CMOS,也就是目前絕大多數數碼單眼相機所使用的圖像傳感器,而CMOS的尺寸一直是購買相機的重要標準。
坊間有這樣一種說法「底大一級壓死人」,也就是說CMOS尺寸越大,那麼拍攝效果就越好,但事實真的是這樣嗎?難道相機真的是畫幅越大越好?
今天本文,好機友攝影就和大家一起聊聊關於CMOS尺寸與相機拍攝效果之間的關係。
在討論傳感器尺寸大小對拍攝效果造成的影響之前,我們要先了解傳感器是什麼,它是做什麼用的。
影像傳感器,是數位相機的核心,也是最關鍵的技術。在傳統的相機中,膠片是一種感光材料,經過某種特定的化學藥品處理後,它會把拍攝到的影像記錄下來。但在如今的數位相機中,影像傳感器代替了膠片的位置,形成了電子影像。
其作用就是通過光電二極體將接受到的光線轉換成電信號,但單個光電管只能記錄亮度值,也就是說,光電管是「色盲」。
為了拍出彩色照片,在光電二極體的前一層加裝了紅、綠、藍三原色濾色鏡。
在拜耳濾鏡中,各濾鏡之間的比例關係為紅25%、藍25%、綠50%。電腦屏幕上的所有色彩都是由這三種色彩按照不同比例混合而成的。
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如果三種色彩全部記錄下最大光量,像素顯示為白色。反之,如果三原色什麼都沒記錄下來,像素顯示為黑色。紅、綠、藍三種色彩相互疊加得到的各種色彩,涵蓋了人眼視力所能感知的所有色彩。於是我們就能拍出來彩色的數碼照片了。
而今天的主角——CMOS,就是圖像傳感器的其中一種,也是目前攝影器材中應用最廣泛的傳感器類型。但我們不得不提它的一位老對手CCD圖像傳感器,因為通過CCD,我們可以更加了解CMOS。
很多攝友只知道CMOS傳感器,但其實CCD傳感器曾經被廣泛採用。兩者都是利用感光二極體(photodiode)進行光電轉換,將圖像轉換為數字數據,而其主要差異是數字數據傳送的方式以及製造工藝不同。
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CCD傳感器:CCD 其實是一組可以進行"光電轉換"的光電體,當光通過鏡頭聚焦形成影像後,CCD便會將影像的光訊號轉換為電訊號(電壓)。
光量愈大,釋放出的電子數量愈多,電訊號亦愈強,像素的顯示則會愈亮。在 CCD 上組成畫面的最小單位被稱為像素,每個光電體亦即等於一個像素。每塊 CCD 所含像素的數目與大小都與影像質素有著直接關係。像素愈高,輸出的影像質素便愈高。
CMOS傳感器:和 CCD 一樣同為在數位相機中可記錄光線變化的半導體。CMOS 的製造技術和一般計算機晶片沒什麼差別,主要是利用矽和鍺這兩種元素所做成的半導體,使其在 CMOS 上共存著帶N(帶–電) 和 P(帶+電)級的半導體,這兩個互補效應所產生的電流即可被處理晶片紀錄和解讀成影像。
大家看不太懂沒有關係,只需要記住CCD傳感器是每個像素都是一個單獨的光電體,所以其記錄圖像信息的精度要高於COMS。那麼這兩種傳感器到底有何區別,以及為什麼目前絕大多數相機都採用精度較低的CMOS傳感器呢?我們接著聊。
由於圖像信息傳送方式以及製作工藝的不同,CCD與CMOS傳感器主要有以下區別:
➤CCD的光利用效率、動態範圍以及感光度等性能都優於CMOS。同時,由於像敏單元可以做得很小,在相同面積上CCD能夠排列更多的像敏單元,其解析度也高於CMOS。
➤CCD中不同像敏單元輸出的電信號進行統一放大,其噪聲低於CMOS。另一方面,由於CMOS中各像敏單元單獨對其信號進行放大,很難保證所有放大器放大倍數的一致性,故更易導致像素響應的不均勻性,導致畫面出現大量噪點。
➤CCD需要外加電壓才能使電荷移動,並且不同的垂直寄存器需要的電壓不一樣,要用專用的電源管理電路。因此,CCD的功耗比同尺寸的CMOS高。
➤CCD需要使用專門的製造設備,而且一個單元的損壞會造成整列報廢,因而其成品率低,生產成本和技術門檻較高。
➤CMOS傳感器採用一般半導體電路最常用的CMOS工藝,技術相對成熟,製造成本較低,更易於普及。
總結一下就是,CCD的成像質量要比CMOS好,但由於CMOS製作難度低,成本低,耗電少,所以選用CMOS。
可以說為了獲得更低的造價,廠家不得已選擇了效果較差的CMOS傳感器。大家也別覺得惋惜,如果不是CMOS傳感器技術,我們是不可能花現在這個價錢就能買到單反或者微單相機的。
通過與CCD傳感器的對比,CMOS傳感器的弱點也就暴露無疑了,弱點主要有兩個:一是光利用效率低、在一個就是噪點多。
這也解釋了為何說「底大一級壓死人」。更大尺寸的傳感器,在像素相同的情況下,每個像素接收到的光線就更多,所以對於光利用效率低的CMOS來說,是一個顯著的提升。
再一個就是噪點。由於CMOS尺寸變大,那麼各光電傳感元件、電路之間距離相對就會增加,相互之間的光、電、磁幹擾會降低,得到的畫面噪點也就會較少。所以在所用技術相同的情況下,CMOS尺寸越大,畫質確實會更好,這一點沒毛病。那真的就印證了標題那句話:CMOS尺寸越大越好?
想要說明白CMOS是不是尺寸越大越好,我們就得全面地分析一下,其對於拍攝效果到底有何影響。
在上文提到的CMOS對畫質的影響時,我特意強調了「在相同的技術下」,CMOS尺寸越大,畫質越好。所以隨著技術的發展,CMOS的光線利用效率也越來越高,噪點控制能力也越來越強。
比如CMOS的技術發展已經有了很多進步,從傳統(前照式)CMOS、背照式(Back-illuminated)CMOS再到堆疊式(Stacked)CMOS。
其實CMOS發展到背照式是對畫質改善最大的一步,而到了堆棧式則進一步優化了體積、電路和畫質。
而且不要忘了現在廠家在算法上的提升,從手機攝影近年的發展就可以發現拼硬體已經out了,軟硬兼備才是趨勢,什麼虛化、逆光也清晰、徠卡鏡頭、雙攝、三攝等背後都離不開算法。
手機如此相機亦如此,可以說算法讓硬體上不好實現的功能在軟體層面得以解決。因此在現在的技術條件下,傳感器尺寸對畫質的影響已經不是「決定性」了。
更別提在APS-C畫幅技術領先的富士相機,其最新機型的拍攝畫質超越全畫幅相機已經不是什麼新鮮事了。
因此「底大一級壓死人」的說法是有前提條件的,那就是在相同技術下。否則,具體問題我們還要具體分析。但同一品牌,相似時間段發布的C畫幅與全畫幅相機相比,其畫質依然還是全畫幅相機更優秀。
先來思考下這個問題:在同一地點往同一方向,相機所有參數都一致的情況下(除去不同品牌間的細微的色彩風格的差異),全畫幅相機用24mm焦距鏡頭,與APS-C畫幅相機用16mm鏡頭,或者M43相機用12mm鏡頭,拍出來的照片是一模一樣的嗎?
答案很簡單:不一樣。雖然APS-C相機16mm焦距乘以1.5後等效焦距為24,M43相機12mm焦距乘以2後等效焦距也為24,但是照片的景深不一樣。
眾所周知,景深3要素:光圈,焦距,拍攝距離。以上場景中,光圈一樣,拍攝距離一樣,唯有焦距不一樣。
我們平時算景深是按照實際焦距來算的,而不是等效焦距,比如尼康鏡頭AF-S 50mm F1.8,這個「50mm」是這支鏡頭的實際焦距。
裝到D7100上去以後,由於APS-C焦距轉換係數要乘以1.5,因此焦距變成了「75mm」,這個指的是等效焦距。
也就是說如果用D7100配50mm鏡頭,和D800配75mm鏡頭,在光圈與拍攝距離相同的情況下,D800拍出來的照片背景更虛,景深更淺。
是不是聽起來很繞?打個比方,這裡我們以索尼卡片機WX350為例,官網的介紹寫道「DSC-WX350的緊湊機身具備從25mm廣角到500mm長焦。。。」
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看到500mm長焦,也許拍野生動物背景會很虛吧?錯!這個指的是等效焦距,非實際焦距。
官方文字描述為等效焦距
那麼WX350的實際焦距為多少呢?實際焦距為4.3mm-86mm,所以為什麼卡片機拍照片虛化不了背景,答案就在這裡,實際焦距太短,肯定虛不了的。
實際焦距很短
理解了這個以後,很多相關性的問題就迎刃而解了,比如很多人都覺得全畫幅相機一定好,CMOS越大越好,但是我並不這麼認為,這並不是裝逼。
比如小編曾經拍攝錯位或者借位的照片,如果用全畫幅相機的話,為了得到前後都非常清晰的大景深,必須把光圈開得非常小才行。
用極小光圈拍照,第一影響畫質,第二如果光線不好還得降低快門速度,照片容易糊(雖然可以通過提高ISO來解決,但是噪點也隨之上來了)。
而如果選擇小底相機拍攝,由於鏡頭焦距很短,因此光圈不必開得非常小就能獲得極大的景深。
在很多場合中,看似全幅相機畫質好,其實方便性上還不如M43或者CX格式傳感器的相機,原因就在這裡。
像這種借位照片需要極大的景深
同理,喜歡掃街的朋友都知道,很多時候需要用到盲拍,而盲拍的關鍵之一就是要獲得大景深。
不可否認很多有資深攝影愛好者即使用全畫幅相機,通過估算景深來得到一張清晰的照片。但是絕大多數攝影愛好者,並沒有估算景深的功力,給他用D800+24mm F1.4定焦掃街,也許光圈開到F8,結果拍出來的照片依然不清晰。
膠片機時代奧林巴斯PEN格式膠片相機那麼走俏,除去機身小巧精緻方便掃街的原因以外,半幅相機天然的大景深優勢也是很大的一個原因。
盲拍也需要大景深
如果你是一個學生,想做虛化黨好約隔壁班MM出來拍照,那麼選擇M43或者APS-C相機要比普通長焦卡片機好很多,花幾百塊買個手動85人像頭光圈全開以後拍人像也會有比較好的效果。
這個時候再來個逆光加稍稍過曝,取景用對角線或黃金分割,那畫面太美小編不敢想像。
所謂尺有所短寸有所長,不同畫幅間各有優劣勢,根據不同拍攝題材來做出不同的選擇才能讓器材價值最大化。
縱觀相機發展史,可以看到100多年來,我們本身就一直在追求小型化的路上,從未停止。
相機發展史(部分)
就好像手機從大哥大到 iPhone 一樣,相機從木箱銀版相機到雙反再到旁軸.都是越做越小。
可能有人會說進入數位相機時代,相機又變得大了一些,全畫幅的佳能、尼康旗艦機型比磚頭還重。索尼曾經給人感覺是要打破這種現象,推出的A系列微單讓數位相機變得更輕更小。
特別是A7全幅微單更是要打破人們腦海中對單反的固有印象,銷量上更是從佳能、尼康虎口奪食,佔據了全畫幅領域頭把交椅。
如今卻隱隱有「反彈」跡象,又「胖」回了單反體型.受制於全畫幅傳感器,以目前能夠投產的技術,全畫幅微單的小型化輕量化之路還遙遙無期。
相反更小尺寸傳感器的相機反而更容易實現這一需求,而市場反饋也印證了小型化相機的趨勢。
去年Map Camera公布5月相機銷量排行TOP10上全畫幅相機僅佔3席:
第一名:索尼 A7III
第二名:富士 X100 F
第三名:富士 X-T2
第四名:尼康 D850
第五名:尼康 D500
第六名:索尼 A7R III
第七名:佳能EOS Kiss X9
第八名:松下LUMIX G9 PRO
第九名:富士 X-H1
第十名:奧林巴斯OM-D E-M5 Mark II
除索尼A7III、A7RIII,尼康D850之外,剩下的均被C畫幅和M4/3系統瓜分。拋去價格因素,在畫質「夠用」的基礎上,小而美才受歡迎。面對市場的選擇,CMOS真的很難再說「越大越好」了。
綜上所述,CMOS尺寸並不是越大,相機就越好。或者更具體一點,全畫幅單反、微單,C畫幅單反、微單,不能僅僅因為CMOS的尺寸就說哪臺相機更好用,關鍵還要看自己的需求。
如果你對於機身的便攜性,對於大景深的需求,以及價格的要求更高,那麼APS-C畫幅的機器其實更適合你。
千萬不要為了所謂的全畫幅買個古董機,那樣的話,即便是全畫幅,其畫質也不會好到哪兒去,甚至還會更低(與APS-C畫幅相比)。
甚至更極端一點,如果希望用最簡單的方法拍出好看的照片使用手機都可以。
如果您對於畫質有著很高的要求,那麼當然就是3年以內的全畫幅單反、微單選一臺了。不管用什麼相機,攝影玩的開心就好。
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