相机独门秘籍之适马篇 Foveon X3传感器及相机推荐

相比于目前主流数码相机配备的拜尔阵列CMOS传感器，适马自家相机的Foveon X3三层传感器绝对是一个特立独行的存在。那么适马Foveon X3传感器工作原理如何？发展历程如何？有何产品值得推荐？本文将为您一一揭晓。

一、前言

即将于下个月举办的photokina世界影像器材展前后，又会迎来一大波新品发布，令键摄小编期待无比。不过相比相机、镜头的“百花齐放”，影像传感器领域最近几年的发展却是越来越趋向于“大一统”：

1、CMOS传感器优势很大、CMOS传感器A了过去、非CMOS传感器即将打出“GG”（中画幅后背和卡片机还有部分采用CCD）。
2、拜尔阵列（什么是拜尔阵列？）CMOS传感器优势很大（富士的EXR CMOS和X-Trans可看作拜尔阵列的变体）、拜尔阵列CMOS传感器A了过去、非拜尔阵列CMOS传感器还有适马的Foveon X3（徕卡、飞思等厂商的黑白传感器暂按下不表）。

结构独特的Foveon X3传感器

目前适马自家的Foveon X3传感器已成为撑起非拜尔阵列CMOS传感器大旗的存在。借由适马Foveon X3“保安三问”：1、Foveon X3是什么？2、Foveon X3从哪儿来？3、Fovern X3要到哪儿去？本期的《相机独门秘籍》，我们来以尽可能简洁、明了的方式聊聊适马“独占”的Foveon X3传感器的那些事儿，看看什么配备Foveon X3传感器的适马相机值得买。

二、不过要先聊聊彩色胶片

上帝说要有光，就有了光。摄影师说要有色彩，就有了彩色胶片。

彩色胶片结构（左一）

彩色胶片片基表面涂有三个感色图层，从上至下分别为蓝色、绿色和红色的感光涂层。每个涂层内有卤化银颗粒和成色剂染料颗粒。和大家认知可能不太一样的是，实际上每一层的成色剂染料颗粒呈现的颜色是这一层的补色。譬如蓝色层使用的是黄色染料，绿色是品红染料，而红色则是青染料。实际当胶片曝光时，某一涂层内的卤化银颗粒受光转变为黑色的金属银，同时附近的成色剂颗粒也对应转变为相等比例的染料，染料以这种颜色的补色形式进行转化。后期胶卷冲洗时，黑色的金属银被药液洗掉，而每一个涂层内的燃料颜色则被固定下来（资料来自于《纽摄上册》）。

三、再聊聊拜尔传感器

迈入数码时代至今，广泛应用的拜尔阵列影像传感器的工作原理却和彩色胶片颇为迥异：拜尔阵列传感器在1976年由柯达公司的工程师布莱斯·爱德华·拜尔发明。由于影像传感器的基本单元光电二极管可测量光线强弱变化，却不能感应色彩，只能拍摄黑白照片。拜尔创造性地设计了50%绿色、25%的红色、25%蓝色的色彩滤镜矩阵，覆盖在光电二极管上方，实现了拍摄彩色照片的目的。

目前最主流的拜尔阵列CMOS传感器

当光线入射时，只有对应滤镜颜色的光才会穿过滤色镜，到达光电二极管而产生电信号。这样每个像素点便能得到其R、G和B三原色之一的数值，随后再结合周围临近像素点的数据，通过插值去马赛克算法计算出这个像素点真正的RGB数据。不过这样的设计有个先天缺陷，那就是实际上每个光电二极管仅能接收1/3的光线信息，而另外的2/3都被色彩滤色镜过滤掉了。至于拜尔传感器为何要将基本组成单位设计为2个绿色、1个红色和1个蓝色滤镜，有说法是来源于视觉三原色学说：

根据视觉三原色学说，人眼内有L（Long长波）、M（Medium中波）和S（Short短波）三种色觉视锥细胞，分别对红、绿和蓝色敏感，我们看到的多姿多彩的颜色实际上是三种视锥细胞感受到的不同强弱电信号，在大脑中的反映。不过L和M两种色觉视锥细胞对不同波长光线的敏感程度比较接近，在白天时对绿色都比较敏感，所以拜尔阵列绿色滤镜的数量是红色和蓝色的两倍。

拜尔阵列CMOS传感器最大的问题便是会产生摩尔纹（什么是摩尔纹？）和伪色了，解决方案是在传感器表面安装低通滤镜，来降低摩尔纹和伪色的程度，代价则是降低画面细节的画质。不过这几年随着拜尔阵列CMOS传感器暴力堆像素，摘掉低通滤镜的高像素相机使用体验也还好，并不太会收到摩尔纹和伪色困扰（传说中的“只要推力大，搬砖也上天”……）。

四、终于谈到Foveon X3传感器

1、Foveon X3传感器的初生：

实际上Foveon X3传感器最初并不是由适马公司发明的，而是由加州理工学院（《生活大爆炸》中谢耳朵等人工作的学校）的Carver Andress Mead教授创立的Foveon公司研发出来的（还有著名的“摩尔定律”实际上是此人最早提出的说法）。当时首席工程师Dick Merrill和首席科学官Dick Lyon领导的团队，共同发明了Foveon X3传感器，并成功将其民用化、商品化。

Mead教授（左）和Merrill工程师（右）

2008年，适马公司正式收购了Foveon公司和Foveon X3技术。后又于2012-13年，整整一代的SD系列单反相机、DP系列便携式数码相机型号均被冠以“Merrill”这个姓氏，来纪念Foveon X3之父Dick Merrill（资料来源于适马官网）。

首台配备Foveon X3传感器的适马SD9

在实际应用方面，第一款配备了Foveon X3传感器的相机是在2002年发布的适马SD9数码单反相机。适马SD9配备了一块20.7×13.8mm尺寸的APS-C画幅Foveon X3传感器，单层像素数约350万，共三层像素排列。

2、工作原理：

与传统拜尔马赛克阵列排布像素不同，Foveon X3传感器某种程度上借鉴了彩色胶片三层染色剂的堆叠方式，从上至下排列了三层光电二极管，每一层二极管分别记录蓝、绿和红色光线的强度。相比只能测量RGB其中之一数据、需要插值“猜”色彩的拜尔阵列传感器，Foveon X3传感器理论上每一个像素位置便可直接计算出RGB值，色彩准确性更高。

Foveon X3传感器专利

上图为彼时还未被适马收购的Foveon公司，在1999年为Foveon X3传感器申请的专利，可以看出分别测量蓝光、绿光和红光的三层光电二极管是如何摞在一起的。也就是说，三层光电二极管的尺寸并不完全相同，而一般我们看到的Foveon X3传感器的结构图中三层像素点尺寸却都是一样的。小编认为这可能是出于便于产品宣传而制作的示意图，示意Foveon X3传感器的大致结构和工作原理，毕竟如果三层像素都尺寸都一样大的话，下层像素不就被上层像素挡住了不是。

Foveon X3（下）结构与传统拜尔阵列传感器（上）有很大区别

3、目前的发展：

自适马收购Foveon公司、山木和人接掌社长之后，2014年Foveon X3传感器经历了一次比较大的迭代。那一年适马先后发布了dp1 Quattro、dp3 Quattro和dp2 Quattro，采用了更具个性的外观设计。新一代Foveon X3传感器在结构上做出了改变，顶层负责记录蓝色光和明暗信息的光电二极管的数量分别是记录绿色和红色的4倍，并且中层和下层的光电二极管只负责记录对应颜色色光，不参与记录明暗信息。随后在数据处理过程中，上层的明暗信息也同样被应用于中层和底层。根据官方资料，新结构的Foveon X3传感器解析度增加了30%，数据处理速度也更快、相机续航也有效提升。

全新一代Foveon X3结构发生了改变

4、优势和不足：

优势：不需要去插值猜RGB值，色彩准确性高，理论上不会产生摩尔纹和伪色，不需要低通滤镜而具备更高解像力。传统拜尔阵列每一个像素点仅能记录1/3的总数据量，而Foveon X3传感器每一个像素位置都可以记录下完整的RGB值.

不足：Foveon X3传感器的缺点主要集中在高感画质差和存储速度慢、耗电量大，还有在某些情况下因红色和绿色光波长比较接近而出现交叉污染的情况。理论上因为不需要插值算法去猜RGB数据、去马赛克化，Foveon X3传感器的数据存储速度要更快，不过实际么……

5、最争议的像素计算：

要说到Foveon X3传感器最大的争议，便是到底应该如何计算传感器的像素数了。对于单层的拜尔阵列传感器来说就非常简单，有效像素有一个算一个，数实际参与成像的光电二极管数量即可（佳能的全像素双核CMOS AF技术下每一个像素都有两个光电二极管，光电二极管数量是有效像素的两倍）。不过Foveon X3是三层光电二极管摞在一起的，适马一般在资料中将总像素数按照三层加在一起计算，但实际的解像力和输出尺寸却并没有总像素数那么大。

适马社长山木和人介绍新一代Foveon X3传感器解像力计算方法

举个例子，适马dp Quattro系列相机的Foveon传感器上层约为1960万像素、中层和下层各约490万像素，这样总像素数约2940万。Foveon X3传感器最顶层的蓝色层全部像素数负责记录明暗、细节，而常规拜尔阵列传感器则是由占据总像素数一半的绿色像素存储。如此换算，Foveon X3传感器的等效解像力便是两倍其像素数的拜尔阵列传感器，也就是等效约3900万像素。这也就是说，这块APS-C画幅的Foveon X3传感器以2940万的有效像素数，实现了3900万像素拜尔阵列CMOS相机的解像力。

五、相机推荐

适马目前共有六款相机在产，分别为两款sd Quattro系列无反相机和四款dp Quattro系列固定镜头便携式数码相机。其中带“H”的sd Quattro H拥有尺寸更大的APS-H画幅传感器，顶层像素数达到了约2550万，等效约5100万像素的解像力水平。而另一款APS-C画幅的sd Quattro则配备了与dp Quattro系列相机相同的约2940万有效像素的APS-C画幅Foveon X3传感器，等效约3900万像素的解像力。

适马经典的dp系列固定镜头相机这一代共有四款，分别为dp0 Quattro、dp1 Quattro、dp2 Quattro和dp3 Quattro。这四款产品最大的区别就是固定镜头焦段不同，分别等效35mm全画幅21mm、28mm、45mm和75mm，选购时选择自己喜欢的视角即可。

百科SIGMA 适马 dp0 Quattro 数码相机适马黑科技dp Quattro系列大胆的改变了传统数码相机的外形，机身更加纤薄，因而吐槽者也甚多。由于新外形的设计，手柄区域握感以及操控性有一定提升。采用3英寸92万像素LCD，最大提升是全新一代的Foveon X3图像传感器的加入，有效像素达到2900万，搭配TRUE III图像处理器，ISO提升至6400。DP0/1/2/3 Quattro对应搭配镜头规格等效21mm、30mm、45mm、75mm焦距。1200mAh的BP-51锂电池也使得续航能力有了一定的提升。 值31 点评0 原创0 好价18去购买查看详情

百科 SIGMA 适马 DP1 Quattro系列 数码相机适马黑科技DP Quattro系列大胆的改变了传统数码相机的外形，机身更加纤薄，因而吐槽者也甚多。由于新外形的设计，手柄区域握感以及操控性有一定提升。采用3英寸92万像素LCD，最大提升是全新一代的Foveon X3图像传感器的加入，有效像素达到2900万，搭配TRUE III图像处理器，ISO提升至6400。DP1 Quattro对应搭配镜头规格等效30mm焦距。1200mAh的BP-51锂电池也使得续航能力有了一定的提升。 值3 点评0 原创0 好价5去购买查看详情

百科Sigma 适马 dp2 Quattro dp2Q 便携式相机dp2 Quattro是适马黑科技DP系列的新作，这款全新的dp2 Quattro大胆的改变了传统数码相机的外形，机身更加纤薄，因而吐槽者也甚多。由于新外形的设计，手柄区域握感以及操控性有一定提升。机身三围尺寸为161.4×67×81.6mm，重量为359克。采用上代3英寸92万像素LCD，最大提升是全新一代的Foveon X3图像传感器的加入，有效像素达到2900万，搭配TRUE III图像处理器，ISO提升至6400。搭配镜头规格等效45mm焦距，最大光圈2.8，具备一定的素质。1200mAh的BP-51锂电池也使得续航能力有了一定的提升。 值97 点评1 原创6 好价6去购买查看详情

以小编来说，我在拍摄时比较喜欢28mm的广角，拍摄时画面能够纳入的元素更多，但又不至于透视变形太强烈，所以在dp0 Quattro和dp1 Quattro中我比较推荐后者。而dp3 Quattro等效75mm的焦段带点微距能力，比较适合人像题材。

百科SIGMA 适马 dp3 Quattro 数码相机适马黑科技DP Quattro系列大胆的改变了传统数码相机的外形，机身更加纤薄，因而吐槽者也甚多。由于新外形的设计，手柄区域握感以及操控性有一定提升。采用3英寸92万像素LCD，最大提升是全新一代的Foveon X3图像传感器的加入，有效像素达到2900万，搭配TRUE III图像处理器，ISO提升至6400。DP3 Quattro对应搭配镜头规格等效75mm焦距。1200mAh的BP-51锂电池也使得续航能力有了一定的提升。 值2 点评0 原创0 好价0查看详情

在价格方面，dp1 Quattro某东自营报价3999元，dp0 Quattro和dp2 Quattro要4199元，而焦段最长的dp3 Quattro则卖4299元。四千元买一台APS-C画幅的固定镜头相机，小编觉得还是比较超值的，买来日常拍些风光、扫街和人像也是一个不错的选择。毕竟一台APS-C画幅相机+对应焦段的镜头可能也不止这个钱，低感画质还没有dp系列相机好。

百科SIGMA 适马 sd Quattro 无反相机整体上适马sd Quattro的造型相当大气硬朗，外形轮廓线条分明，按键布局简洁，给人一种充满现代感的简约风。适马sd Quattro的机身材质采用了大量的金属件，同时机身各处对于接缝的处理、机身面板表层的处理、以及底部三脚架螺纹孔周边的处理等都是显示出适马公司极其优良的制造工艺，机身整体做工非常精良，握在手中有相当的金属感及充实感。机身背面的LCD屏幕分为两块，靠右侧小一点的屏幕用于显示相机拍摄的各种参数，包括剩余拍摄张数、快门速度、光圈值、ISO数值、曝光补偿值、测光模 式、拍摄模式、电池容量等信息。左侧那块较大的屏幕用来显示照片的取景范围，该块屏幕采用了约162万像素的TFT彩色液晶显示屏，视野率达到了 100%，并可显示电子水平仪。储存卡槽、HDMI接口、USB接口、遥控接口分别位于机身两侧，特别值得一提的是，这次USB接口终于和市场主流接轨，采用了USB3.0接口，保证 了传输速度。机身底部采用了防滑橡胶的设计，同时MADE IN JAPAN的产地信息同时标注在镜头及机身下方，表明了其在日本生产的纯正血统。由于sd Quattro取消了反光板结构，在实际拍摄过程中，也基本解决了镜头跑焦的问题， AF对焦精度也得到了大幅度的提升。并且这也是第一次在X3传感器上植入了相位对焦模块，今后相信适马公司也会通过固件升级来进一步改善机身对焦性能。适马sd Quattro外观并不像普通无反相机那样有着常规的矩形，整个机身有着异形的造型。Foveon X3 Quattro Sensor 是全世界唯一能以三层处理系统，记录所有光学资讯的影像感测器。SIGMA sd Quattro 系列以「Foveon 影像品质」为核心，针对 SIGMA 的高效能镜头与原厂配件完美打造。而在硬件参数上，sd Quattro搭载APS-C画幅Foveon X3图像传感器，拥有1960万像素，但可以输出3900万像素图片。原生ISO为100~6400，快门速度为1/4000〜30s，B门最高为2分钟。sd Quattro和sd Quattro H连拍速度分别是每秒3.6帧和每秒2.8帧，拥有相位对焦和反差对焦，不过对焦点的数量暂时还未公布。支持SDXC/SDHC/SD存储卡，拥有一个USB3.0接口。而在操控上也是现代风格，机顶拥有两个转盘，应该支持自定义功能。背部显示屏为3英寸162万像素，EVF则拥有236万像素。 值123 点评0 原创1 好价30去购买查看详情

百科SIGMA 适马 sd Quattro H APS-H画幅 无反相机适马sd Quattro H是搭载APS-H画幅CMOS（传感器大小大于APS-C，小于全画幅）的版本，与标准版的sd Quattro只有传感器上的差异，其他参数基本一致。但因为画幅大于APS-C，sd Quattro H应使用全幅镜头，因为使用APS-C镜头会有黑边，需要裁切后使用。它外观并不像普通无反相机那样有着常规的矩形，整个机身有着异形的造型，更像是一台内置转接环以拉长法兰距来适配单反镜头的无反。而在硬件参数上，sd Quattro搭载APS-C画幅Foveon X3图像传感器（适马的黑科技之一，成像的色彩极其生动），拥有1960万像素，但可以输出3900万像素图片。原生ISO为100~6400，快门速度为1/4000〜30s，B门最高为2分钟。sd Quattro和sd Quattro H连拍速度分别是每秒3.6帧和每秒2.8帧，拥有相位对焦和反差对焦。支持SDXC/SDHC/SD存储卡，拥有一个USB 3.0接口。而在操控上也是现代风格，机顶拥有两个转盘。背部显示屏为3英寸162万像素，EVF则拥有236万像素。 值1 点评0 原创0 好价9去购买查看详情

至于sd Quattro系列相机，在小编看来阻挡人购买的最大因素便是其适马自家的SA卡口了。构建一套适马SA卡口镜头群+sd Quattro系列无反相机的预算还是比较高的，如果您不是适马品牌的狂热粉丝，可能就要好好考虑一番了。

六、蛇足

适马其实叫她“副厂”有点屈才，毕竟人家也是做相机机身的，适马机身装适马镜头不就成了原厂了么……话说回来，适马如此有个性的相机虽然小众，但还是有一批固定的基本盘支持者。小编认为各个相机厂商的相机产品应该有其独特魅力，有的追求极致画质、有的拥有复古造型、有的具备很高颜值，。如果大家的东西参数配置都差不多，所有摄影爱好者所追求的也都差不多，其实也是一件比较悲哀的事情。衷心祝愿能有更多的与众不同的小众品牌依旧能为我们带来更多有个性的产品。

长久以来，适马Foveon X3传感器最引以自豪地便是超强的低感解析力，100%放大“数毛”简直不要太爽。但是比较尴尬的是，近四年来拜尔阵列CMOS传感器的像素数和画质水平提升速度非常快，而全画幅传感器的成本也在一路走低。只有自家用的适马Foveon X3传感器性能依旧停留在2014-16年6款相机推出时的水平，这也是制约传感器发展的重要原因（话说按前几代产品换代的时间表，现有的dp Quattro产品也到了该换代的时候了）。