数码相机入门 成像原理关键词·下
刘恩惠 于 2010.03.02 12:48:55 | 源自:www.soomal.com | 版权:原创 | 平均/总评分:07.70/77
●关键词之七:图像感应器

在文章的前面两部分中,我们已经不止一次提到过“感光体”和“感光材料”,而感光材料的变化正是传统相机与数码相机最大的区别。我们知道,银盐胶片是数码相机崛起之前使用最为广泛的感光体,如今却已逐渐远离大众视线。那么数码相机是通过什么来获取图像信息的呢;或者说它的“感光体”和“感光材料”是什么?答案是“图像感应器”,也被称为“图像传感器”、“感光元件”、“感光芯片”等;毫无疑问它是数码相机的核心电子器件之一。在今天的数码相机上,图像感应器不但代替了胶片的功能,而且也可用来进行电子取景,进一步简化了照相机的结构组成。目前的图像感应器主要分为CCD(电荷藕合器件)与CMOS(互补性氧化金属半导体)两大阵营。

  • CCD和CMOS都是基于光电二极管遇光后会产生强弱不等电流这一原理,利用光-电可转换特性,将投射在其感光面上的光像信息收集并转换为与之成相应比例的图像电信号;随后,电信号经过放大和模/数转换后变为数字化的图像信息,通过显示屏被人眼识别。需要说明的是,在具体工作流程上CCD与CMOS是有所区别的,它们也有各自的优势和缺点,在本系列后面的文章里我们会有专文对此进行解析。简而言之,CCD制造成本高、工作热量大、成像宽容度与色彩相对较好;CMOS成本低、热量小、使用寿命相对更长。

    ●关键词之八:像素

    “像素”或许是大家接触最多的数码相机核心指标,它的概念与图像感应器密不可分。像素指标其实就是由感应器芯片上光电二极管的数量决定的——每个光电二极管等同于一个像素点;所谓“1000万像素”就意味着这块传感器上拥有约1000万个光电二极管。英语中用“Megapixels”来标示像素值,意为“百万像素”,1000万像素就是“10 Megapixels”(10个百万像素)。

    像素多少所能决定的是这款数码相机所输出的图像文件的最大分辨率。譬如,一款500万像素的数码相机输出的图像文件最大分辨率只能达到2560×1920(积为4915200≈500万),而一款1000万像素的数码相机则可输出最大3648×2736(积为9980928≈1000万)的数字图像。通过这种计算方式得出的像素值也被称为“有效像素”,而图像感应器上还有一些不参与成像的像素点;所以大家往往会在数码相机的产品说明书或参数表上看到“总像素”和“有效像素”这两个描述,前者指得是这款数码相机采用的图像感应器上所有的光电二极管总数,其实际图像输出分辨率则应参考其有效像素值。

    • 小贴士:高像素的优势在哪里?——像素多少与照片清晰度有很大的关系,因为更密集的像素排列能带来更丰富的图像信息量,从而在显示效果上更为精细。需要说明的是,当数码相机的有效像素提升到一定程度以后,在电脑上的显示效果已不存在清晰度方面的瓶颈(以常用的19英寸4:3标屏显示器为例,其额定标准分辨率是1280×1024,总像素仅仅131万),使用高像素对提升显示效果未必有效;但对于有打印输出要求的用户或场合,分辨率越高越容易满足大幅面印刷时对清晰度的要求,较低的图片分辨率可能会导致印刷出来的画面细节模糊、边缘出现锯齿(如下图所示),因此高像素仍有其用武之地。此外高像素也利于在后期处理时对图像文件进行局部裁减后,画面依然能保持较高的清晰度。
  • 如今新一代的数码相机像素通常都达到1000万以上、少数高端产品已经超过2000万;虽然像素指标在某种程度上可能会决定两款产品不同的市场定位,但并不存在“像素越高的产品档次也一定越高”这一铁律,应具体产品具体分析。事实上,过高的像素对于相机的图像品质反而会起到一定程度的负面作用,对于中小尺寸的图像感应器而言尤甚;因此某些品牌的部分产品在设计时会避免采用过高的像素,以利于获得更好的画质,在某些高档机型上也不例外。

    ●关键词之九:画幅

    对于图像感应器,除了像素之外的另一个重要指标是“画幅”,说白了就是这块感光芯片的实际大小,它长多少、宽多少或对角线尺寸是多少。事实上,对于如今的数码相机而言,像素已非衡量产品档次的主要标准,而画幅大小却在相当程度上可以决定一款相机的市场定位。

    便携式小型数码相机(有时候也被俗称为“卡片机”、“口袋相机”)通常采用画面长宽比为4:3的小尺寸感光元件(少数产品采用16:9长宽比)。因为小型感光芯片所对应的成像圈较小,由此镜头口径乃至机身体积都可以得到对应比例的缩小,对于以便携性为主要诉求的小型机而言优势显著。对于这类小型图像感应器,通常采用“X/X英寸”(譬如1/1.8英寸)的标记法来衡量其尺寸大小。

    • 小贴士:“X/X英寸”究竟代表什么?——这里的“X/X英寸”实际所指的是感应器对角线的长度。但需要注意的是,标称的这个“英寸”并非指该感光器对角线的实际物理长度,标称“1英寸”的感光器其实际有效感光面积的对角线长度约为16mm。因此一块1/1.8英寸的图像感应器,其有效感光面的实际对角线长度是1/1.8×16≈8.9mm;以此为基础经过进一步推算可得出,这块1/1.8英寸感光芯片的实际尺寸长宽约为7.1mm×5.3mm左右。不妨用尺比划一下,其实还不足我们一块指甲盖的大小!而在如今的便携式数码相机中,这个尺寸的图像感应器是十分常见的,部分机型甚至采用更小的1/2.3、1/2.5英寸的感光元件。

    相较之下,可换镜头数码相机(也包括少部分镜身一体机)所使用的图像感应器则要大得多,一方面是为了与相对较大的镜头成像圈匹配,另一方面也是为了获得更好的图像品质。这类产品不采用上述的英寸标记法,不同的画幅尺寸有各自的特定名称,譬如:全画幅(36mm×24mm,等同于传统35mm胶片的单张尺寸)、APS-C画幅(22.xmm~23.xmm×14.xmm~15.xmm)、4/3画幅(18mm×13.5mm)等,这些我们后面会详细谈到。通过下图,我们可以对各种不同画幅的感应器尺寸比例有一个相对直观的比较。

  • 简而言之,画幅越大越有可能获得优异的画质,虽然感应器尺寸并非唯一或绝对的画质衡量标准,却是最不可忽视的要素之一。在画面纯净度、宽容度以及细节表现力(尤其是暗部细节)等诸多方面,画幅较大的产品通常优势明显。究其根源,相对较大的感光面积是主因;小型图像感应器与之相比,光敏元件的排列密度要大得多,彼此间出现干扰的可能也就随之增大,画质表现自然会逊色不少。但小画幅也有属于自己的优势,减小的法兰焦距可以让机身与镜头体积变得相对小巧,在便携性上更为突出;而寻求画质与便携性的平衡也成为目前不少相机厂商的设计诉求。

    ●关键词之十:感光度

    感光度是指胶片或图像感应器对光的敏感度;在其他条件均保持不变的情况下,调高感光度能带来更大的曝光量(通俗地说就是让画面亮度更高),反之则能减少曝光量。在胶片时代,感光度取决于使用胶片的类型,如100度、200度胶卷就分别对应ISO 100和ISO 200的感光度,它们在化学成分上有所不同。进入了数码时代,感光度则可以在相机上进行调节,不同档次的数码相机所支持的感光度也不尽相同,本质上取决于图像感应器。

    感光元件通常用信号放大、叠加等方式来达到产生较高感光度的目的,因此对数码相机而言,其低感光度下的画质必然好于高感光度;而在较高的感光度下,图像画面会出现噪点、杂色等画质下降问题。需要注意的是,不同档次的产品对这种画面劣化的抑制能力是存在差距的——低档产品往往在ISO 800时就会产生噪点与杂色,而部分尖端产品在感光度高达ISO 3200时也未必能明显察觉到画质下降;这与图像感应器的尺寸以及像素密度都是有密切关系的。

    • 小贴士:什么时候需要用到高感光度——通常来说,当光照条件严重不足时,摄影师必须用较大光圈配合较慢的快门速度才能保证画面曝光充分;然而手持拍摄时,慢速快门可能导致因为手振而产生画面虚糊;因此,在光圈不可能继续放大且没有条件固定机身的情况下,唯一的办法就是调高感光度。在手持拍摄夜景以及某些光线充足但又必须使用高速快门的场合(譬如拍摄体育竞技或野生动物的运动瞬间),为了确保充分曝光就会用到较高的感光度。

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    你们这些玩意儿啊。。。满怀恶意攻击了别人,还不允许回嘴,别人不理你们你们就和汪一样继续乱吠,弄得鸡犬不宁;别人一回嘴就是玻璃心玻璃心,呵呵,真的是鸟大了什么林子都有,我自叹不如,服了
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    发表于2021.04.11 00:13:11
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    03

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    发表于2021.04.10 23:12:38
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    可能我说的一切话有点过激了,我先给你和别人道个歉。我只是真心觉得,动不动就说别人智商税这个事儿有点太没品了。我也没觉得我买的就是最完美的东西,我也没有要所有人都和我一起说它们好,如果你仔细对比了,说出了自己的看法,觉得哪里不好这很ok啊。。。但是动不动就给别人扣个智商税的帽子,还说不出个子丑寅卯来,这样的人我实在没法坐视不理
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    发表于2021.04.10 21:43:33
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    03
    一起吃一起吃
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    发表于2021.04.10 21:39:08
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    发表于2021.04.10 21:09:39
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    03
    某些人听都没听过,就一句“高价动圈都是智商税”,如果我反驳了这句话就是我的吃相,那么我觉得您和他们也一样没脑子没品,谢谢
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    发表于2021.04.10 20:52:47
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    煲煲更好听修改此贴于2021.04.10 16:31:08
    发表于2021.04.10 13:29:47
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    发表于2021.04.10 11:02:57
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    第一,不是也比了榭兰图么?但和入门比,没要贬低的意思。因为我实在没啥见识,就只能比入门动圈。这下你们满意了。但耳机这个东西在这个价位,真的也没有必要拿同价位的动圈、平板、多单元来对比。毕竟在高价位,消费者不是这么玩的。
    第二个,确实如此,物理无法改变。
    最后,其实发烧音频产品,乃至舞台专业音频产品,玩的就是消费能力。花钱值不值是个人的事情。
    acwell修改此贴于2021.04.10 10:42:18
    发表于2021.04.10 10:34:31
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    发表于2021.04.10 05:00:18
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    ”动态表现确实要明显更好于入门款动圈,人体工学方面谈不上非常出色“
    都跟入门动圈去比了,不明白啥意思?
    明显好于,一耳朵的差距,不明白啥意思?

    “真实使用时低频会受到佩戴的影响”
    模具设计缺陷。
    所有的入耳式耳机的低频都会受到佩戴的影响谢谢,你说这个塞子模具设计有缺陷,那么麻烦您举出个公模里毫无设局缺陷的产品出来谢谢,否则就是你抬杠

    ——详细阅读
    发表于2021.04.10 02:11:21
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    03
    ”动态表现确实要明显更好于入门款动圈,人体工学方面谈不上非常出色“
    都跟入门动圈去比了,不明白啥意思?

    “真实使用时低频会受到佩戴的影响”
    模具设计缺陷。

    “而低频下潜极深部分,应该还是逃不掉小尺寸单元偏向挤压的听感,有力度但舒展下潜的档次不够”
    这是万元塞子。
    ——详细阅读
    发表于2021.04.10 01:28:15
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    您这一双嘴可真实厉害,佩服佩服~~出测评之前就各种智商税智商税,一看风头不对就玻璃心玻璃心~~我送测评不是为了看好评,测评结果如何也不会影响我对器材的喜爱,别人的评论更不会,而且这个世界上也没有完美的器材,我送测的这几个东西我都有不满意的地方。只是我不像您,动不动就给别人扣帽子,一副全世界都不行就我眼光最牛B赶脚。。。真正的玻璃心说的就是您这种
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    发表于2021.04.10 00:33:24
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    03
    好!就是贵!
    发表于2021.04.09 19:53:46
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    123.113.252.***
    123.113.252.***
    发表于2021.04.09 18:13:30
    11
    123.113.***.***
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    101.086.109.***
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    发表于2021.04.09 17:58:35
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    049.070.204.***
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