富士相機黑科技! X-Trans CFA

提到 Fujifilm 相機，很多人第一時間會想到底片模擬、直出色彩，以及獨特的復古操作體驗。不過，在這些容易被注意到的特色背後，還藏著一項真正影響成像方式的核心技術，那就是 X-Trans CFA。大多數數位相機採用標準的 2×2 Bayer 彩色濾光片陣列，而 Fujifilm 則選擇使用更大的 6×6 特殊排列，重新分配紅、綠、藍像素的位置。這種設計的目的，是降低摩爾紋與假色，同時減少對光學低通濾鏡的依賴，讓影像保留更多細節。因此，這篇文章將從標準 Bayer CFA 開始，進一步介紹 X-Trans 的排列原理、優缺點、各代感光元件差異，以及哪些 Fujifilm 相機實際採用了這項技術。

一. Bayer CFA 1.1 標準 2×2 Bayer CFA 是什麼？數位相機的感光元件本身只能記錄光線強弱，無法直接判斷顏色。為了取得彩色影像，感光元件表面會覆蓋一層彩色濾光片陣列，稱為 CFA（Color Filter Array，彩色濾光片陣列）。目前最常見的 CFA 是 Bayer CFA。它使用一個重複排列的 2×2 色彩單元，每個單元包含：1個紅色、2個綠色、1個藍色這個 2×2 單元會在整片感光元件上不斷重複，有些感光元件會採用不同起始順序，例如 RGGB、BGGR、GRBG 或 GBRG，但基本原理相同，都是每四個像素中包含一個紅色、兩個綠色及一個藍色。

1.2 每個像素其實只記錄一種顏色在 Bayer CFA 中，每一個感光像素只會接收到其中一種顏色。例如：紅色濾光片下方的像素只記錄紅色亮度綠色濾光片下方的像素只記錄綠色亮度藍色濾光片下方的像素只記錄藍色亮度

但最終輸出的彩色影像，每一個像素都需要完整的 RGB 數值。因此，相機必須根據周圍像素的顏色資訊，推算出缺少的另外兩個色彩通道。

這個過程稱為：Demosaicing，去馬賽克或色彩插值例如某個紅色像素本身只記錄 R，相機會參考附近的綠色與藍色像素，估算出該位置的 G 與 B，最後組成完整的 RGB 像素。 1.3 Bayer CFA 的優點

1.4 Bayer CFA 的限制 Bayer CFA 的規律性很高，2×2 圖案會固定重複。當拍攝細密且規則的紋理時，例如：布料、紗窗、建築物格柵、細條紋衣服、電子螢幕物體紋理可能會和 Bayer CFA 的固定排列產生干涉，導致以下問題：

1.5 摩爾紋是怎麼產生的？摩爾紋本質上是一種取樣混疊（Aliasing）現象。當被攝物本身具有規律且密集的紋理，例如布料、螢幕像素、建築格柵或細線條，而這些紋理的空間頻率又接近相機感光元件的像素排列頻率時，兩種週期性結構就可能互相干涉，產生原本不存在的低頻波紋。可以把物體紋理與感光元件取樣結構簡化成兩個頻率接近的週期訊號，當兩者互相重疊時，會產生一個頻率較低的差頻成分，這個差頻就是畫面中肉眼可見的大範圍波紋，也就是摩爾紋。當與越接近時，差頻越低，摩爾紋的間距就會越大、越明顯。

數位相機還受到奈奎斯特取樣極限影響。當被攝物的細節頻率接近或超過感光元件可正確取樣的上限時，感光元件無法還原真實紋理，便可能把高頻細節錯誤重建成較低頻的條紋、彩色波紋或假色。

因此，摩爾紋不是影像中原本存在的真實紋理，而是物體細節、像素排列與取樣能力互相作用後產生的錯誤圖樣。 1.6 光學低通濾鏡的作用過去許多使用 Bayer CFA 的相機，會在感光元件前方加入 OLPF（Optical Low-Pass Filter，光學低通濾鏡）。光學低通濾鏡（OLPF）設置於影像感測器前方，其主要功能是在影像取樣之前，適度衰減接近或超過感測器 Nyquist 頻率的高空間頻率成分，以降低取樣混疊（Aliasing）的發生。

對於採用 Bayer 彩色濾光陣列的感測器，細密且具週期性的紋理可能與規則排列的像素取樣結構產生干涉，進而形成摩爾紋、假色及鋸齒等影像偽影。OLPF 透過輕微擴散或分離入射光線，使光能分布至相鄰像素，降低高頻細節的對比度，從而抑制上述問題。然而，光學低通作用也會降低系統在高空間頻率下的調變傳遞函數（MTF），使影像細節與邊緣銳利度略為下降。因此，部分現代高解析度相機會採用較弱的低通濾鏡，甚至完全移除 OLPF，以提升影像解析力與細節表現，並藉由更高的像素取樣密度、去馬賽克演算法及數位影像處理技術，降低摩爾紋與假色的影響。 1.7段落總結簡單說Bayer CFA 使用規律重複的 2×2 RGB 濾光片排列，每個像素只記錄一種顏色，再透過去馬賽克演算法推算出完整的彩色影像。它的優勢是結構簡單、成熟且容易處理；缺點則是規律排列可能較容易產生摩爾紋與假色。這也正是 Fujifilm 後來設計 X-Trans CFA 時，主要想改善的問題之一。

二. X-Trans 2.1 X-Trans CFA X-Trans CFA是 Fujifilm 開發的彩色濾光片陣列，全名可寫成：X-Trans Color Filter Array它和標準 Bayer CFA 一樣，都是在感光元件表面排列紅色、綠色與藍色濾光片，讓原本只能記錄光線強弱的感光像素取得顏色資訊。

兩者最大的差異，在於濾光片的排列方式。標準 Bayer CFA 使用規律重複的 2×2 單元；X-Trans CFA 則使用更大的 6×6 排列。實際排列的重點不只是單元變大，而是紅、綠、藍像素分布得比 Bayer 更不規則。這種設計的目的，是降低濾光片排列與被攝物細密紋理產生規律性干涉的機會。

2.2 為什麼要使用較不規則的排列？當感光元件的像素排列，碰上布料、格柵、網狀物或密集線條等規律紋理時，可能產生取樣干涉。Bayer CFA 每 2×2 像素就會重複一次，因此排列週期非常明顯。X-Trans CFA 將重複單元擴大到 6×6，並讓紅、綠、藍濾光片分布得更加分散，減少感光元件排列與規律紋理重疊的機會。

X-Trans CFA 和 Bayer CFA 一樣，綠色像素數量最多。原因是人眼在明亮環境下的亮度感知，對黃綠色附近波段最敏感，而影像中的亮度資訊也主要由綠色像素提供。

在 X-Trans CFA 的 6×6 單元中：

除了綠色比例較高之外，X-Trans 的設計也讓每一列與每一行都包含紅色、綠色與藍色資訊。這有助於相機在水平與垂直方向判斷色彩及亮度變化。 2.3 X-Trans 仍然需要去馬賽克 X-Trans 並不是每一個像素都能直接記錄完整 RGB。因此，相機或 RAW 軟體仍然需要根據周圍像素，推算每個位置缺少的另外兩個色彩通道。這個過程同樣稱為：Demosaicing，去馬賽克或色彩插值不同的是，X-Trans 使用 6×6 特殊排列，因此不能直接套用一般 Bayer 的去馬賽克演算法。它需要專門針對 X-Trans 排列設計的影像處理方式。 2.4 X-Trans 的主要優點

2.5X-Trans 的限制

2.6 為什麼有些 X-Trans RAW 會出現水彩感？ X-Trans RAW 在處理草地、樹葉、毛髮或遠方密集紋理時，有時會出現俗稱「水彩感」或「蠕蟲狀細節」的現象。這通常不是感光元件直接拍出了水彩效果，而是影像處理過程中多個因素共同造成，例如： 1️⃣去馬賽克演算法 2️⃣降噪強度 3️⃣銳化方式 4️⃣細節增強 5️⃣JPEG 引擎設定 6️⃣RAW 軟體的 X-Trans 支援程度因此，同一張 X-Trans RAW 使用不同軟體開啟，細節表現可能會有明顯差異。水彩感、細節黏連與蠕蟲狀紋理並不是 X-Trans 獨有。Bayer RAW 在強降噪、過度銳化或不適當的去馬賽克處理下，也可能出現類似問題。只是 X-Trans 的特殊排列，會讓部分軟體在特定高密度紋理上更容易暴露演算法差異。 2.7 X-Trans 是否完全不會產生摩爾紋？ X-Trans CFA 的設計只能降低摩爾紋與假色發生的機率，不能完全消除。當拍攝物體的紋理頻率接近或超過感光元件可正確解析的範圍時，任何彩色濾光片陣列都有可能產生取樣錯誤。X-Trans CFA 透過較不規則的 6×6 排列，降低摩爾紋與假色風險，但無法保證完全不會發生。 2.8 使用X-Trans 的富士相機型號

2.9 GFX 中片幅系列是否使用 X-Trans？ Fujifilm GFX 中片幅系列並未使用 X-Trans CFA，而是採用 Bayer 彩色濾光片排列。GFX 感光元件尺寸為 43.8 × 32.9 mm，並提供約 51MP 或 102MP 的高解析度。由於大型高解析度感光元件本身具有較高的空間取樣能力，加上 Bayer RAW 擁有成熟且廣泛的軟體支援，因此 Fujifilm 在 GFX 系列中選擇 Bayer CFA，而不是 X-Trans CFA。

三.結論 3.1 其他CFA做法除了 Bayer 與 Fujifilm 的 X-Trans 之外，彩色感光元件還存在 Quad Bayer、RGBW、RYYB、CYGM及多光譜 CFA 等排列。不同設計會在進光量、色彩解析度、低光表現、摩爾紋與演算法複雜度之間做出不同取捨。

3.2 X-Trans 不等於富士色彩這也是一個很常見的誤解。富士相機的色彩風格，不完全由 X-Trans CFA 決定。底片模擬、色彩矩陣、白平衡、JPEG 引擎與影像處理器，對最終色彩同樣具有重要影響。使用 Bayer 感光元件的 Fujifilm 相機，也能提供富士底片模擬與色彩風格。 3.3 結尾 X-Trans CFA 是 Fujifilm 相機中相當具有代表性的成像技術。它不像標準 Bayer CFA 採用規律重複的 2×2 排列，而是使用更大的 6×6 彩色濾光片陣列，藉此降低規律紋理與感光元件排列互相干涉的機會，減少摩爾紋與假色，同時降低對光學低通濾鏡的依賴。它的優勢，在於能保留較多細節，並提供富士相機獨特的影像處理基礎；但代價則是去馬賽克運算更複雜，不同 RAW 軟體的解析結果也可能有明顯差異。草地、樹葉、毛髮等細密紋理，有時也可能出現水彩感或蠕蟲狀細節。因此，X-Trans 並不能簡單理解為「一定比 Bayer 更好」。它比較像是 Fujifilm 對數位成像所提出的一套不同解法：透過特殊的 CFA 排列，在解析度、摩爾紋、假色與影像處理之間，做出和主流 Bayer 系統不同的取捨。從第一代約 16MP 的 X-Trans CMOS，到第五代分成高解析度的 X-Trans CMOS 5 HR，以及高速讀出的 X-Trans CMOS 5 HS，這項技術也持續隨著感光元件結構、對焦性能與處理器能力進化。真正影響最終畫質的，從來不只有 CFA 排列，還包括鏡頭、感光元件、影像處理器、韌體、RAW 軟體與使用者的後製方式。了解 X-Trans 的原理，不是為了證明它一定優於其他系統，而是幫助我們更清楚地理解：富士相機為什麼會有這樣的成像特色，以及它適合什麼樣的拍攝需求。

我是烏龜我們下次見！