bankuai

帶你查缺補(bǔ)漏，豐富和攝影相關(guān)的光學(xué)知識。

像素

像素越多越好？其實(shí)有個前提條件

數(shù)碼相機(jī)核心的成像元件是圖像感應(yīng)器。圖像感應(yīng)器相當(dāng)于膠片時代的膠卷，它的像素越高，圖像越精細(xì)。除了鏡頭素質(zhì)的區(qū)別和像素?cái)?shù)，決定圖像感應(yīng)器成像品質(zhì)的還有一個關(guān)鍵要素——像素間距。圖像感應(yīng)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(qiáng)。相同像素?cái)?shù)的情況下，像素的大小直接影響圖像感應(yīng)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(jī)型或后背。例如，飛思基于較大的圖像感應(yīng)器面積，1億像素下像素間距能達(dá)到4.6微米，像素的成像性能完全游刃有余。最近智能手機(jī)的廠商也開始導(dǎo)入1億像素的概念，但缺乏大型圖像感應(yīng)器支撐的智能手機(jī)1億像素是否對實(shí)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(yīng)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(yán)絲合縫地緊密貼在一起，像素之間會有相應(yīng)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(diǎn)之間的距離，也就是這里說的像素間距。

像素間距越多，像素?cái)?shù)越多才管用？

可能很多人對像素的大小沒有感性認(rèn)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(jì)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(jī)像素間距有怎樣的差別呢？答案很簡單，像素?cái)?shù)相同的情況下，圖像感應(yīng)器的畫幅（面積）越大，像素間距也就越容易做大。相應(yīng)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(jī)，如果像素?cái)?shù)是4000萬，像素間距可以達(dá)到6微米。比如，富士中畫幅機(jī)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(jī)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(jī)圖像感應(yīng)器要比數(shù)碼相機(jī)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(yīng)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(jī)雖然像素?cái)?shù)很高但成像素質(zhì)遠(yuǎn)不如數(shù)碼相機(jī)的原因。

圖像感應(yīng)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(jī)成像的核心部件圖像感應(yīng)器的一些小知識。大家都知道，圖像感應(yīng)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(yīng)器由一個個像素構(gòu)成，像素需要有較強(qiáng)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(jī)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(jìn)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(jìn)而增幅為電壓值輸出給相機(jī)，最后構(gòu)成了圖像文件。這是圖像感應(yīng)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(jī)使用的圖像感應(yīng)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(jī)剛剛興起的時候CCD是主流，CMOS則是后來20世紀(jì)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(jī)的主流元件。

這兩種圖像感應(yīng)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(jìn)行增幅，而CMOS則是每個像素的電荷單獨(dú)增幅。

以上說的都是數(shù)碼相機(jī)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(yīng)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(jī)顯色的原理。