數位相機入門 數位相機細分類·四[細說畫幅]
劉恩惠 于 2011.10.27 05:41:02 | 源自:www.soomal.com | 版權:原創 | 平均/總評分:09.87/375
●按圖像感應器尺寸(面積)劃分

在上一篇中我們已經講到過:感光面積的大小也是決定圖像品質的一大要素,由此也就引出了本篇所要重點闡述的“畫幅”概念。在膠片時代,畫幅是指單張感光片的尺寸;到了數位時代,則是指感光晶片(也被稱為圖像感應器、圖像傳感器、感光器等)有效感光面積的大小。無論膠片還是數位,感光面積在一定程度上是與畫質成正比的,但數位相機的情況相對更復雜一些。

膠片時代的民用相機有“135”和“120”之分,其主要區別在于各自使用的膠片規格不同——135相機使用的膠片單張尺寸為36mm×24mm,而120相機使用的膠片單張寬度固定為60mm,長度則有45mm、60mm、70mm、90mm等不同尺寸(均只計有效感光面積)。上世紀90年代,在135相機的基礎上,當時的五大影像廠商(柯達、富士、佳能、尼康、美能達)還曾聯合推出過一種“Advanced Photo System”(先進照片系統,簡稱“APS”),其中一項重要改變就是縮小了膠片尺寸,以便制造出體積更為小巧的袖珍相機。APS膠片分為APS-H(30.3mm×16.6mm)、APS-C(24.9mm×16.6mm)以及APS-P(30.3mm×10.1mm)三類。可風光一時的APS卻是一個短命的系統——推出后沒幾年,數位相機便迅速崛起并逐漸占領市場,使膠片相機風光不再,APS系統也隨之夭折。

  • 相比傳統的膠片相機,數位相機在設計上不再受到膠片規格的限制,因此具有很大的靈活性,廠家完全可以按照各自的想法自主決定每款產品使用的感光晶片尺寸,從而細分市場、控制成本。目前市售民用數位相機采用的圖像感應器畫幅主要分為如下幾類:

    一、1/x英寸小型圖像感應器:此類圖像感應器通常用于消費類微型數位相機上(包括卡片機、長焦機等),長寬比為4:3,由于這類產品有效感光面積的對角線長度在“1英寸”以下,因此通常以“1/x英寸”的方式來表示其大小。需要說明的是,這個尺寸并非指感光器對角線的實際物理長度,標稱“1英寸”的感光器其實際有效感光面積的對角線長度約為16mm。目前,這類感光器主要有1/2.3、1/2和1/1.7英寸三種規格,1/1.7英寸感光器有效工作面積的對角線長度就是1/1.7×16?9.4mm。當然,小于1英寸規格的感光器也有特殊尺寸,譬如富士的X10/X20,其使用的是一塊2/3英寸(1/1.5英寸)的感光器(這一規格在早幾年比較常見)。

  • 制造商=PHASE;型號=P 25;焦距=0毫米;日期=2011.06.28 19:57:54;光圈=F;感光度=ISO100;曝光補償=EV;曝光時間=秒;鏡頭=手動
  • 二、全畫幅(全幅、Nikon FX畫幅):我們可以把“全畫幅”中的“全”字理解為“完全”,因此“全畫幅感應器”的含義就是——尺寸完全等同于傳統35mm膠片的單張尺寸,達到36mm×24mm規格的感光元件(實際有效尺寸可能存在細微誤差)。目前只有少數專業級、準專業級數位相機才會使用全畫幅規格的圖像感應器,生產全畫幅數位相機的廠家則有佳能、尼康、索尼、徠卡等幾家,其中尼康將全畫幅稱為“FX格式”或“FX畫幅”。索尼公司在2012年9月發布的Cyber-Shot DSC-RX1,是全球第一款采用全畫幅傳感器的便攜式不可換鏡頭微型數位相機。

  • 三、APS-C畫幅(Nikon DX畫幅):雖然APS是一個短命系統,不過APS這個名稱卻以另外一種方式得以延續下來——和早年APS-C規格膠片單張尺寸大體相近的一類圖像感應器便被稱為“APS-C畫幅”感光器,其長寬比與全畫幅相同,也是3:2。APS-C畫幅的應用范圍十分廣泛,目前各大影像品牌的入門級、中檔和部分高檔數位單眼相機以及索尼NEX系列、三星NX系列、富士X-Pro 1以及佳能EOS M無反相機上,使用的都是此類規格的感光器;此外還有富士X100、徠卡X1這類發燒級定焦鏡頭數位相機,也是APS-C畫幅的。需要注意的是,不同廠家的APS-C畫幅標準不同——佳能的APS-C畫幅略小,為22.3mm×14.9mm;其他廠家略大,為23.xmm×15.xmm(不同型號APS-C晶片尺寸也不統一)。尼康將APS-C畫幅稱為“DX格式”或“DX畫幅”。

  • 四、APS-H畫幅:APS-H畫幅并不常見,主要使用在佳能的EOS-1D系列數位單眼相機上,尺寸為27.9mm×18.6mm(以佳能的EOS 1D Mark IV相機使用的感光器為例),其面積小于全畫幅但大于APS-C畫幅(三者的長寬比相同),因接近于APS-H膠片的尺寸故而得名。除了佳能之外,徠卡也曾在其M8數位連動測距相機上使用過一款柯達制造的APS-H畫幅CCD。隨著徠卡M9升級為全畫幅CCD以及佳能推出EOS-1D X,打破了過去將“1系列”尖端機型按畫幅大小分為“1D”(APS-H畫幅)和“1Ds”(35mm全畫幅)兩個分支的傳統,人們一度以為APS-H畫幅將從此消失,但在2016年2月,適馬公司發布了兩款全新的無反相機,其中的sd Quattro H再度使用了APS-H畫幅傳感器。

  • 五、4/3畫幅:4/3畫幅是由奧林巴斯公司牽頭創立的,其尺寸標準為18mm×13.5mm,長寬比為4:3;因為這一畫幅的成像圈直徑為33.87mm,折算后約合4/3英寸,故而得名。4/3畫幅的面積略小于APS-C,這其實是奧林巴斯綜合考量的結果,主要是為了能設計出既擁有較好畫質,同時外形又相對輕便小巧的數位單眼相機,用以和佳能、尼康等傳統強手競爭,無奈成績始終不理想。直到2008年,奧林巴斯聯合松下發布了革命性的Micro 4/3系統,并先后推出了取消反光板的可換鏡頭數位相機(第一代“無反”),4/3畫幅才由此獲得了更為廣泛的關注,并成為主流市場的新寵。而2014年9月松下發布的LUMIX LX100是第一款采用4/3畫幅傳感器的鏡身一體機,需要說明的是LX100上的這塊4/3畫幅傳感器有效成像尺寸只有15.5mm×11.6mm。

  • 六、1英寸畫幅(Nikon CX畫幅):尼康公司在2011年9月推出了自己的無反相機——“Nikon 1”系列(目前該機型已停產),其感光面積具體尺寸為13.2mm×8.8mm(采用傳感器英寸標記法折算后大約為“1英寸”),小于4/3畫幅。此后索尼也推出了采用1英寸傳感器的便攜式數位相機——RX100以及RX10系列,佳能則在2014年推出了采用1英寸畫幅的產品——PowerShot G7 X。目前這一畫幅被業界認為可以取得拍攝畫質和相機體積的良好平衡,因此被越來越廣泛地使用。市面上還有少數產品采用1.5英寸畫幅的傳感器[如佳能的PowerShot G1 X Mark II],但由于數量不多,我們就不專門介紹了。

  • 七、中畫幅:大多數普通攝影愛好者鮮有接觸中畫幅的機會,因為其主要運用于專業領域,但入門愛好者千萬不要被名稱所誤導,認為中畫幅比全畫幅小,事實上恰恰相反。數位時代的中畫幅與膠片時代的中畫幅在參考標準上有所不同,以目前市面上幾款常見產品為例:富士GFX和哈蘇的X1D采用的圖像感應器尺寸約為44mm×33mm,徠卡S2單眼搭載的則是一款45mm×30mm的感光器,尺寸都超過了全畫幅的36mm×24mm;它們的感光面積和早年的膠片式中畫幅相機以及數位后背相比要小一截,但并不妨礙這兩款產品被劃入中畫幅數位相機的行列。

  • 為了讓大家更直觀地了解不同畫幅之間的尺寸、面積差異,我們繪制了上面這幅比例圖,供朋友們參考。那么這種差異對數位相機哪些方面的表現會產生影響?畫幅大小能夠決定哪些要素?我們對此做了簡要的總結:

    一、畫質差別:在文章的開頭我們就強調了這一問題,數位相機感光晶片的尺寸大小是影響畫質很重要的一個因素,原因在于——更大的感光面積可以獲得較高的靈敏度、動態范圍和信噪比,進而能對圖像細節表現、色彩層次、畫面純凈度、曝光寬容度等產生良性影響。中高檔卡片機的畫質往往要比拍照手機的畫質好,這是因為前者使用的感光器尺寸更大;而數位單眼相機比一般卡片機的畫質好,很大程度上也是基于同一原因。需要說明的是,感光器大小雖然很關鍵,但影響畫質的因素和器件還有畫素數、圖像處理器、鏡頭配置等多方面,消費者在選購時應結合自己的需求以及相機的實際拍攝表現加以綜合考量。

    二、鏡頭焦距的差別:在《數位相機入門 成像原理關鍵詞·上》[作者:劉恩惠 ] 中我們已經講到過,感光器尺寸、鏡頭焦距以及成像視野三者間關系密切——理論上,不同尺寸的感光器在相同焦距下所能捕獲到的視野范圍是有差異的;換句話說,不同尺寸的感光器想要獲得相同的視野范圍,要由不同的焦距來實現。為了有一個便于比較的統一標準,業內便以全畫幅相機的焦距參數作為基準,進而出現了“等效焦距”和“等效系數”(也被稱為“折算系數”、“轉換系數”)這兩個概念。

    舉一個簡單的例子——4/3畫幅的感光體寬度約為全畫幅的1/2,因此其等效焦距系數就是2x;具體到實際應用中,在完全相同的拍攝位置、面對完全一致的拍攝場景時,4/3畫幅搭配25mm鏡頭所能獲得的視野范圍,與全畫幅相機搭載50mm鏡頭所能獲得的視野范圍大致相當;在這個例子中,對4/3畫幅而言,25mm是鏡頭的物理焦距,50mm是等效焦距。由于數位相機感光器尺寸不一,各類畫幅的等效系數也是不同的,APS-C畫幅是1.5x或1.6x、APS-H是1.3x、CX是2.7x。另外需要注意的是,各類相機鏡頭上標注的焦距通常都是物理焦距,用戶在購買時要留意相關的產品說明,廠方一般會在宣傳資料中注明該鏡頭的等效焦距。

  • 三、景深差別:畫幅較小的感光器無法獲得較淺的景深。許多初入門者都會產生類似的疑問——為什么我的卡片機拍不出單眼機那種強烈的“主體突出、背景虛化”效果?原因之一就是因為卡片機使用的感光器太小。如果您非常看重“背虛”,那么盡可能選購大畫幅相機是沒錯的,但須記住一點——虛化程度的大小不僅僅與感光器面積有關,還牽涉到光圈系數、鏡頭焦距、拍攝距離等因素。

    四、機身體積差別:理論上,使用的感光器尺寸越小,產品就可以設計得越小巧、越輕薄。譬如,基于控制體積的考慮,拍照手機使用的圖像感應器就往往非常之小。對于數位相機而言,感光器尺寸與機身體積大小在大部分例子中也是成正比的;譬如使用全畫幅感應器的數位單眼相機,通常比使用APS-C畫幅感應器的同類產品塊頭更大;又譬如賓得為了盡可能縮小PENTAX Q的體積,為其搭載了一款1/2.3英寸的微型感光器。但影響相機體積的因素還有取景方式、監控屏規格、電池倉大小等等復雜因素,因此使用同等大小感光器的兩款相機,外形尺寸上卻可能差別巨大;譬如新興的無反相機與傳統入門級數位單眼相機兩者的比對就是最好的例證。此外,畫幅的大小也會對鏡頭的大小產生影響,由于牽涉因素更為復雜,本篇暫不展開。

    畫幅尺寸雖然關鍵,但入門愛好者同樣需要了解,畫幅大小并不一定和下面兩個重要指標有存在必然的關聯:

    一、不一定和畫素高低有關:有很多朋友可能會認為畫幅越大畫素就一定越高,在早幾年,情況的確如此,但放眼如今的數位相機市場,畫幅和畫素之間已不存在絕對的正比關系。譬如佳能最新推出的旗艦型號EOS-1D X采用了1800畫素的全畫幅感光器,而索尼之前推出的單電旗艦a77則使用了2430萬畫素的APS-C畫幅感光器;前者畫幅大畫素數卻反而少。出現這一現象,與部分相機廠商對畫素值追求的“退燒”有一定關系。我們知道,畫素雖然可以提高圖像輸出的解析度、解析度,但過密的畫素會讓畫素間距變小,從而導致圖像訊號品質劣化;當畫素達到一定指標后,對大多數普通用戶而言,數字圖像輸出質量的主要瓶頸便不再是畫素不足的問題。因此,在一定的畫幅下,如何取得畫素與畫質間的平衡,這是民用相機廠商目前最需要花功夫解決的問題;各大品牌的策略和優勢不同,產品訴求和定位也各有側重,出現迥異的設計思路也就不足為奇了。這種差別沒有好壞之分,因為其各自對應的市場和用戶是不同的。

    二、不一定和感光度高低有關:目前大部分消費類數位相機的ISO上限為3200-6400,而全畫幅數位單眼的ISO上限已經達到51200(可擴展至204800),這是不是說明感光器的畫幅指標與其感光度指標一定成正比呢?讓我們再來看看使用中畫幅感應器的賓得645D感光度上限是多少?ISO1600。可見,畫幅大未必感光度就一定高。其實一款數位相機的感光度指標不僅僅取決于感光器的畫幅,也與其畫素密度直接有關;賓得645D的畫幅雖然大,但畫素達到了4000萬之多,要保證其高感光度下的畫質表現無疑頗具難度;更重要的是,高感光度并非廠方設計這款產品的主要訴求點,因此其較窄的ISO設定范圍也就完全可以被理解了。

    綜合上述兩點我們就可以得出結論:畫幅面積較大的感光器在圖像輸出品質方面通常優勢顯著——如果追求高解析度,大畫幅感光器的面積優勢無疑使其可容納的畫素點更多;如果追求高感光度畫面純凈度,在畫素相同的前提下,大畫幅的畫素間距會更寬(單個畫素的面積更大),理論上畫質會越好。而隨著機內后期降噪技術的日漸成熟,高畫素與高感畫面純凈度之間在一定程度上也是可以取得相對平衡的;而有些相機還可以通過調整感光器的工作機制,用降低畫素的方式來提升高感畫質。

    ●按圖像感應器支援的畫幅長寬比例分

    數位相機的畫幅長寬比例主要分3:2和4:3兩大類,3:2標準源于35mm膠片的尺寸,而4:3標準則是遵循了早年電視機熒幕和電腦顯示器的長寬比。大致上,1/x英寸小型圖像感應器、4/3畫幅的長寬比通常是4:3;全畫幅、APS-C畫幅、APS-H畫幅、Nikon CX畫幅長寬比均為3:2;中畫幅相機則標準各異,譬如賓得645D是4:3,而徠卡S2則是3:2。

    除了3:2和4:3,我們還可以看到很多數位相機目前都支援16:9畫幅。16:9的長寬比已被證明是最符合人眼視野范圍的設計,在電影、高清數字電視、計算機顯示器紛紛轉向寬屏設計時,數位相機自然也順應了潮流。但需要說明的是,支援16:9畫幅不代表相機的圖像感應器的物理長寬比也是16:9,大多數產品是靠遮蔽感光器上下兩端部分有效感光面積來實現寬畫幅的。不過也有少數例外,譬如松下早前的Lumix DMC-LX2使用的就是16:9長寬比的CCD感光器,而它的后續型號LX3和LX5又有所改變——它們使用的感光器長寬比為3:2,通過采用冗余設計來實現所謂的“原生16:9畫幅”或“真16:9模式”。通過下面這幅圖,我們就可以理解感光器冗余設計的意義——同一款相機在使用16:9畫幅時,可以獲得比4:3和3:2畫幅更寬廣的水準視野范圍;而那些靠遮蔽部分有效感光面積實現寬畫幅的產品,無論采用哪種比例的畫幅,水準視野都是相同的。

  • 制造商=PANASONIC;型號=DMC-LX5;焦距=16毫米;日期=2011.09.28 15:54:56;光圈=F5.0;測光模式=模式;感光度=ISO80;曝光補償=0.0EV;曝光時間=10/8000秒;曝光程式=風景模式
  • 除了16:9之外還有1:1畫幅(在某些相機設定中被稱之為6x6);這一比例其實源于中畫幅相機的正方形感光片(120膠片機中的60mm×60mm片幅)。在膠片時代,使用正方形畫幅的最大好處在于可以最大限度地利用鏡頭的成像圈,但在數位相機上,正方形畫幅都是通過遮蔽感光器左右兩端部分有效感光面積達成的。

    3:2、4:3、16:9、1:1這四種畫幅比例在數位相機上各有用武之地,譬如拍攝廣角風景時,使用16:9畫幅可以凸顯場面的寬闊感;拍攝人像并進行豎向構圖時,4:3會比3:2顯得更為協調;而在拍攝對稱場景時,正方形畫幅又有自己獨特的優勢……相關知識,我們將在以后的篇章中為大家詳細介紹。

    隨著技術的發展,目前有越來越多的數位相機開始支援“全景拍攝”功能,也就是通過快速的連續轉動拍攝并由機內圖像處理器進行裁剪和拼接,最終輸出長卷式的超寬幅全景圖像。對于記錄大場景來說,這無疑是一個非常實用的功能。

  • 制造商=SONY;型號=NEX-5N;焦距=18毫米;日期=2011.09.30 11:13:18;光圈=F11.0;測光模式=模式;感光度=ISO100;曝光補償=-0.3EV;曝光時間=1/250秒;曝光程式=程式模式
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