RGGB、RYYB 靠边站，RGBW 才是传感器未来？

经过近一个月的沉淀酝酿，2022 年下半年的新机潮也终于要来了！除了小米、realme、红魔正蓄势待发推出新的骁龙 8+ 平台新机外，华为也将带来新的手机；有传闻称，华为 7 月 4 日发布的 nova 10 系列主摄部分将会有 RYYB 传感器下放。

近几年华为的旗舰，还有荣耀的部分机型里，时常能看到 RYYB 传感器的身影；而近年来，OPPO、vivo 等厂商也曾使用过一种叫做 RGBW 的图像传感器。

▲ APS-C 图像传感器（图源：Joshua Waller）

所以 RYYB 传感器和 RGBW 传感器究竟是什么东西？它跟普通的传感器比，又有什么优劣？—— 这里我们来浅谈一下 RYYB 以及 RGBW 这两类比较特别的图像传感器。

RGGB

阵 列

在聊 RYYB 和 RGBW 这两类传感器前，先来看看普通的图像传感器 —— RGGB 阵列传感器。

我们可以这样简单地理解一张数码照片的形成过程 —— 在按下快门的一刻，外界光线会穿过镜片组聚集、打到图像传感器（感光元件）上，将光信号转为像素的形式，经数模转换器转成数字信号，交由图像处理器处理成一张数码照片。

而前面提到的 RGGB 传感器中的「RGGB 阵列」，其实就是一种覆盖在图像传感器（CMOS）上的一种滤色矩阵。

▲ 较传统的前照式传感器与背照式传感器结构横截面（图源：索尼）

传感器本身其实只能捕捉光线的强度，而无法捕捉到颜色（即波长） —— 因为没有色彩元素，记录下的画面本身其实是黑白，而「滤色阵列」就是协助传感器「捕捉」色彩的。借助红绿蓝三原色的原理，在传感器上叠加上一层有许多微型红、绿、蓝滤色器的矩阵，传感器只需要依据色彩矩阵记录下像素的光强即可，而后面的处理器通过三原色的光强就能「拼配」出色彩信息。

我们现在用到的图像传感器像素一般用的是 2×2 滤色阵列，一个阵列 4 个格子要如何分配 3 种原色呢？从人眼的角度看，RGB 红绿蓝中的绿色 G 是最为敏感的，也更容易确定画面视觉细节，因此用一个红 R、一个蓝 B 和两个绿 G 作一组滤色阵列，因此用上这类滤色矩阵的传感器被称作为「RGGB 传感器」，这构想最初由柯达的员工布莱斯·拜耳（Bryce Bayer）提出，因此也称为「拜耳排列」，一直沿用、普及至今。

（图源：徕卡）

而历史悠久的 RGGB 并不完美，如此设计使得传感器的 50% 空间被用作吸收绿光，剩下的蓝光和红光才平分剩下的 50%，即 25% 蓝色、25% 红色，然而自然界中绝大多数场景的光线成分可不是这样分配的，直接导致整体进光量的损失，色彩信息也会有所浪费 —— 这对手机相机的这种小尺寸传感器来说可不够友好。

RGBW

阵 列

有了 RGGB 阵列的概念，开头提到的 RGBW 阵列其实就很容易理解了。

所谓的 RGBW 阵列传感器，顾名思义就是在 2×2 阵列中将其中一个绿 G 滤色器（一般为第二排）移走，使得这一像素能获得全域光（白光）的感知能力，因此称作 RGBW 阵列。

如前面所说的，滤色器的功能是「捕捉色彩」细节，但无可避免地会有降低进光量的副作用 —— 反过来也成立：去掉了一个滤色器，传感器能用更多的通光量换来更大的感光，但色彩细节的损失是 RGBW 传感器所付出的代价，色彩普遍寡淡；而另一方面，RGBW 阵列传感器后端的 ISP 图像处理器需要重新设计来应付不同于普通 RGB 阵列（包含 RGGB）的成像逻辑，变相地提高了厂商使用 RGBW 的门槛。

柯达在 2007 年获得过 RGBW 相关的专利，2012 年，索尼将 RGBW 阵列带到自家图像传感器产品线中，2015 年华为 P8 相机用的就是索尼的 RGBW 传感器 IMX278，同年的OPPO 在 R7 Plus 也用了这一枚 RGBW 传感器 —— 然而后面的几年里，RGBW 阵列传感器未能大规模地普及。

▲ OPPO Reno7 Pro

然而近两年，RGBW 阵列传感器似乎又重新活跃在公众视野 —— 2021 年，OPPO 再次采用 RGBW 传感器，但这次是将它放在了 Reno7 系列的前置摄像头上，首发索尼 IMX709 传感器；2020 年 vivo 曾宣布过未来将推出新的 RGBW 阵列传感器，而终于在今年的 X80 系列用上了这枚索尼 IMX866。除索尼外，那边厢的三星最近也发布了首款 RGBW 传感器 ISOCELL GWB（由传音 Camon 19 Pro 首发）。

▲ vivo X80 系列

现在乃至未来或许才是 RGBW 阵列最好的时代，以往 RGBW 的缺点在如今这个重视 AI 计算的时代变得容易解决了，可以拼高像素、用计算摄影弥补色彩等方面的缺陷，它原本的优势反而更好地发挥出来 —— 未来想必能看到越来愈多的 RGBW 阵列传感器应用。

RYYB

阵 列

跟 RGBW 类似，RYYB 阵列的出现其实也是想弥补 RGGB 的采光效率。

▲「RYB 红黄蓝」与「RGB 红绿蓝」作以原色的拼色效果

从命名能看出，RYYB 阵列就是在RGGB 阵列的基础上，将两枚绿色 G 滤色器改为黄色 Y 滤色器 —— 放弃绿色 G 改为黄色 Y 滤波器的原因其实并不复杂，就是因为黄色光在绿光和红光之间，其波峰也介于二者之间，用上黄色 Y 滤色器能「兼并」红光和绿光，以提高整个传感器的感光 —— 整体的进光量是提起来了，但色彩的「拼配」又成了新的问题，处理不好容易产生明显色偏，黄色 Y 通道需要结合红 R、蓝 B 通道与之加减等复杂的运算组合，最终分析出（猜出）具体绿色的成分强度，这就考验厂商的调校了。

还有一个问题，在 RYYB 阵列中，两个黄 Y 滤色器捕获的光线能量要远超于红 R、蓝 B 滤色器，而单个像素可「承载」的能量又是有限的 —— 在一些光线强烈的场景，如果优先考虑 R、B 的「可承载量」，那么 Y 就可能会「溢出」，形成过曝；如果优先满足 Y 的承载量，那么 R、B 通道就可能欠曝光，最终导致大光比环境下宽容度不够高。

华为第一款搭载 RYYB 传感器 IMX600 的手机 P30 Pro 其实就出现过类似的现象，有不少用户反映大光比场景下亮处有可能会过曝而略显苍白；后面的机型里，华为也一直在不断优化相关校色算法，以及 RYYB 传感器的表现 —— 而今 RYYB 传感器在华为的手中也基本成熟了。

所以说，世界上并没有完美的方案，只有最适合当下的；RGGB、RYYB、RGBW，甚至是更少见的滤色阵列也一样，RGGB 虽无疑是如今最成熟的阵列方案，但有它的局限性，而 AI 算力日渐提升的当下、计算摄影大时代的浪潮给了它们削弱短板的机会，曾被嫌弃的 RGBW，甚至是 RYYB 也能顺势成为凤凰，发挥它们的优势。

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