB传感器，则是需要一套更加强大的硬件ISP和更加强大的算法。据华为终端手机产品线总裁就表示，华为为了保证RYYB滤镜的调色准确性，付出长达3年时间来调教。

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