為什麼只有適馬鍾情3層感測器？

在CP 2019上，適馬宣布復活3層感測器Foveon X3，在2020年發布搭載該CIS的L卡口全畫幅相機。Foveon X3不是什麼新技術，早在2002年適馬發布了基於該感測器相機SD9，松下、佳能、索尼手中也有類似專利，那為何只有適馬鍾情於三層感測器呢？

Foveon X3技術源自於美國的Foveon公司，適馬SD9上的Foveon X3感測器也是來自Foveon公司。不過在2008年適馬趁著金融危機，眾多企業價值被低估之際，從美國國家半導體、Synaptics Inc.、New Enterprise Associates以及Franklin Templeton四家公司收購了Foveon公司的所有股，自從Foveon成為適馬全資子公司，Foveon X3感測器從此成為適馬產品。

適馬SD9

松下、佳能、索尼手中也有3層感測器專利

在SD9時代數碼相機是依靠拜爾陣列拍攝彩色照片的（現在也是），拜爾陣列以4×4個為陣列，每一個陣列由8個綠色、4個藍色和4個紅色像素組成，以RGGB形式排列，處理時2×2矩陣進行9次運算，最後生成一張彩色圖像。拜爾陣列優勢相當明顯，只要像素多於1萬即可生成彩色圖像，所有像素水平布置，生產簡單，對處理器要求較低。缺點也相當明顯，每一個像素只能捕捉一種顏色，也就是說丟失了1/2綠光，3/4紅光與藍光，必須插值處理，因此實際解析度低於理論值，摩爾紋、偽色相當明顯。

Foveon X3與拜爾陣列對比

Foveon X3不同，是一個立體的像素陣列。它分為三層，自上而下分別是藍色像素層、綠色像素以及紅色像素，這樣排列是因不同波長的光所能穿透半導體硅深度不同決定的。同時B:G:R像素數量比例為1:1:1，上層像素（光電二極體）最薄，這樣能透出更多光線到下層，越往下層像素越厚，以增強底層像素光電轉換效率。使用Foveon X3感測器的SD9一發布就展現出巨大優勢，解析度遠超同像素相機，沒有偽色、摩爾紋，但缺點同樣巨大，高感差，耗電量高，連拍慢，色彩還原不準。

Foveon X3三層像素排列不是效果圖那麼整齊的，而是上小下大

為了克服Foveon X3的不足，適馬在2014年發布DP Quattro系列相機上使用了改進型的Foveon X3 Quattro感測器。Foveon X3 Quattro感測器繼續採用了三層像素結構，改變了每一層像素比例，B:G:R比例為4:1:1。Foveon X3沒有拜爾陣列上的三原色濾鏡，每一層像素過濾顏色並不精準，容易產生不必要的「雜色」，也難以區分出微小差異，必須使用一套非常複雜的猜色演算法。Foveon X3 Quattro改變了三原色像素比例，綠色、紅色像素只有藍色像素四分之一，亮度信息主要由頂層藍色像素捕捉，綠色、紅色像素專註於捕捉色度信息。在付出小小的解析度代價後，Foveon X3 Quattro有效減少「雜色」，改善色彩還原，綠色、紅色像素變大，高感有所提升。

Foveon X3（左）與Foveon X3 Quattro（右）

新Foveon X3 Quattro看起來是那麼完美，那佳能、松下、索尼為何不用三層感測器呢？適馬沒有公布Foveon X3、Foveon X3 Quattro感測器技術指標，但再2017來自伊利諾伊大學厄巴納香檳分校、聖路易斯華盛頓大學和英國劍橋大學研人員發表的論文中（Bio-inspired color-polarization imager for real-time in situ imaging），提及了他們設計三層感測器性能——像素為1280×720，量子效率（QE）大於30%。30% QE是一個什麼樣的概念呢，D800上使用的索尼IMX094感測器量子效率達到了56%，索尼工業用背照感測器IMX342的量子效率為64.64%，可見三層感測器在層層阻擋下QE效率暴跌，即使改為BSI結構也無法縮小與拜爾陣列巨大的性能、高感差距。適馬敢於在L卡口相機回歸Foveon X3更可能是依仗全畫幅，運算性能更強的處理器，甚至是多幀降噪技術。

在層層光電二極體削減下，3層感測器量子效率始終不佳

Foveon X3是一種優勢劣勢都極為明顯3層感測器，它能創造出極致解析度，除此之外一無是處，基於該感測器的相機用途非常單一，適馬全幅L卡口全幅相機註定用途有限。松下、佳能、索尼相機是賣給大眾消費者的、專業攝影師，更講求各項性能均勻，與其耗費大量晶體管實現3層結構，不如去實現全局快門、雙增益等技術。

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