笔记 | 怎样理解点对点、超采样与像素合并

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在介绍视频拍摄功能时，我们经常会看到点对点、欠采样、超采样、像素合并等名词。今天我们就来说说这些采样方式的区别。

点对点

佳能EOS R5具有约4500万有效像素（最大照片尺寸8192×5464，比例为3:2）。在拍摄DCI 8K（8192×4320）视频时，传感器像素与记录分辨率相同，这就是点对点采样。

同理，4K（3840×2160）点对点采样需要至少约829万像素、全高清（1920×1080）点对点采样需要至少约207万像素。由于绝大多数传感器是3:2、4:3，而不是16:9、17:9的，所以实际对应的传感器像素还要再多一些。

欠采样

如果我们在用佳能EOS R5拍摄DCI 8K视频时开启了数码防抖，画面边缘就会被裁切掉一些（视角稍稍变窄）。这意味着传感器有效像素减少了，需要通过插值放大实现DCI 8K分辨率。传感器有效像素少于记录分辨率，这叫做“欠采样”。

除了数码防抖外，裁切、数码变焦、高速视频拍摄也可能导致欠采样。比如采用1英寸堆栈式传感器的索尼黑卡相机/ZV-1，在HFR超慢动作视频模式下，传感器读取的有效像素数会随着帧率升高而降低。960fps/1000fps时，有效像素只有1244×420或912×308。

超采样

还是以佳能EOS R5为例。拍摄无裁切的DCI 4K（4096×2160）视频时，如果开启4K HQ选项，传感器依然输出DCI 8K数据，然后送到处理器内进行“缩图”处理。这种传感器有效像素大于记录分辨率，就叫做“超采样”。

* 在超采样中，传感器有效像素可以是记录分辨率的任意倍数。

超采样的优点是能利用所有像素，具有最好的细节和信噪比、更少的摩尔纹和伪色。但“缩图”处理也意味着更大的数据运算量，会带来额外的能耗与热量。而且EOS R5在拍摄8K时最高为30p，所以超采样的4K视频也无法超过30p。

跳采

另一种高像素传感器记录较低像素视频的方法是“跳采”，即跳过一些像素。还是以EOS R5为例，我们可以只读取传感器上的奇数行得到8192×2160，然后再对水平方向缩图获得DCI 4K视频。

因为跳过了一些行，完成一次读取的时间变短了。不仅可以达到更高帧率（50p/60p），也能实现更低的卷帘快门（果冻效应更小）。但因为实际使用的像素变少了，所以信噪比和分辨率都会有明显下降。

* 跳采和裁切都舍弃了一些像素。区别在于跳采使用了更大的传感器区域，通常不影响拍摄视角和虚化。

像素合并

除了超采样和跳采外，一些新型传感器还支持“像素合并”，即将相邻像素信息合并后再输出给处理器。这样既减轻了处理器的压力、提高读取速度，也能利用所有像素实现较高信噪比（传感器有效面积没变，但分辨率不如超采样），是比跳采更优秀的工作模式。

手机上的四拜耳、九拜耳传感器，在日常拍摄时就是进行“像素合并”操作，传感器有效像素是记录分辨率的整倍数。

超采样与全采样

前面提到的通过8.2K超采样得到DCI 4K视频用到了传感器17:9内的所有像素，这种极致的超采样也能称为“全采样”。超采样并不只有“全采样”这一种情况，很多时候它还会和隔行、像素合并同时出现。例如：

– 索尼α1在拍摄无裁切4K视频时，先从8.6K像素合并到4.3K，然后再超采到4K。

– 佳能EOS R5在拍摄无裁切全高清视频时，先跳采到4K，然后再超采到全高清。

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