揭開三層感光元件之密,Sony Xperia XZs 960fps 超慢動作錄影原理詳解

作者 | 發布日期 2017 年 03 月 15 日 8:04 | 分類 Android 手機 , 手機 , 零組件 follow us in feedly

Sony 13 日在台發表了 Xperia XA1、XA1 Ultra、XZs、XZ Premium 四款新機,其中 XZs、XZ P 首創搭載了「超慢動作錄影」,可提升錄影幀率至 960fps,不過這項特異功能的原理是什麼呢?透過這篇文章的剖析,可幫助你更了解 Sony 新機的超慢速錄影模式。



一個多月前,Sony 發表了將 DRAM 夾入感光元件的新技術,讓手機可以拍攝超慢動作影片,沒想到在今年 MWC 通訊大會上,Sony 所發表的兩款新機種 Xperia XZs、XZ Premium 就搭載了這項功能,讓它能夠實現 960fps 超高幀率的慢動作錄影,並用 30fps 的幀率輸出影片。

  • 960fps/30fps=32x

這意味著即使是手機也具備 32 倍的慢動作錄影能力,相較於 Google Pixel 所具備的 240fps 錄影,Sony Xperia XZs、XZ Premium 的超慢動作錄影還要慢了 4 倍,並且所搭載的感光元件圖像記錄速度上要快 5 倍,過往需要 40ms(毫秒)記錄的影像僅需要 8ms 即可紀錄完成,這也大幅減低了滾動快門效應。

超高幀率的由來:加入 DRAM 的三層式感光元件

之所以具備 960fps 的超高幀率,是因為 Xperia XZs、XZ Premium 採用了 Sony 新設計的三層式感光元件(3-Layer)。以往堆疊式感光元件(2-Layer)的兩層結構是由成像區域(Pixel Section)與處理迴路(Circuit Section)所構成,特點是像素區域為背照式(BSI)結構,其特性是具有背照式的優點,並加強處理迴路使之兼容高速錄影的能力。

▲ 左為一般的堆疊式感光元件,右為 Sony 新搭載的三層式感光元件。

而 Sony 的三層式感光元件就是在既有的兩層結構成像區域(Pixel Section)與處理迴路(Circuit Section)之中加入了 DRAM 記憶體,使感光元件擁有自己的暫存區,讓這塊 DRAM 單獨處理所有錄製進來的影像數據,進而達到短時間內處理大量資料的性能。

▲ Sony 的 3-Layer 感光元件在成像區域與處理迴路之間加入了 DRAM,以加強影像處理速度。

如果你有看過我們之前 Sony RX100 Mark IV 的評測,應該會對它的 HFR,High frame rate 超慢速錄影模式感到印象深刻,Xperia XZs、XZ Premium 所採用的技術也與這兩款相機類似,不過,Xperia XZs、XZ Premium 所搭載的超慢動作錄影(Super Slow Motion)在使用上仍有其限制,首先超慢動作錄影僅能以 960fps 幀率記錄 0.2 秒,並將這 0.2 秒的瞬間以 30fps 播放,無法持續以 960fps 幀率紀錄,並且在超慢速錄影模式下僅能記錄 720p 解析度的影片。

實際的操作我們在結束不久的 MWC 通訊大會上曾經報導過,這邊也有影片幫助大家理解它的運作方式:

而在記者會結束後,我們也訪問了日本總部相機科技的資深主管生江達哉,以下筆者利用 Q&A 方式,幫助大家更深入了解 Xperia XZs、XZ P 的超慢速錄影功能。

5 個 Q&A 詳解 Sony 超慢速錄影模式

1. 在操作 XZs、XZ P 進入「超慢速錄影模式」時,會感覺到鏡頭很明顯的拉近了(視野較狹窄),而並非原本錄影的廣角畫面,這是因為什麼原因呢?

平常我們在拍照時,手機是記錄整塊感光元件的資料來輸出成圖檔,但當手機切換為「超慢速錄影模式」時,感光元件必須在一秒內連續記錄 960 張影像,如果用整塊感光元件來錄影的話,得到的資料量會太過龐大,為了要在處理速度與超慢速錄影效果之間取得平衡,在拍攝超慢速錄影時,通常只會用感光元件較中心的區域來錄製。因此當取景區域變小,鏡頭視野也會變得較窄,這就是「超慢速錄影模式」視野會較狹窄的原因。

其實這並非這兩款手機所獨具的特色,一些相機在錄影時,也會因為資料量的問題裁切畫面,例如 Canon 5D4 雖然可以錄製 4K 畫面,但視野是經過 1.5 倍裁切的,而 Sony 自家的相機 RX100 Mark IV、RX100 Mark V、RX10 Mark III 在「HFR 超慢速錄影模式」下,也會裁切畫面求得更高的畫面幀率。

▲ 生江達哉。

2. 在「超慢速錄影模式」下視野會較狹窄,那它的「等效焦距」又是多少呢?

XZs、XZ P 在拍攝靜態照片時的等效焦距是 26mm,使用超慢速錄影時等效焦距會變長,這方面 Sony 表示他們有資料但現場並沒有準備,因此關於超慢速錄影的等效焦距目前還沒有準確的數字,這我們會持續詢問官方並補充。

3. 在超慢速錄影模式下,可將 0.2 秒的影像延長為 6 秒,即放慢 30 倍,在這 0.2 秒之間,手機鏡頭有持續在對焦嗎?

超慢速錄影運作的 0.2 秒間,手機是沒有自動對焦的(固定對焦點),但在錄製的 0.2 秒前後,手機的自動對焦是正常運作的。

▲ 結合 G 鏡、三層式感光元件與 Bionz 圖像處理引擎,XZs 與 XZ Premium 還具備了動態預測(Motion Eye)功能。

4. XZs、XZ P 所具備的超慢速錄影模式有兩種記錄方式,一種是錄影的過程中點選慢動作按鈕,點選的 0.2 秒會錄製成超慢速影片。另一種是「One Shot」模式,僅在按下錄影鈕後錄制 0.2 秒的影像,並放慢 32 倍速變成 6 秒的影像。但這兩種記錄方式都不太能夠捕捉難以預測的物體(例如爆米花爆開、雀鳥起飛等),關於這點有其他的記錄模式可運用嗎?

其實在 Sony 具備 HFR 超高速錄影的相機中(RX100 Mark IV、RX100 Mark V、RX10 Mark III),都擁有「起始觸發」與「終了觸發」兩種記錄模式,前者是按下快門後記錄慢動作,後者是按下快門後回朔快門前的 2~4 秒慢動作影像。其中「終了觸發」較能夠捕捉無法預測的事物,這是 XZs、XZ P 所沒有的模式,官方表示這屬於產品未來的規劃之一,現在仍無法透露將來是否會納入這項功能。

▲ 之前用 Sony RX100 Mark IV 所錄製的 960fps HFR 超慢速錄影實測。

5. Sony XZs、XZ P 可以用 960fps 記錄、30fps 輸出,這樣是 960fps / 30fps=32 倍慢速,但官方的資料是指出 0.2 秒影像可以放慢變成 6 秒的影像,這樣則是 6sec / 0.2sec=30 倍慢速,那詳細的數據到底是 32 倍還是 30 倍慢速呢?

其實這點是筆者在算慢速倍率時偶然發現的,問到這點時 Sony 日本原廠也特地拿出紙筆解釋,其實在記錄「超慢速錄影模式」時,確切的錄影時間是「0.182 秒」,再放慢 32 倍變成「5.82 秒」:

  • 0.182 秒×32 倍慢速=5.82 秒

小數點後的數字看起來其實有點繁瑣,而為了讓大眾更容易理解,Sony 取 0.182→0.2 秒、5.82→6 秒這樣相近的數據來幫助記憶,實際的正確倍率則是 32 倍慢速沒錯。

以上就是我們這次針對 Xperia XZs、XZ Premium 超慢速錄影功能所做的深入研究與訪談,當然後續也會有更詳細的實測,有興趣的網友們不妨期待我們的後續報導。

(本文由 T客邦 授權轉載,首圖來源:Sony

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