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从10万到1亿6千万像素 揭秘相机传感器史

·传感器的前世:胶片
在19世纪照相术发明以前,人们只能通过绘画来记录影像,照相机出现后,人们开始通过拍照记录生活,通过照片,了解历史。随着科技的进步,笨拙的木质照相机渐渐进化成了可以使用小巧胶卷的民用产品,走进了千家万户。直到今天,仍然有许多人在使用胶片照相机。记录了无数历史瞬间的胶片,也留下了许多经典,让人无比怀念。



图为:世界第一张照片《在Le Gras的窗外景色》



图为:伟大的人像照片《温斯顿.丘吉尔》


胶片,有许多种不同的规格,我们可以用尺寸来进行简单的区分,应用最多的绝对是135胶卷了,使用这种胶片的相机称之为135相机。相信有10年以上摄影经验的朋友,对其一定不会陌生。135胶卷一般内含36张胶片,每张胶片上下两端有孔,整体宽度为35mm,有效长宽为36×24mm。


图为:妈妈,别拿走我的Kodachrome(柯达克罗姆)



图为:用Kodachrome胶卷拍摄的《阿富汗女孩》


中画幅相机一般使用120胶片,因此,也称之为120相机,这种相机所用胶片比135胶片要大,胶片尺寸一般为60×45mm、60×60mm、60×70mm等不同规格。再大一些的胶片,是使用在大画幅相机上的,尺寸在4×5英寸(约104×127mm)以上,我们称之为大画幅胶片。


图为:著名的富士Velvia胶卷



图为:用富士Velvia胶卷拍摄的风景照片


除了常规的135、120、大画幅胶片之外,还有一些相机使用的胶片尺寸比较特别。比如我们有时会听到的半格相机,著名的奥林巴斯PEN相机就是半格相机,这种相机同样使用135胶卷,不过每次拍摄只用半格胶片,因此可以拍摄72张18×24mm格式的相片。


图为:四格lomo相机



图为:四格lomo在一张35mm胶片上可拍四张照片


直到数码相机一统江山的今天,许多资深摄友依然在怀念着或还在使用着胶片。胶片可记录的色彩范围远远大于目前的数码相机传感器,而且不需要考虑白平衡,永远不会有色彩还原的问题。可以记录下最真实的画面。不过,胶片也让人又爱又恨:1、每卷只有36张,更换胶卷很麻烦;2、买胶卷和冲洗胶片会花掉你很多钱;3、在没洗出来之前,你不知道照片是不是废片,等等。当科学家发明了一种可以替代它的新玩意儿时,胶片淡出历史舞台的命运已经注定。

·传感器的诞生:10万像素

最先进的科学技术,总会最先应用于军事领域。冷战结束后,在间谍卫星和航空领域使用的数码图像科技,迅速转化为民用产品,进入消费市常相机不用胶卷,也可以拍照,在当时可是非常高科技的事情,这就是数码相机。这种相机内,代替胶片的成像核心是图像传感器。CCD图像传感器全称为Charged Coupled Device,由贝尔实验室于1969年研制成功。目前广泛使用在数码相机上的有两种:CCD和CMOS。CCD全称为Charged Coupled Device,由贝尔实验室于1969年研制成功。



图为:CCD传感器的发明人George Smith和Willard Boyle



图为:早期的CCD图像传感器


科技的进步让数码相机逐渐取代了胶片相机。谈到数码相机,早期比较典型的,应该是柯达DC40,该机发布于1994年,距离现在只有区区16年。在这16年里,数码相机发生了翻天覆地的变化,这估计是柯达当初也不敢想象的。其中,最能代表数码相机飞速发展的一个指标就是像素了。


图为:消费数码相机鼻祖 柯达DC40



图为:柯达DC40样张及100%截图



图为:柯达DC40样张及100%截图



图为:柯达DC40样张及100%截图


我们通常说起DC,首先就会问:这是多少像素的?柯达DC40有效像素是38万,最大可拍摄756×504像素的图像。目前,最新推出的宾得645D有效像素是4000万,是DC40的105倍!如此大的进步,归功于16年来,传感器科技的飞速进步。下面,我们就来回忆一下数码相机传感器的发展历史。

·传感器的飞速发展

时间回到1981年,在这一年,索尼公司推出了世界上第一台不用胶片就能照相的相机——MAVICA(马维卡),该机采用了一块10×12mm的大尺寸CCD传感器,但是有效像素仅27.9万,在现在看来,比摄像头都差许多,但是,马维卡的诞生,标志着照相机正式进入数码时代。



图为:索尼马维卡相机



图为:索尼马维卡相机宣传画


索尼马维卡的外观,与传统胶片单反很相似,可更换镜头。使用古老的专用软盘存储照片。在这款推出之后,数码相机进入高速发展时代,各种技术更先进、像素更高的产品层出不穷。


图为:尼康早期数码单反


转眼进入2010年,如今数码相机早已不是什么实验室的高端技术,普通家庭都能拥有,并且彻底改变了摄影这件颇为严肃的事情。全民玩摄影的潮流仍在继续。而快速更新换代的数码相机,其成像核心——传感器,也有了翻天覆地的变化。


图为:技术先进的传感器


传感器发展到现在,像素越来越高,目前主流消费类相机的有效像素在1000万-1400万之间;APS-C单反有效像素在1200-1800万之间;全画幅单反有效像素最高约2500万;更高级一些的中画幅相机,有效像素更是达到5000万以上。


图为:数码相机上使用的小尺寸传感器晶片



图为:尼康D3上使用的全画幅传感器



图为:更大的传感器(大为中画幅 小为全画幅)


不同类型的数码相机,使用的传感器尺寸是不一样的,一般而言,传感器越大,标志着相机越好,当然,价格也越贵。普通的消费类相机,大多使用1/2.3英寸的小尺寸传感器,这种传感器,由于面积小,像素点非常密集,容易出现噪音(噪点),在高感光度时,画质不是很好。


图为:小尺寸传感器相机的高感表现普遍不理想


稍好一些的高端消费类相机,会配备较大的传感器,为1/1.7或者1/1.6英寸,传感器面积增大,各像素点受光面积也较大,因此,在画质方面表现要普遍好于1/2.3英寸的传感器。可以这样认为,同时期同像素的情况下,传感器面积大小,对画质有决定性作用。

·单反相机传感器的画幅

目前,单反相机(此名词目前已特指数码单反相机)价格早已跌破万元,三四千就能买一台。单反相机相根据所使用传感器的大小不同,分为好几种,离普通消费者最近的、价格较便宜的入门单反,所使用的传感器面积比135mm胶片的面积要小一些,称为APS-C单反。各厂家的APS-C单反,使用的传感器尺寸也有一些差异。佳能APS-C规格入门单反550D,传感器尺寸为22.3×14.9mm;尼康D5000传感器尺寸为23.6×15.8mm;索尼a550传感器尺寸为23.4×15.6mm;宾得KX传感器尺寸与尼康D5000相同。



图为:不同类型单反传感器尺寸大小对比示意图


除了APS-C规格的单反之外,最近非常火爆的微4/3单电,如奥林巴斯E-PL1和松下GF1,所采用的传感器尺寸又有所不同。4/3单反(奥林巴斯E620)和微4/3单电,所采用的传感器尺寸都为17.3×13mm,比APS-C规格的传感器要小一些。而且,二者的宽高比也是不同的,APS-C单反所拍摄的照片宽高比为3:2,看上去较宽;4/3系统相机拍摄的照片宽高比为4:3,看上去方正一些。


图为:奥林巴斯E-PL1传感器


比APS-C更大一些的,还有一个比较特别的规格,叫做APS-H,这个规格为佳能独有,佳能1D Mark IV(大马四),就是采用这种规格的传感器,说到大马四,这机器太牛叉,感光度高得让人头晕,达十万零两千四;连拍速度快得让人眼花,全尺寸每秒10张。


图为:佳能EOS 1D Mark IV传感器


再往高级了说,就是全画幅单反了。这里说的全画幅,是相对于传统135胶片的大小而言的,135胶片的尺寸为36×24mm,因此,全画幅单反传感器尺寸也为36×24mm。佳能EOS 5D MarkII(无敌兔)、尼康D3X、索尼a900都是全画幅单反。这类相机拥有目前主流数码相机顶级的画质。


图为:佳能EOS 5D MarkII人像样张



图为:尼康D3X人像样张



图为:索尼a900人像样张


然而,全画幅并不是追求画质的终结,比它更牛的,还有各种中画幅相机。中画幅胶片要比135胶片尺寸要大,因此,中画幅数码相机的传感器尺寸就比全画幅要大。相信很多问中画幅、全画幅哪个大的同学,应该明白了吧。中画幅相机中,哈苏绝对是鼎鼎有名,它出名的原因,更直观的体现在其昂贵的价格,哈苏H3DII-50,传感器尺寸48×36mm、5000万像素,20万人民币。


图为:哈苏H3D


随着科技的不断发展,笔者相信相机传感器技术也会越来越先进。未来的相机,将拥有更高的像素,更高的感光度,更好的画质以及更好的色彩。就在几年前,数码相机的有效像素仅300万,今天,普遍达到1000万以上,笔者估计再过两年,满大街都能看到2000万像素的卡片相机。

·科幻的1亿6千万像素

下面,大家随笔者流一下口水,来看看相机界传说已久的神器:Seitz 6x17 Digital,这个机器外观很科幻,规格更科幻,传感器尺寸为6×17cm(看清楚,是厘米);有效像素一亿六千万,可以拍摄尺寸为7500x21250像素的照片。



图为:一亿六千万像素的6×17 Digital相机



图为:一亿六千万像素的照片 原片下载



图为:一亿六千万像素的照片 原片下载



图为:一亿六千万像素的照片 原片下载


Seitz 6x17 Digital拍摄一张RAW原始图片,大小为950MB,存储不用卡,直接上Mac mini,价格也足够震撼,30万左右。笔者很庆幸找到了该机的原始样张,不过是压缩过的jpg格式,每张约120MB,有兴趣的朋友,可以下载查看。

传感器发展到今天,各种相关的技术层出不穷,各种新型的传感器逐渐走进大家的视野,很多新名词,听过但不明白有什么区别。像什么背照式、索尼Exmor R CMOS、富士Super CCD EXR、适马Foveon X3等等,听着都有些迷糊。在下篇文章中,笔者会为大家答疑解惑,敬请关注。

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