開發(fā)者訪談：佳能EOS-1D X研發(fā)軼事 佳能開發(fā)1DX的幕后故事 都利用了什么技術(shù) 怎樣開發(fā)成功的

實(shí)現(xiàn)了更高層次的高速連拍和高感光度、高畫質(zhì)的一款魔幻機(jī)器。

※本產(chǎn)品已于2016年12月停售。    

后續(xù)機(jī)種為EOS-1D X Mark II

被認(rèn)為不可能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)規(guī)格

——此次發(fā)售的數(shù)碼單反相機(jī)“EOS-1D X”是專業(yè)級(jí)相機(jī)中的旗艦機(jī)型。研發(fā)項(xiàng)目是從什么時(shí)候開始的？

大島

具體的時(shí)間不太好說，但是專業(yè)級(jí)旗艦機(jī)型一般都是在舉辦大型體育賽事時(shí)進(jìn)行同期發(fā)售。此次的產(chǎn)品當(dāng)然如此，“EOS-1D Mark IV”時(shí)也是如此。

——“EOS-1D Mark IV”是高速相機(jī)。除此以外，專業(yè)級(jí)相機(jī)中還有“EOS-1Ds Mark III”這款高畫質(zhì)相機(jī)。此次的“1D X”是否兼具了高速和高畫質(zhì)這兩點(diǎn)？

樫山

的確如此。但是它不僅僅是將現(xiàn)有的兩個(gè)機(jī)型的性能結(jié)合在一起。它的連拍速度和畫質(zhì)都得到了升級(jí)。

大島

相比過去，它可以更高質(zhì)量地捕捉運(yùn)動(dòng)員或野生動(dòng)物的充滿動(dòng)感的定格瞬間，當(dāng)然也可以將靜止的風(fēng)景或人像拍得更美。這款相機(jī)可以高水平地滿足在專業(yè)級(jí)攝影現(xiàn)場的拍攝。

 ——研發(fā)時(shí)較先想到的規(guī)格是什么？

池田

必須能夠用35mm全畫幅1810萬像素CMOS圖像傳感器，實(shí)現(xiàn)較高12張/秒的高速連拍。在現(xiàn)有的專業(yè)級(jí)產(chǎn)品中，搭載全畫幅CMOS圖像傳感器的機(jī)型可以實(shí)現(xiàn)5張/秒的連拍，而搭載小型CMOS圖像傳感器的機(jī)型可以實(shí)現(xiàn)10張/秒的連拍，由此您也可以想象這次從研發(fā)一開始考慮的規(guī)格就有多高。

杉森

ISO感光度的設(shè)置規(guī)格也是從一開始就設(shè)定了非常高的目標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)ISO感光度的上限為51200。而現(xiàn)有產(chǎn)品的較高感光度為12800，因此研發(fā)成員們發(fā)自內(nèi)心地?fù)?dān)心是否可以實(shí)現(xiàn)這一水平。

吉田

我也是有這種擔(dān)心的其中一人（笑）。

大島

哎呀，我也是。我甚至認(rèn)為這種魔幻機(jī)器是不可能完成的。

改變新聞攝影的高速連拍、高感光度性能

吉田

12張/秒的連拍，顯然意味著在1秒之內(nèi)需拍攝12次，需要一邊控制自動(dòng)曝光和自動(dòng)對(duì)焦，一邊提取所拍攝的圖像并保存。與此同時(shí)，還要消除高ISO感光度下的圖像噪點(diǎn)。這具有非常高的技術(shù)難度。我們明白，這不是通過創(chuàng)新某一個(gè)關(guān)鍵元件就能解決的問題，而是需要對(duì)搭載的多方面技術(shù)進(jìn)行重新研發(fā)。

大島

確實(shí)如此。對(duì)數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行如此規(guī)模的重新研發(fā)是很少見的。特別是電力系統(tǒng)的主要元件完全沒有沿用現(xiàn)有機(jī)型的設(shè)計(jì)，這一點(diǎn)真的非常少見。

——標(biāo)準(zhǔn)ISO感光度為51200，并且可擴(kuò)展到204800的超高感光度，預(yù)計(jì)會(huì)適用于什么樣的拍攝場景？

原

可以用到很多場景中。比如肉眼幾乎看不到的黑暗事故現(xiàn)場，或者禁止使用閃光燈的室內(nèi)演出。由于缺乏光線，以現(xiàn)有相機(jī)無法拍到，或者即使拍到了，所拍攝的照片也無法達(dá)到可刊登到新聞媒體上的動(dòng)作和顏色標(biāo)準(zhǔn)，這些變得可以拍到了。新聞攝影的范圍將顯著擴(kuò)大。我認(rèn)為EOS-1D X或許會(huì)發(fā)掘出更多新聞攝影的可能性。

高速連拍

將自動(dòng)對(duì)焦感應(yīng)器的對(duì)焦點(diǎn)增加到61點(diǎn)

——在實(shí)現(xiàn)更高速的單反相機(jī)連拍時(shí)，首要課題是不是反光鏡的升降控制？

大島

如果是35mm全畫幅相機(jī)，與快門聯(lián)動(dòng)的主反光鏡必定會(huì)又大又重。相應(yīng)地，位于主反光鏡后方并將光傳送到AF（自動(dòng)對(duì)焦）感應(yīng)器的副反光鏡也會(huì)很重。如果讓這兩塊反光鏡高速運(yùn)動(dòng)，肯定會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)。我們將這種現(xiàn)象稱為“發(fā)作”，需要讓它安穩(wěn)下來，停止這種發(fā)作。

——“發(fā)作”這個(gè)詞很有意思。如何才能讓它停下來呢？

反光鏡減震裝置

大島

我們安裝了一個(gè)穩(wěn)定器（平衡器），以便在反光鏡碰撞時(shí)能有效釋放能量，另一方面我們加強(qiáng)了將它們很好扣住的鎖定功能。在現(xiàn)有產(chǎn)品中，這種反光鏡減震裝置分布在兩處，但這次則在四處置入了經(jīng)過進(jìn)一步改良的減震裝置。這樣的話，終于能夠達(dá)到12張/秒的拍攝速度了。雖然與現(xiàn)有機(jī)型的10張/秒相比，每拍攝1張僅縮短了0.017秒，但是這0.017秒之差，在結(jié)構(gòu)技術(shù)方面是非常大的進(jìn)步。

吉田

我們團(tuán)隊(duì)的使命是確保在12張/秒的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，每張都能準(zhǔn)確地完成自動(dòng)對(duì)焦。此外，它不僅比過去更快，還有改善自動(dòng)對(duì)焦性能的附加條件。這種性能就是將自動(dòng)對(duì)焦感應(yīng)器的對(duì)焦點(diǎn)由過去機(jī)型的45點(diǎn)增加到61點(diǎn)，在提高對(duì)焦精度的同時(shí)，結(jié)合從自動(dòng)曝光系統(tǒng)收到的信息，自動(dòng)追蹤拍攝對(duì)象的動(dòng)作進(jìn)行對(duì)焦。僅是像這樣提升自動(dòng)對(duì)焦的性能就已經(jīng)花了很多的時(shí)間，因此自動(dòng)對(duì)焦高速化的課題難度就更是加倍了。

——這個(gè)難題是怎么攻克的？

吉田

首先，通過提升自動(dòng)對(duì)焦感應(yīng)器的靈敏度來縮短對(duì)焦所需的光積聚于感光元件的時(shí)間。此外，我們還使用了更快的自動(dòng)對(duì)焦算法，提高了相應(yīng)電路的計(jì)算速度。這種改良研發(fā)工作是以千分之一秒為單位不斷提高各處元件的處理速度。

嗯。對(duì)于非專業(yè)人士來說，真是一項(xiàng)讓人一頭霧水的工作。

池田

極小的速度差異也會(huì)對(duì)規(guī)格產(chǎn)生重大影響。為了削減千分之一秒，眾多研發(fā)人員共同奮斗了很多天。

僅僅為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)曝光，就搭載了圖像處理器“DIGIC 4”！

樫山

在實(shí)現(xiàn)這一系列的高速化中，各個(gè)領(lǐng)域都需要電。尤其是使用電機(jī)的結(jié)構(gòu)需要電，傳感器、微處理器以及電路也同樣需要電。然而電池容量是有限的，我們的團(tuán)隊(duì)一直在努力省電，以便能多使用哪怕一分鐘，多拍哪怕一張照片，所以站在這樣的立場上，我們無法說出“請(qǐng)隨便用電”這樣的話。在耗電這點(diǎn)上，我們與各個(gè)領(lǐng)域的團(tuán)隊(duì)都發(fā)生了激烈的爭執(zhí)（笑）。

原來如此。高速化也牽扯到耗電問題。話說回來，剛剛提到了自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)與自動(dòng)曝光系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的話題?！癊OS-1D X”的自動(dòng)曝光好像也有很大的進(jìn)步。

吉田

是的。我們搭建了一個(gè)很龐大的系統(tǒng)。我們?cè)谙鄼C(jī)上搭載了過去無法想象的10萬像素的RGB測光感應(yīng)器，以及用于其控制、測光以及自動(dòng)曝光的圖像處理器“DIGIC 4”。

——真是一個(gè)豪華的組合！

吉田

我也是這么認(rèn)為的。因此可以將圖像整體作為一個(gè)場景進(jìn)行解析，甚至通過識(shí)別人臉和顏色來準(zhǔn)確地確定曝光。這是佳能單反首次搭載的具有重大意義的功能。

采用約1810萬像素的全畫幅CMOS圖像感應(yīng)器

——CMOS圖像感應(yīng)器和圖像處理器這兩個(gè)核心技術(shù)是在高速連拍的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高感光度、高畫質(zhì)的關(guān)鍵。首先，我想問的是此次搭載的CMOS圖像感應(yīng)器。它具有什么特征？

樫山

由于它是35mm全畫幅，因此受光面積很大，除此以外，它還采用了微透鏡設(shè)計(jì)，每一個(gè)像素都能夠不浪費(fèi)地聚光。另外，通過內(nèi)部電路的改善，將噪點(diǎn)抑制為非常少的程度，色階豐富。

池田

這款CMOS圖像感應(yīng)器還具有如下特征：擁有約1810萬的高分辨率，同時(shí)支持高速讀取。具體而言，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有機(jī)型的2倍即16個(gè)通道的讀取。這是高速連拍得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

——CMOS圖像感應(yīng)器讀取的通道是指什么？

池田

它指的是單次讀取信號(hào)的像素?cái)?shù)的單位。實(shí)現(xiàn)高速化有兩種途徑，要么縮短從一個(gè)像素中讀取信號(hào)所需的時(shí)間，要么就增加單次讀取的像素?cái)?shù)，即讀取的通道。EOS-1D X通過增加通道大幅實(shí)現(xiàn)了高速化。

——原來如此。我的下一個(gè)問題與基于從CMOS圖像感應(yīng)器接收的信號(hào)制造圖像的圖像處理器“DIGIC”有關(guān)。聽說在這次的“EOS-1D X”中搭載了兩個(gè)“DIGIC 5＋”？

DIGIC 5＋

杉森

“DIGIC 5＋”的處理能力大約是“DIGIC 4”的17倍。我們希望通過使用兩個(gè)“DIGIC 5＋”進(jìn)行并行處理，即使在高ISO感光度下也能實(shí)現(xiàn)12張/秒的高畫質(zhì)拍攝。

——聽說“DIGIC”每個(gè)版本的可自定義的范圍都很廣，越深入構(gòu)建越能發(fā)揮能力。杉森先生，您的團(tuán)隊(duì)這次也在這方面傾注了很大力氣？

杉森

是的。我們與研發(fā)“DIGIC 5＋”的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了密切合作?？梢则湴恋卣f，我們團(tuán)隊(duì)這次充分挖掘了“DIGIC 5＋”的性能。

池田

這種既要較大限度地發(fā)揮“DIGIC 5＋”的性能，同時(shí)還要控制攝像系統(tǒng)的固件的研發(fā)非常困難。我感覺比起現(xiàn)有機(jī)型來說，研發(fā)水平一口氣提升了好幾個(gè)等級(jí)。

絞盡全部腦汁找到的消除噪點(diǎn)方案

——在不斷追求高畫質(zhì)時(shí)，如何消除噪點(diǎn)是繞不過去的問題。即使采用了低噪點(diǎn)的高性能COMS圖像感應(yīng)器，隨著升高ISO感光度，噪點(diǎn)也會(huì)變得明顯。而“EOS-1D X”的規(guī)格是即使在較高可達(dá)204800這一令人難以置信的高ISO感光度之下也可以進(jìn)行拍攝，因此“DIGIC 5＋”的噪點(diǎn)處理會(huì)不會(huì)也很難？

杉森

是的。我們采用了一種新的算法來處理噪點(diǎn)。關(guān)于圖像處理中的消除噪點(diǎn)，過度消除會(huì)造成分辨率下降，導(dǎo)致圖像色彩不鮮明，而消除得不夠又會(huì)造成圖像變粗糙。也就是說，如何平衡地消除噪點(diǎn)是一個(gè)難點(diǎn)。

——影響畫質(zhì)的噪點(diǎn)好像在電路中也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)。

樫山

沒錯(cuò)。我們追求的是在多方面都實(shí)現(xiàn)高速化，因此控制機(jī)構(gòu)的微處理器、“DIGIC”、電機(jī)、電路等的內(nèi)部都是產(chǎn)生噪點(diǎn)的源頭。作為解決方案，首先考慮的就是采用受預(yù)計(jì)到的噪點(diǎn)源影響少的布局。其次，要在反復(fù)測試的同時(shí)逐一確定產(chǎn)生噪點(diǎn)的源頭，更換零件和布局。在此基礎(chǔ)上，對(duì)于順著電路線進(jìn)來的噪點(diǎn)，可以通過插入濾波器來消除，而對(duì)于空氣中的噪點(diǎn)，則可以采用屏蔽密封來消除。物理措施只有這些，所以不可能徹底消除噪點(diǎn)。剩下的只能通過“DIGIC 5＋”來消除了。

大島

還有一個(gè)問題就是，熱量也會(huì)使CMOS圖像感應(yīng)器自身產(chǎn)生噪點(diǎn)。如果進(jìn)行高速連拍的話，元件的熱量會(huì)使內(nèi)部的溫度不斷上升。關(guān)于如何散熱的問題，各研發(fā)部門的負(fù)責(zé)人集思廣益，較終實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)。

在研發(fā)現(xiàn)場被傳承的優(yōu)良傳統(tǒng)

——“EOS-1D X”真可謂是數(shù)碼單反相機(jī)中的魔幻機(jī)器。您覺得是什么因素促進(jìn)了其研發(fā)成功？

樫山

設(shè)立一個(gè)非常高的目標(biāo)，為了達(dá)成這一目標(biāo)，絕不允許妥協(xié)。這種研發(fā)傳統(tǒng)是我們成功的首要原因。

杉森

全體研發(fā)成員確實(shí)都懷有必須克服高難度目標(biāo)的使命感。

樫山

　　這種使命感或者熱情，近乎是一種執(zhí)著（笑）。降低目標(biāo)很容易，但是佳能絕不會(huì)這樣做。

——還有沒有其他發(fā)揮了佳能自身優(yōu)勢的地方？

大島

當(dāng)然，不僅是以鏡頭為代表的光學(xué)技術(shù)，通過內(nèi)部制造感應(yīng)器、圖像處理器等關(guān)鍵部件而積累起來的技術(shù)也都發(fā)揮了良好作用，但是更重要的研發(fā)優(yōu)勢是各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的合作能力。

池田

我也有同樣的感覺。每當(dāng)我們遇到問題時(shí)，團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)就會(huì)立刻聚在一起討論解決方案。聚在一起的領(lǐng)導(dǎo)者都是各自負(fù)責(zé)領(lǐng)域的專家，因此我感覺可以充分達(dá)到合作的效果。

吉田

諸位前輩的技術(shù)積累和傳承下來的凝聚力支撐著今天的佳能。

——在此次研發(fā)中，剛好在完工時(shí)期發(fā)生的東日本大地震對(duì)研發(fā)的影響是不是很大？

大島

的確有影響。當(dāng)時(shí)，我們因?yàn)椴恢涝囍屏慵裁磿r(shí)候可以交付過來而不知所措。因?yàn)樵囍破返臏y試是不能省略的步驟。

樫山

尤其是電子零件受到了影響。有很多零件委托給了在東北地區(qū)有工廠的零件制造商。不過即使如此，我們還是設(shè)法消化了日程上的延遲。這要?dú)w功于零件制造商的努力。

即使是這樣厲害的魔幻機(jī)器也只是通往下一個(gè)產(chǎn)品的中間站

——是這樣嗎？雖然你們遇到了非常嚴(yán)重的事態(tài)。但是，即使如此，“EOS-1D X”的發(fā)售日期也已經(jīng)確定。你們希望這一里程碑式的產(chǎn)品在市場上獲得什么樣的反饋？

吉田

我當(dāng)然較希望“EOS-1D X”可以占領(lǐng)運(yùn)動(dòng)報(bào)道相機(jī)市場。

樫山

那樣較好不過了，無論怎樣，我們都希望能夠得到目光挑剔的專業(yè)攝影師的高度評(píng)價(jià)。沒有什么會(huì)比聽到很多專業(yè)人士說他們以我們沒有設(shè)想到的拍攝方式“拍到了這樣的照片”，或者“只有這臺(tái)相機(jī)才能拍到這樣的照片”等等讓我們更開心的了。

杉森

我想直截了當(dāng)?shù)卣f，希望在佳能制造出下一個(gè)“超級(jí)魔幻機(jī)器”之前，它能一直被認(rèn)為是較好的專業(yè)級(jí)相機(jī)。

大島

我也是這樣想的。不過，競爭廠商也不會(huì)沉默，即使是這樣優(yōu)秀的產(chǎn)品，我們確實(shí)也應(yīng)該把它當(dāng)作是通往未來的一個(gè)中間站，不斷升級(jí)。

池田

即使在市場上受到好評(píng)，我們也不能停止升級(jí)。專業(yè)人士追求的性能、功能以及便利性等，究竟該如何實(shí)現(xiàn)升級(jí)。這一命題始終不會(huì)改變。

因?yàn)?，升?jí)并不是為了技術(shù)，歸根到底是為了用戶。感謝各位在百忙之中接受我的采訪。

·　結(jié)尾簡評(píng)

同時(shí)升級(jí)高速連拍和高感光度、高畫質(zhì)的困難……。雖然“EOS-1D X”的研發(fā)團(tuán)隊(duì)在較初面對(duì)這個(gè)困難時(shí)畏縮了，但是他們決不妥協(xié)，勇敢挑戰(zhàn)，較終達(dá)成了目標(biāo)。雖然他們?cè)诟髯约夹g(shù)領(lǐng)域中艱苦奮斗的內(nèi)容都不盡相同，但他們所傾注的精力和熱情無疑是一致的。從這次的采訪中也能窺見團(tuán)隊(duì)成員的團(tuán)結(jié)與協(xié)作。

·　采訪與撰稿

須田 忠博（Suda Tadahiro）

1955年出生于福島縣。原在通信社、出版社從事編輯、編輯制作經(jīng)營工作，后成為自由撰稿人。廣泛活躍于經(jīng)營類信息雜志以及轉(zhuǎn)職信息雜志領(lǐng)域。近年來常為門戶網(wǎng)站撰稿，技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)報(bào)告是其撰稿的主題之一。

·　此次“訪談”的研發(fā)人員