如上图所示，Quad Bayer 排列这个名字实际上是CIS厂商的营销术语，因为其基于的还是 Bayer 排列，只不过每个颜色的滤镜皆覆盖了四个像素。
那为何要“多此一举”呢？刚开始的时候，是因为像素尺寸太小滤镜工艺跟不上，只能采用这种“曲线救国”的方式，顺带还能在营销环节大肆吹嘘一波。
后面随着“卷大底”潮流的盛行，这种情况就不复存在了，但其依然没被淘汰——可见是有“真本事”的。下面就详细讲一下，其转为高像素模式的工作原理。
首先，Quad Bayer 排列要进行PD补偿和坏点补偿。然后由于所覆盖的子像素位置不同，导致感光能力有一定差别，所以就需要引入 Crosstalk 环节进行校准补偿。
具体来说就是将全图分成多个 ROI 方块，然后计算各像素通道的能量并确定其补偿数据，最终使用这些校准数据从而让原本不均匀状态的能量分布变得更为平衡。
落到实处的效果就是，Crosstalk 校准补偿可以去除由于信号差别造成的格子、锯齿状等色块干扰——这种干扰现象在拍摄单一色块时尤为明显。
经过这些补偿操作后，就正式开始进入 Remosaic 环节了，这个过程也分为三步。
第一步：利用插值算法，将 Quad Bayer Raw 数据转换为三组RGB数据。
第二步：再用将RGB Image转Bayer的算法，将其分解为三组Bayer Raw Image。
第三步：将三组数据合为正常的 Bayer 排列，并送到ISP进行“去马赛克”处理。
熟悉“去马赛克”算法的朋友，看到这个 Remosaic 环节估计会很熟悉，毕竟有些步骤是一样的。当然，这只是最基础的一套 Remosaic 算法。
后面随着 Quad Bayer 技术的发展，索尼还研究出了其它更先进的转换排列算法，另外大法一直都将算法库集成于CIS上，从而实现硬件级的 Remosaic 转换（当年三星的GM1就因为不具备这个硬件级功能闹出过笑话）。
至于其先天缺点——采样空间精度下降的问题，则是往后CIS厂商需要继续努力的方向。此外与其相关的还有一种名为“3-HDR”之技术，这个留待下期讲 HDR 技术的时候一块说。
关于 Quad Bayer 的优点，刚才只讲到了一个“3-HDR”技术，但实际上接下来要说的这两个超牛对焦技术也与其有关。
全像素全向对焦亦名为“2×2 OCL”相位对焦，顾名思义就是一片微透镜覆盖了四个像素，结合 Quad Bayer 排列，那就相当于一片微透镜覆盖了一种颜色的滤镜。
既然一片微透镜能覆盖四个像素，那么这四个像素不仅可以分割成左右来检测相位差，还支持上下以及斜向的全方向对焦，这就是所谓的“米字”对焦。
上一篇谈到双核对焦两大缺点的时候，只说了一个，而其另一个大缺点就是对缺少图案变化的拍摄物体不太敏感。
这就好像传统单反上的“一字对焦点”，只能检测竖向纹理。
那要加强对焦性能该怎么办呢？首先就是增加横向纹理的对焦能力，组成“十字”对焦点阵列。
而最终的解决方案就是“米字”对焦阵列，实现全方向的立体对焦，这便是全像素全向对焦的诞生背景。
同时在暗光环境下，还可以利用“像素四合一”模式大幅增加进光量，故其暗光对焦性能亦无忧。
既然这个对焦技术这么牛，三星自然不会错过，只不过其改了个名字——Super QPD。
不过，这样的结构有个很大的缺点。
由于一个微透镜下有四个像素，这样在 Crosstalk 校准补偿环节就会造成互调失真（很多光线浪费在了四个像素的交接中心处）。
于是索尼便展示了一下娴熟的半导体工艺技术，将微透镜稍稍位移了一下（OCLs Shift）。
这样就不会有大量入射光线往没有感光能力的区域跑了，而是在微透镜的作用下顺利进到每个子像素中。不过，还有一个问题没解决。
由于每种颜色的光线其波长不一样，这样在每个微透镜下面的四个像素中，由于没有阻隔便会造成光串扰，这同样会给 Crosstalk 环节造成麻烦。
没关系，针对这个情况，大法还是有办法。
其直接将四个像素用 DTI 技术隔离开来——这样就完美解决了所遇到的各种问题，顺带还增强了暗光对焦性能（下图所示）。
全像素全向对焦看起来好像已经无敌了，实则不然，因为相位信息的缘故所以会损失小部分画质。也就是说这个技术，最适合的就是高像素数量、小像素尺寸的中型传感器。
如果既要维持高像素数量，又要上大型传感器（意味着像素尺寸增大），且不想让画质损失增大的话，那该怎么办呢？这时候就该轮到全像素八核对焦登场了。
全像素八核对焦是 Quad Bayer 排列与全像素双核对焦结合的技术，每个像素拥有2个PD，那么四个像素总共就是拥有8个PD，所以其英文名就是很直白的“Octa PD”。
按照索尼官方的说法，这个对焦技术最大的特点就是在进行HDR拍摄时，长曝光、中曝光和短曝光的所有像素皆能获取相位差。
这是3-HDR技术加双核对焦的效果，可以不受目标物亮度的影响，要知道全像素全向对焦都做不到这点！另外和全像素全向对焦一样，都享受到了 Quad Bayer 排列的高感光性能。
也就是说，这个技术的原理虽然简单，但效果非常牛；和全像素全向对焦之区别就是适用的传感器不同，并没有严格的优劣之分。
此外，从开头的 Quad Bayer 排列转 Bayer 排列之工作过程可以看出，全像素全向对焦和全像素八核对焦的性能并不会受到像素转换过程的影响。
所以在这两个对焦技术的使用过程中，并不存在“默认合成模式”和“高像素模式”的对焦性能差异。
实际上三星的传感器也有全像素八核对焦，只不过其绿色子像素的光电二极管是斜切划分，并以此获得全向对焦的能力和“Dual Pixel Pro”的名字。
经过上期和这期的努力，主流对焦技术终于讲完了，这里就将两篇的所有对焦技术都总结一下，上期详见《从反差式对焦到索尼双核对焦技术——手机CMOS传感器知识（三）》。
反差对焦——可以精准找到对比度最高的对焦点并自动对焦，技术既简单成本又低，缺点是耗时过长。
相位对焦——能够根据相位差信息计算出对焦点从而快速对焦，缺点是掩蔽式像素有损画质，至于暗光对焦性能差的缺点则可通过激光对焦或者 TOF 对焦弥补。
全像素双核对焦（Dual PD）——通过像素内的双PD独立获得相位差从而让全像素参与成像与对焦，缺点一为要求像素尺寸要比较大，缺点二则是缺失了横向纹理检测能力。
“2×1 OCL”双核对焦——通过部分不参与成像之共享微透镜的双像素获得优秀相位对焦能力，这个技术是针对 Dual PD 之缺点一而设计的，但其自身的缺点与相位对焦类似。
全像素全向对焦（2×2 OCL）——通过 Quad Bayer 排列与共享微透镜之四像素的结合获得高感光性能和全向对焦能力，从而解决了 Dual PD 的缺点二，代表型号为IMX766。
全像素八核对焦（Octa PD）——通过 Quad Bayer 排列与 Dual PD 之结合获得高感光性能和超牛HDR对焦性能，既避开了 Dual PD 的缺点一又削弱了缺点二，代表型号为IMX989。
由此可见，Quad Bayer 排列的优点非常明显，所以才会一直存在至今，并在CIS厂商持续优化之下成为一项成熟的技术。同时，全像素全向对焦和全像素八核对焦亦因此脱颖而出。
END
致力于手机知识的探索和整理
联系客服
