数码相机入门 数码相机细分类·四[细说画幅]
刘恩惠 于 2011.10.27 05:41:02 | 源自:www.soomal.com | 版权:原创 | 平均/总评分:09.87/385
●按图像感应器尺寸(面积)划分

在上一篇中我们已经讲到过:感光面积的大小也是决定图像品质的一大要素,由此也就引出了本篇所要重点阐述的“画幅”概念。在胶片时代,画幅是指单张感光片的尺寸;到了数码时代,则是指感光芯片(也被称为图像感应器、图像传感器、感光器等)有效感光面积的大小。无论胶片还是数码,感光面积在一定程度上是与画质成正比的,但数码相机的情况相对更复杂一些。

胶片时代的民用相机有“135”和“120”之分,其主要区别在于各自使用的胶片规格不同——135相机使用的胶片单张尺寸为36mm×24mm,而120相机使用的胶片单张宽度固定为60mm,长度则有45mm、60mm、70mm、90mm等不同尺寸(均只计有效感光面积)。上世纪90年代,在135相机的基础上,当时的五大影像厂商(柯达、富士、佳能、尼康、美能达)还曾联合推出过一种“Advanced Photo System”(先进照片系统,简称“APS”),其中一项重要改变就是缩小了胶片尺寸,以便制造出体积更为小巧的袖珍相机。APS胶片分为APS-H(30.3mm×16.6mm)、APS-C(24.9mm×16.6mm)以及APS-P(30.3mm×10.1mm)三类。可风光一时的APS却是一个短命的系统——推出后没几年,数码相机便迅速崛起并逐渐占领市场,使胶片相机风光不再,APS系统也随之夭折。

  • 相比传统的胶片相机,数码相机在设计上不再受到胶片规格的限制,因此具有很大的灵活性,厂家完全可以按照各自的想法自主决定每款产品使用的感光芯片尺寸,从而细分市场、控制成本。目前市售民用数码相机采用的图像感应器画幅主要分为如下几类:

    一、1/x英寸小型图像感应器:此类图像感应器通常用于消费类微型数码相机上(包括卡片机、长焦机等),长宽比为4:3,由于这类产品有效感光面积的对角线长度在“1英寸”以下,因此通常以“1/x英寸”的方式来表示其大小。需要说明的是,这个尺寸并非指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。目前,这类感光器主要有1/2.3、1/2和1/1.7英寸三种规格,1/1.7英寸感光器有效工作面积的对角线长度就是1/1.7×16≈9.4mm。当然,小于1英寸规格的感光器也有特殊尺寸,譬如富士的X10/X20,其使用的是一块2/3英寸(1/1.5英寸)的感光器(这一规格在早几年比较常见)。

  • 制造商=PHASE;型号=P 25;焦距=0毫米;日期=2011.06.28 19:57:54;光圈=F;感光度=ISO100;曝光补偿=EV;曝光时间=秒;镜头=手动
  • 二、全画幅(全幅、Nikon FX画幅):我们可以把“全画幅”中的“全”字理解为“完全”,因此“全画幅感应器”的含义就是——尺寸完全等同于传统35mm胶片的单张尺寸,达到36mm×24mm规格的感光元件(实际有效尺寸可能存在细微误差)。目前只有少数专业级、准专业级数码相机才会使用全画幅规格的图像感应器,生产全画幅数码相机的厂家则有佳能、尼康、索尼、徕卡等几家,其中尼康将全画幅称为“FX格式”或“FX画幅”。索尼公司在2012年9月发布的Cyber-Shot DSC-RX1,是全球第一款采用全画幅传感器的便携式不可换镜头微型数码相机。

  • 三、APS-C画幅(Nikon DX画幅):虽然APS是一个短命系统,不过APS这个名称却以另外一种方式得以延续下来——和早年APS-C规格胶片单张尺寸大体相近的一类图像感应器便被称为“APS-C画幅”感光器,其长宽比与全画幅相同,也是3:2。APS-C画幅的应用范围十分广泛,目前各大影像品牌的入门级、中档和部分高档数码单反相机以及索尼NEX系列、三星NX系列、富士X-Pro 1以及佳能EOS M无反相机上,使用的都是此类规格的感光器;此外还有富士X100、徕卡X1这类发烧级定焦镜头数码相机,也是APS-C画幅的。需要注意的是,不同厂家的APS-C画幅标准不同——佳能的APS-C画幅略小,为22.3mm×14.9mm;其他厂家略大,为23.xmm×15.xmm(不同型号APS-C芯片尺寸也不统一)。尼康将APS-C画幅称为“DX格式”或“DX画幅”。

  • 四、APS-H画幅:APS-H画幅并不常见,主要使用在佳能的EOS-1D系列数码单反相机上,尺寸为27.9mm×18.6mm(以佳能的EOS 1D Mark IV相机使用的感光器为例),其面积小于全画幅但大于APS-C画幅(三者的长宽比相同),因接近于APS-H胶片的尺寸故而得名。除了佳能之外,徕卡也曾在其M8数码连动测距相机上使用过一款柯达制造的APS-H画幅CCD。随着徕卡M9升级为全画幅CCD以及佳能推出EOS-1D X,打破了过去将“1系列”尖端机型按画幅大小分为“1D”(APS-H画幅)和“1Ds”(35mm全画幅)两个分支的传统,人们一度以为APS-H画幅将从此消失,但在2016年2月,适马公司发布了两款全新的无反相机,其中的sd Quattro H再度使用了APS-H画幅传感器。

  • 五、4/3画幅:4/3画幅是由奥林巴斯公司牵头创立的,其尺寸标准为18mm×13.5mm,长宽比为4:3;因为这一画幅的成像圈直径为33.87mm,折算后约合4/3英寸,故而得名。4/3画幅的面积略小于APS-C,这其实是奥林巴斯综合考量的结果,主要是为了能设计出既拥有较好画质,同时外形又相对轻便小巧的数码单反相机,用以和佳能、尼康等传统强手竞争,无奈成绩始终不理想。直到2008年,奥林巴斯联合松下发布了革命性的Micro 4/3系统,并先后推出了取消反光板的可换镜头数码相机(第一代“无反”),4/3画幅才由此获得了更为广泛的关注,并成为主流市场的新宠。而2014年9月松下发布的LUMIX LX100是第一款采用4/3画幅传感器的镜身一体机,需要说明的是LX100上的这块4/3画幅传感器有效成像尺寸只有15.5mm×11.6mm。

  • 六、1英寸画幅(Nikon CX画幅):尼康公司在2011年9月推出了自己的无反相机——“Nikon 1”系列(目前该机型已停产),其感光面积具体尺寸为13.2mm×8.8mm(采用传感器英寸标记法折算后大约为“1英寸”),小于4/3画幅。此后索尼也推出了采用1英寸传感器的便携式数码相机——RX100以及RX10系列,佳能则在2014年推出了采用1英寸画幅的产品——PowerShot G7 X。目前这一画幅被业界认为可以取得拍摄画质和相机体积的良好平衡,因此被越来越广泛地使用。市面上还有少数产品采用1.5英寸画幅的传感器[如佳能的PowerShot G1 X Mark II],但由于数量不多,我们就不专门介绍了。

  • 七、中画幅:大多数普通摄影爱好者鲜有接触中画幅的机会,因为其主要运用于专业领域,但入门爱好者千万不要被名称所误导,认为中画幅比全画幅小,事实上恰恰相反。数码时代的中画幅与胶片时代的中画幅在参考标准上有所不同,以目前市面上几款常见产品为例:富士GFX和哈苏的X1D采用的图像感应器尺寸约为44mm×33mm,徕卡S2单反搭载的则是一款45mm×30mm的感光器,尺寸都超过了全画幅的36mm×24mm;它们的感光面积和早年的胶片式中画幅相机以及数码后背相比要小一截,但并不妨碍这两款产品被划入中画幅数码相机的行列。

  • 为了让大家更直观地了解不同画幅之间的尺寸、面积差异,我们绘制了上面这幅比例图,供朋友们参考。那么这种差异对数码相机哪些方面的表现会产生影响?画幅大小能够决定哪些要素?我们对此做了简要的总结:

    一、画质差别:在文章的开头我们就强调了这一问题,数码相机感光芯片的尺寸大小是影响画质很重要的一个因素,原因在于——更大的感光面积可以获得较高的灵敏度、动态范围和信噪比,进而能对图像细节表现、色彩层次、画面纯净度、曝光宽容度等产生良性影响。中高档卡片机的画质往往要比拍照手机的画质好,这是因为前者使用的感光器尺寸更大;而数码单反相机比一般卡片机的画质好,很大程度上也是基于同一原因。需要说明的是,感光器大小虽然很关键,但影响画质的因素和器件还有像素数、图像处理器、镜头配置等多方面,消费者在选购时应结合自己的需求以及相机的实际拍摄表现加以综合考量。

    二、镜头焦距的差别:在《数码相机入门 成像原理关键词·上》[作者:刘恩惠 ] 中我们已经讲到过,感光器尺寸、镜头焦距以及成像视野三者间关系密切——理论上,不同尺寸的感光器在相同焦距下所能捕获到的视野范围是有差异的;换句话说,不同尺寸的感光器想要获得相同的视野范围,要由不同的焦距来实现。为了有一个便于比较的统一标准,业内便以全画幅相机的焦距参数作为基准,进而出现了“等效焦距”和“等效系数”(也被称为“折算系数”、“转换系数”)这两个概念。

    举一个简单的例子——4/3画幅的感光体宽度约为全画幅的1/2,因此其等效焦距系数就是2x;具体到实际应用中,在完全相同的拍摄位置、面对完全一致的拍摄场景时,4/3画幅搭配25mm镜头所能获得的视野范围,与全画幅相机搭载50mm镜头所能获得的视野范围大致相当;在这个例子中,对4/3画幅而言,25mm是镜头的物理焦距,50mm是等效焦距。由于数码相机感光器尺寸不一,各类画幅的等效系数也是不同的,APS-C画幅是1.5x或1.6x、APS-H是1.3x、CX是2.7x。另外需要注意的是,各类相机镜头上标注的焦距通常都是物理焦距,用户在购买时要留意相关的产品说明,厂方一般会在宣传资料中注明该镜头的等效焦距。

  • 三、景深差别:画幅较小的感光器无法获得较浅的景深。许多初入门者都会产生类似的疑问——为什么我的卡片机拍不出单反机那种强烈的“主体突出、背景虚化”效果?原因之一就是因为卡片机使用的感光器太小。如果您非常看重“背虚”,那么尽可能选购大画幅相机是没错的,但须记住一点——虚化程度的大小不仅仅与感光器面积有关,还牵涉到光圈系数、镜头焦距、拍摄距离等因素。

    四、机身体积差别:理论上,使用的感光器尺寸越小,产品就可以设计得越小巧、越轻薄。譬如,基于控制体积的考虑,拍照手机使用的图像感应器就往往非常之小。对于数码相机而言,感光器尺寸与机身体积大小在大部分例子中也是成正比的;譬如使用全画幅感应器的数码单反相机,通常比使用APS-C画幅感应器的同类产品块头更大;又譬如宾得为了尽可能缩小PENTAX Q的体积,为其搭载了一款1/2.3英寸的微型感光器。但影响相机体积的因素还有取景方式、监控屏规格、电池仓大小等等复杂因素,因此使用同等大小感光器的两款相机,外形尺寸上却可能差别巨大;譬如新兴的无反相机与传统入门级数码单反相机两者的比对就是最好的例证。此外,画幅的大小也会对镜头的大小产生影响,由于牵涉因素更为复杂,本篇暂不展开。

    画幅尺寸虽然关键,但入门爱好者同样需要了解,画幅大小并不一定和下面两个重要指标有存在必然的关联:

    一、不一定和像素高低有关:有很多朋友可能会认为画幅越大像素就一定越高,在早几年,情况的确如此,但放眼如今的数码相机市场,画幅和像素之间已不存在绝对的正比关系。譬如佳能最新推出的旗舰型号EOS-1D X采用了1800像素的全画幅感光器,而索尼之前推出的单电旗舰a77则使用了2430万像素的APS-C画幅感光器;前者画幅大像素数却反而少。出现这一现象,与部分相机厂商对像素值追求的“退烧”有一定关系。我们知道,像素虽然可以提高图像输出的分辨率、解析度,但过密的像素会让像素间距变小,从而导致图像信号品质劣化;当像素达到一定指标后,对大多数普通用户而言,数字图像输出质量的主要瓶颈便不再是像素不足的问题。因此,在一定的画幅下,如何取得像素与画质间的平衡,这是民用相机厂商目前最需要花功夫解决的问题;各大品牌的策略和优势不同,产品诉求和定位也各有侧重,出现迥异的设计思路也就不足为奇了。这种差别没有好坏之分,因为其各自对应的市场和用户是不同的。

    二、不一定和感光度高低有关:目前大部分消费类数码相机的ISO上限为3200-6400,而全画幅数码单反的ISO上限已经达到51200(可扩展至204800),这是不是说明感光器的画幅指标与其感光度指标一定成正比呢?让我们再来看看使用中画幅感应器的宾得645D感光度上限是多少?ISO1600。可见,画幅大未必感光度就一定高。其实一款数码相机的感光度指标不仅仅取决于感光器的画幅,也与其像素密度直接有关;宾得645D的画幅虽然大,但像素达到了4000万之多,要保证其高感光度下的画质表现无疑颇具难度;更重要的是,高感光度并非厂方设计这款产品的主要诉求点,因此其较窄的ISO设定范围也就完全可以被理解了。

    综合上述两点我们就可以得出结论:画幅面积较大的感光器在图像输出品质方面通常优势显著——如果追求高分辨率,大画幅感光器的面积优势无疑使其可容纳的像素点更多;如果追求高感光度画面纯净度,在像素相同的前提下,大画幅的像素间距会更宽(单个像素的面积更大),理论上画质会越好。而随着机内后期降噪技术的日渐成熟,高像素与高感画面纯净度之间在一定程度上也是可以取得相对平衡的;而有些相机还可以通过调整感光器的工作机制,用降低像素的方式来提升高感画质。

    ●按图像感应器支持的画幅长宽比例分

    数码相机的画幅长宽比例主要分3:2和4:3两大类,3:2标准源于35mm胶片的尺寸,而4:3标准则是遵循了早年电视机荧幕和电脑显示器的长宽比。大致上,1/x英寸小型图像感应器、4/3画幅的长宽比通常是4:3;全画幅、APS-C画幅、APS-H画幅、Nikon CX画幅长宽比均为3:2;中画幅相机则标准各异,譬如宾得645D是4:3,而徕卡S2则是3:2。

    除了3:2和4:3,我们还可以看到很多数码相机目前都支持16:9画幅。16:9的长宽比已被证明是最符合人眼视野范围的设计,在电影、高清数字电视、计算机显示器纷纷转向宽屏设计时,数码相机自然也顺应了潮流。但需要说明的是,支持16:9画幅不代表相机的图像感应器的物理长宽比也是16:9,大多数产品是靠遮蔽感光器上下两端部分有效感光面积来实现宽画幅的。不过也有少数例外,譬如松下早前的Lumix DMC-LX2使用的就是16:9长宽比的CCD感光器,而它的后续型号LX3和LX5又有所改变——它们使用的感光器长宽比为3:2,通过采用冗余设计来实现所谓的“原生16:9画幅”或“真16:9模式”。通过下面这幅图,我们就可以理解感光器冗余设计的意义——同一款相机在使用16:9画幅时,可以获得比4:3和3:2画幅更宽广的水平视野范围;而那些靠遮蔽部分有效感光面积实现宽画幅的产品,无论采用哪种比例的画幅,水平视野都是相同的。

  • 制造商=PANASONIC;型号=DMC-LX5;焦距=16毫米;日期=2011.09.28 15:54:56;光圈=F5.0;测光模式=模式;感光度=ISO80;曝光补偿=0.0EV;曝光时间=10/8000秒;曝光程序=风景模式
  • 除了16:9之外还有1:1画幅(在某些相机设置中被称之为6x6);这一比例其实源于中画幅相机的正方形感光片(120胶片机中的60mm×60mm片幅)。在胶片时代,使用正方形画幅的最大好处在于可以最大限度地利用镜头的成像圈,但在数码相机上,正方形画幅都是通过遮蔽感光器左右两端部分有效感光面积达成的。

    3:2、4:3、16:9、1:1这四种画幅比例在数码相机上各有用武之地,譬如拍摄广角风景时,使用16:9画幅可以凸显场面的宽阔感;拍摄人像并进行竖向构图时,4:3会比3:2显得更为协调;而在拍摄对称场景时,正方形画幅又有自己独特的优势……相关知识,我们将在以后的篇章中为大家详细介绍。

    随着技术的发展,目前有越来越多的数码相机开始支持“全景拍摄”功能,也就是通过快速的连续转动拍摄并由机内图像处理器进行裁剪和拼接,最终输出长卷式的超宽幅全景图像。对于记录大场景来说,这无疑是一个非常实用的功能。

  • 制造商=SONY;型号=NEX-5N;焦距=18毫米;日期=2011.09.30 11:13:18;光圈=F11.0;测光模式=模式;感光度=ISO100;曝光补偿=-0.3EV;曝光时间=1/250秒;曝光程序=程序模式
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