开发者访谈：佳能EOS-1D X研发轶事 佳能开发1DX的幕后故事 都利用了什么技术 怎样开发成功的

实现了更高层次的高速连拍和高感光度、高画质的一款魔幻机器。

※本产品已于2016年12月停售。    

后续机种为EOS-1D X Mark II

被认为不可能实现的目标规格

——此次发售的数码单反相机“EOS-1D X”是专业级相机中的旗舰机型。研发项目是从什么时候开始的？

大岛

具体的时间不太好说，但是专业级旗舰机型一般都是在举办大型体育赛事时进行同期发售。此次的产品当然如此，“EOS-1D Mark IV”时也是如此。

——“EOS-1D Mark IV”是高速相机。除此以外，专业级相机中还有“EOS-1Ds Mark III”这款高画质相机。此次的“1D X”是否兼具了高速和高画质这两点？

樫山

的确如此。但是它不仅仅是将现有的两个机型的性能结合在一起。它的连拍速度和画质都得到了升级。

大岛

相比过去，它可以更高质量地捕捉运动员或野生动物的充满动感的定格瞬间，当然也可以将静止的风景或人像拍得更美。这款相机可以高水平地满足在专业级摄影现场的拍摄。

 ——研发时较先想到的规格是什么？

池田

必须能够用35mm全画幅1810万像素CMOS图像传感器，实现较高12张/秒的高速连拍。在现有的专业级产品中，搭载全画幅CMOS图像传感器的机型可以实现5张/秒的连拍，而搭载小型CMOS图像传感器的机型可以实现10张/秒的连拍，由此您也可以想象这次从研发一开始考虑的规格就有多高。

杉森

ISO感光度的设置规格也是从一开始就设定了非常高的目标。标准ISO感光度的上限为51200。而现有产品的较高感光度为12800，因此研发成员们发自内心地担心是否可以实现这一水平。

吉田

我也是有这种担心的其中一人（笑）。

大岛

哎呀，我也是。我甚至认为这种魔幻机器是不可能完成的。

改变新闻摄影的高速连拍、高感光度性能

吉田

12张/秒的连拍，显然意味着在1秒之内需拍摄12次，需要一边控制自动曝光和自动对焦，一边提取所拍摄的图像并保存。与此同时，还要消除高ISO感光度下的图像噪点。这具有非常高的技术难度。我们明白，这不是通过创新某一个关键元件就能解决的问题，而是需要对搭载的多方面技术进行重新研发。

大岛

确实如此。对数码相机进行如此规模的重新研发是很少见的。特别是电力系统的主要元件完全没有沿用现有机型的设计，这一点真的非常少见。

——标准ISO感光度为51200，并且可扩展到204800的超高感光度，预计会适用于什么样的拍摄场景？

原

可以用到很多场景中。比如肉眼几乎看不到的黑暗事故现场，或者禁止使用闪光灯的室内演出。由于缺乏光线，以现有相机无法拍到，或者即使拍到了，所拍摄的照片也无法达到可刊登到新闻媒体上的动作和颜色标准，这些变得可以拍到了。新闻摄影的范围将显著扩大。我认为EOS-1D X或许会发掘出更多新闻摄影的可能性。

高速连拍

将自动对焦感应器的对焦点增加到61点

——在实现更高速的单反相机连拍时，首要课题是不是反光镜的升降控制？

大岛

如果是35mm全画幅相机，与快门联动的主反光镜必定会又大又重。相应地，位于主反光镜后方并将光传送到AF（自动对焦）感应器的副反光镜也会很重。如果让这两块反光镜高速运动，肯定会产生抖动。我们将这种现象称为“发作”，需要让它安稳下来，停止这种发作。

——“发作”这个词很有意思。如何才能让它停下来呢？

反光镜减震装置

大岛

我们安装了一个稳定器（平衡器），以便在反光镜碰撞时能有效释放能量，另一方面我们加强了将它们很好扣住的锁定功能。在现有产品中，这种反光镜减震装置分布在两处，但这次则在四处置入了经过进一步改良的减震装置。这样的话，终于能够达到12张/秒的拍摄速度了。虽然与现有机型的10张/秒相比，每拍摄1张仅缩短了0.017秒，但是这0.017秒之差，在结构技术方面是非常大的进步。

吉田

我们团队的使命是确保在12张/秒的运转过程中，每张都能准确地完成自动对焦。此外，它不仅比过去更快，还有改善自动对焦性能的附加条件。这种性能就是将自动对焦感应器的对焦点由过去机型的45点增加到61点，在提高对焦精度的同时，结合从自动曝光系统收到的信息，自动追踪拍摄对象的动作进行对焦。仅是像这样提升自动对焦的性能就已经花了很多的时间，因此自动对焦高速化的课题难度就更是加倍了。

——这个难题是怎么攻克的？

吉田

首先，通过提升自动对焦感应器的灵敏度来缩短对焦所需的光积聚于感光元件的时间。此外，我们还使用了更快的自动对焦算法，提高了相应电路的计算速度。这种改良研发工作是以千分之一秒为单位不断提高各处元件的处理速度。

嗯。对于非专业人士来说，真是一项让人一头雾水的工作。

池田

极小的速度差异也会对规格产生重大影响。为了削减千分之一秒，众多研发人员共同奋斗了很多天。

仅仅为了实现自动曝光，就搭载了图像处理器“DIGIC 4”！

樫山

在实现这一系列的高速化中，各个领域都需要电。尤其是使用电机的结构需要电，传感器、微处理器以及电路也同样需要电。然而电池容量是有限的，我们的团队一直在努力省电，以便能多使用哪怕一分钟，多拍哪怕一张照片，所以站在这样的立场上，我们无法说出“请随便用电”这样的话。在耗电这点上，我们与各个领域的团队都发生了激烈的争执（笑）。

原来如此。高速化也牵扯到耗电问题。话说回来，刚刚提到了自动对焦系统与自动曝光系统联动的话题。“EOS-1D X”的自动曝光好像也有很大的进步。

吉田

是的。我们搭建了一个很庞大的系统。我们在相机上搭载了过去无法想象的10万像素的RGB测光感应器，以及用于其控制、测光以及自动曝光的图像处理器“DIGIC 4”。

——真是一个豪华的组合！

吉田

我也是这么认为的。因此可以将图像整体作为一个场景进行解析，甚至通过识别人脸和颜色来准确地确定曝光。这是佳能单反首次搭载的具有重大意义的功能。

采用约1810万像素的全画幅CMOS图像感应器

——CMOS图像感应器和图像处理器这两个核心技术是在高速连拍的同时实现高感光度、高画质的关键。首先，我想问的是此次搭载的CMOS图像感应器。它具有什么特征？

樫山

由于它是35mm全画幅，因此受光面积很大，除此以外，它还采用了微透镜设计，每一个像素都能够不浪费地聚光。另外，通过内部电路的改善，将噪点抑制为非常少的程度，色阶丰富。

池田

这款CMOS图像感应器还具有如下特征：拥有约1810万的高分辨率，同时支持高速读取。具体而言，实现了现有机型的2倍即16个通道的读取。这是高速连拍得以实现的基础。

——CMOS图像感应器读取的通道是指什么？

池田

它指的是单次读取信号的像素数的单位。实现高速化有两种途径，要么缩短从一个像素中读取信号所需的时间，要么就增加单次读取的像素数，即读取的通道。EOS-1D X通过增加通道大幅实现了高速化。

——原来如此。我的下一个问题与基于从CMOS图像感应器接收的信号制造图像的图像处理器“DIGIC”有关。听说在这次的“EOS-1D X”中搭载了两个“DIGIC 5＋”？

DIGIC 5＋

杉森

“DIGIC 5＋”的处理能力大约是“DIGIC 4”的17倍。我们希望通过使用两个“DIGIC 5＋”进行并行处理，即使在高ISO感光度下也能实现12张/秒的高画质拍摄。

——听说“DIGIC”每个版本的可自定义的范围都很广，越深入构建越能发挥能力。杉森先生，您的团队这次也在这方面倾注了很大力气？

杉森

是的。我们与研发“DIGIC 5＋”的团队进行了密切合作。可以骄傲地说，我们团队这次充分挖掘了“DIGIC 5＋”的性能。

池田

这种既要较大限度地发挥“DIGIC 5＋”的性能，同时还要控制摄像系统的固件的研发非常困难。我感觉比起现有机型来说，研发水平一口气提升了好几个等级。

绞尽全部脑汁找到的消除噪点方案

——在不断追求高画质时，如何消除噪点是绕不过去的问题。即使采用了低噪点的高性能COMS图像感应器，随着升高ISO感光度，噪点也会变得明显。而“EOS-1D X”的规格是即使在较高可达204800这一令人难以置信的高ISO感光度之下也可以进行拍摄，因此“DIGIC 5＋”的噪点处理会不会也很难？

杉森

是的。我们采用了一种新的算法来处理噪点。关于图像处理中的消除噪点，过度消除会造成分辨率下降，导致图像色彩不鲜明，而消除得不够又会造成图像变粗糙。也就是说，如何平衡地消除噪点是一个难点。

——影响画质的噪点好像在电路中也经常会出现。

樫山

没错。我们追求的是在多方面都实现高速化，因此控制机构的微处理器、“DIGIC”、电机、电路等的内部都是产生噪点的源头。作为解决方案，首先考虑的就是采用受预计到的噪点源影响少的布局。其次，要在反复测试的同时逐一确定产生噪点的源头，更换零件和布局。在此基础上，对于顺着电路线进来的噪点，可以通过插入滤波器来消除，而对于空气中的噪点，则可以采用屏蔽密封来消除。物理措施只有这些，所以不可能彻底消除噪点。剩下的只能通过“DIGIC 5＋”来消除了。

大岛

还有一个问题就是，热量也会使CMOS图像感应器自身产生噪点。如果进行高速连拍的话，元件的热量会使内部的温度不断上升。关于如何散热的问题，各研发部门的负责人集思广益，较终实现了目标。

在研发现场被传承的优良传统

——“EOS-1D X”真可谓是数码单反相机中的魔幻机器。您觉得是什么因素促进了其研发成功？

樫山

设立一个非常高的目标，为了达成这一目标，绝不允许妥协。这种研发传统是我们成功的首要原因。

杉森

全体研发成员确实都怀有必须克服高难度目标的使命感。

樫山

　　这种使命感或者热情，近乎是一种执着（笑）。降低目标很容易，但是佳能绝不会这样做。

——还有没有其他发挥了佳能自身优势的地方？

大岛

当然，不仅是以镜头为代表的光学技术，通过内部制造感应器、图像处理器等关键部件而积累起来的技术也都发挥了良好作用，但是更重要的研发优势是各个技术领域的合作能力。

池田

我也有同样的感觉。每当我们遇到问题时，团队领导就会立刻聚在一起讨论解决方案。聚在一起的领导者都是各自负责领域的专家，因此我感觉可以充分达到合作的效果。

吉田

诸位前辈的技术积累和传承下来的凝聚力支撑着今天的佳能。

——在此次研发中，刚好在完工时期发生的东日本大地震对研发的影响是不是很大？

大岛

的确有影响。当时，我们因为不知道试制零件什么时候可以交付过来而不知所措。因为试制品的测试是不能省略的步骤。

樫山

尤其是电子零件受到了影响。有很多零件委托给了在东北地区有工厂的零件制造商。不过即使如此，我们还是设法消化了日程上的延迟。这要归功于零件制造商的努力。

即使是这样厉害的魔幻机器也只是通往下一个产品的中间站

——是这样吗？虽然你们遇到了非常严重的事态。但是，即使如此，“EOS-1D X”的发售日期也已经确定。你们希望这一里程碑式的产品在市场上获得什么样的反馈？

吉田

我当然较希望“EOS-1D X”可以占领运动报道相机市场。

樫山

那样较好不过了，无论怎样，我们都希望能够得到目光挑剔的专业摄影师的高度评价。没有什么会比听到很多专业人士说他们以我们没有设想到的拍摄方式“拍到了这样的照片”，或者“只有这台相机才能拍到这样的照片”等等让我们更开心的了。

杉森

我想直截了当地说，希望在佳能制造出下一个“超级魔幻机器”之前，它能一直被认为是较好的专业级相机。

大岛

我也是这样想的。不过，竞争厂商也不会沉默，即使是这样优秀的产品，我们确实也应该把它当作是通往未来的一个中间站，不断升级。

池田

即使在市场上受到好评，我们也不能停止升级。专业人士追求的性能、功能以及便利性等，究竟该如何实现升级。这一命题始终不会改变。

因为，升级并不是为了技术，归根到底是为了用户。感谢各位在百忙之中接受我的采访。

·　结尾简评

同时升级高速连拍和高感光度、高画质的困难……。虽然“EOS-1D X”的研发团队在较初面对这个困难时畏缩了，但是他们决不妥协，勇敢挑战，较终达成了目标。虽然他们在各自技术领域中艰苦奋斗的内容都不尽相同，但他们所倾注的精力和热情无疑是一致的。从这次的采访中也能窥见团队成员的团结与协作。

·　采访与撰稿

须田 忠博（Suda Tadahiro）

1955年出生于福岛县。原在通信社、出版社从事编辑、编辑制作经营工作，后成为自由撰稿人。广泛活跃于经营类信息杂志以及转职信息杂志领域。近年来常为门户网站撰稿，技术和产品研发报告是其撰稿的主题之一。

·　此次“访谈”的研发人员