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        攝影小詞典

        2020-12-24 10:49:08bankuai
        攝影之友 2020年6期
        關(guān)鍵詞:感應器數(shù)碼相機畫幅

        bankuai

        帶你查缺補漏,豐富和攝影相關(guān)的光學知識。

        像素

        像素越多越好?其實有個前提條件

        數(shù)碼相機核心的成像元件是圖像感應器。圖像感應器相當于膠片時代的膠卷,它的像素越高,圖像越精細。除了鏡頭素質(zhì)的區(qū)別和像素數(shù),決定圖像感應器成像品質(zhì)的還有一個關(guān)鍵要素——像素間距。圖像感應器由一個個像素構(gòu)成,每個像素的集光能力在很大程度上決定所捕捉圖像信號的品質(zhì)。決定像素集光能力的要素有很多,有像素的位置配置、表面微透鏡間隙、光電二極管深度等,但最簡單的還是看這個像素個頭夠不夠大。就好比窗戶越大,采光越好。像素也是,面積越大則集光能力越強。相同像素數(shù)的情況下,像素的大小直接影響圖像感應器的高感性能以及被攝體層次及質(zhì)感的表現(xiàn)。

        1億像素的價值

        最近1億像素的概念被炒得火熱。但1億像素到底在分辨率上價值如何,還要看像素間距這一參數(shù)。富士、哈蘇和飛思都推出了1億像素的中畫幅機型或后背。例如,飛思基于較大的圖像感應器面積,1億像素下像素間距能達到4.6微米,像素的成像性能完全游刃有余。最近智能手機的廠商也開始導入1億像素的概念,但缺乏大型圖像感應器支撐的智能手機1億像素是否對實際成像有所裨益還有待商榷。

        像素面積≠像素間距

        那么這里大家應該發(fā)現(xiàn)了一個問題,既然這里說的是面積,為何寫的是像素“間距”?這還要從像素的基本結(jié)構(gòu)說起。通常來說,像素是矩陣排列,但像素之間并不是嚴絲合縫地緊密貼在一起,像素之間會有相應傳輸信號的電路存在。而這些周邊電路到底占多大空間,一般是沒有數(shù)據(jù)可尋的。所以,像素面積有多大是沒有確切數(shù)據(jù)的,一般來說公開的數(shù)據(jù)都是相鄰像素中心點之間的距離,也就是這里說的像素間距。

        像素間距越多,像素數(shù)越多才管用?

        可能很多人對像素的大小沒有感性認識,現(xiàn)在先讓大家了解一下一個像素到底有多大。像素是以微米為單位計算的,1微米是千分之一毫米,人的頭發(fā)的直徑大概是50微米,大概1根頭發(fā)的斷面能放下10個像素。

        那么不同的相機像素間距有怎樣的差別呢?答案很簡單,像素數(shù)相同的情況下,圖像感應器的畫幅(面積)越大,像素間距也就越容易做大。相應的高感光度畫質(zhì)以及層次還原也越好。

        中畫幅數(shù)碼相機,如果像素數(shù)是4000萬,像素間距可以達到6微米。比如,富士中畫幅機型GFX 50S是5140萬像素,像素間距大概是5.3微米。而一般全畫幅機型如果做到5000萬像素,像素間距大概是4微米。而APS-C畫幅基本都是2000萬像素級別,這也是考慮到像素間距保持一定大小,以使單個像素保持足夠的集光性能。而智能手機圖像感應器要比數(shù)碼相機小很多,一般能做到1英寸大小就算很大了。但如果1英寸感應器像素也做到4000萬級別,單個像素的面積就非常小,一般低于2微米的像素間距集光性能可想而知。這也是智能手機雖然像素數(shù)很高但成像素質(zhì)遠不如數(shù)碼相機的原因。

        圖像感應器

        數(shù)碼圖像到底是怎么生成的?

        我們繼續(xù)來了解一下相機成像的核心部件圖像感應器的一些小知識。大家都知道,圖像感應器是捕捉鏡頭匯聚的光線并成像的元件。這里就先來看一下它的工作原理。

        上一頁中,大家已經(jīng)了解到,圖像感應器由一個個像素構(gòu)成,像素需要有較強的集光能力。但每個像素的工作不光是接收光線,更重要的是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號,只有轉(zhuǎn)換成電信號,數(shù)碼相機才能將信號記錄為圖像文件。這也就是通常所說的光電轉(zhuǎn)換。

        這里進行光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件就是光電二極管。像素聚集的光信號就是在光電二極管上轉(zhuǎn)化為電荷,進而增幅為電壓值輸出給相機,最后構(gòu)成了圖像文件。這是圖像感應器最基本的工作原理。

        不被看好的CMOS咸魚翻身打敗了CCD

        一直以來,數(shù)碼相機使用的圖像感應器主要有兩種:CCD和CMOS。CCD這種感光元件出現(xiàn)于1969年,數(shù)碼相機剛剛興起的時候CCD是主流,CMOS則是后來20世紀八九十年代才出現(xiàn)的。一開始的時候,CMOS雖然造價低,但是信噪比不佳,畫質(zhì)及高感光度方面的性能不及CCD,所以并沒有引起大家的重視。但隨著技術(shù)的發(fā)展,CMOS解決了畫質(zhì)和高感的問題,自身其他優(yōu)勢也越來越顯現(xiàn)出來,如今CMOS已經(jīng)成為了數(shù)碼相機的主流元件。

        這兩種圖像感應器的根本區(qū)別在于,CCD是將每個像素的電荷集中在一起進行增幅,而CMOS則是每個像素的電荷單獨增幅。

        以上說的都是數(shù)碼相機如何成像的事。無論CMOS還是CCD,又是如何捕捉到顏色的呢?從CCD到CMOS時代,圖像感應器捕捉顏色也歷經(jīng)各種嘗試和變遷。下一期我們會講到數(shù)碼相機顯色的原理。

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