原标题:“底大一级压死人”,真的是这样?
CMOS,也就是目前绝大多数数码单反相机所使用的图像传感器,而CMOS的尺寸一直是购买相机的重要标准。
坊间有这样一种说法“底大一级压死人”,也就是说CMOS尺寸越大,那么拍摄效果就越好,但事实真的是这样吗?难道相机真的是画幅越大越好?
今天本文,好机友摄影就和大家一起聊聊关于CMOS尺寸与相机拍摄效果之间的关系。
了解相机传感器
在讨论传感器尺寸大小对拍摄效果造成的影响之前,我们要先了解传感器是什么,它是做什么用的。
1、认识传感器
影像传感器,是数码相机的核心,也是最关键的技术。在传统的相机中,胶片是一种感光材料,经过某种特定的化学药品处理后,它会把拍摄到的影像记录下来。但在如今的数码相机中,影像传感器代替了胶片的位置,形成了电子影像。
其作用就是通过光电二极管将接受到的光线转换成电信号,但单个光电管只能记录亮度值,也就是说,光电管是“色盲”。
为了拍出彩色照片,在光电二极管的前一层加装了红、绿、蓝三原色滤色镜。
在拜耳滤镜中,各滤镜之间的比例关系为红25%、蓝25%、绿50%。电脑屏幕上的所有色彩都是由这三种色彩按照不同比例混合而成的。
如果三种色彩全部记录下最大光量,像素显示为白色。反之,如果三原色什么都没记录下来,像素显示为黑色。红、绿、蓝三种色彩相互叠加得到的各种色彩,涵盖了人眼视力所能感知的所有色彩。于是我们就能拍出来彩色的数码照片了。
而今天的主角——CMOS,就是图像传感器的其中一种,也是目前摄影器材中应用最广泛的传感器类型。但我们不得不提它的一位老对手CCD图像传感器,因为通过CCD,我们可以更加了解CMOS。
2、认识CCD与CMOS
很多摄友只知道CMOS传感器,但其实CCD传感器曾经被广泛采用。两者都是利用感光二极管(photodiode)进行光电转换,将图像转换为数字数据,而其主要差异是数字数据传送的方式以及制造工艺不同。
CCD传感器:CCD 其实是一组可以进行"光电转换"的光电体,当光通过镜头聚焦形成影像后,CCD便会将影像的光讯号转换为电讯号(电压)。
光量愈大,释放出的电子数量愈多,电讯号亦愈强,像素的显示则会愈亮。在 CCD 上组成画面的最小单位被称为像素,每个光电体亦即等于一个像素。每块 CCD 所含像素的数目与大小都与影像质素有着直接关系。像素愈高,输出的影像质素便愈高。
CMOS传感器:和 CCD 一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS 的制造技术和一般计算机芯片没什么差别,主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,使其在 CMOS 上共存着带N(带–电) 和 P(带+电)级的半导体,这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。
大家看不太懂没有关系,只需要记住CCD传感器是每个像素都是一个单独的光电体,所以其记录图像信息的精度要高于COMS。那么这两种传感器到底有何区别,以及为什么目前绝大多数相机都采用精度较低的CMOS传感器呢?我们接着聊。
2、CCD与CMOS的区别
由于图像信息传送方式以及制作工艺的不同,CCD与CMOS传感器主要有以下区别:
?CCD的光利用效率、动态范围以及感光度等性能都优于CMOS。同时,由于像敏单元可以做得很小,在相同面积上CCD能够排列更多的像敏单元,其分辨率也高于CMOS。
?CCD中不同像敏单元输出的电信号进行统一放大,其噪声低于CMOS。另一方面,由于CMOS中各像敏单元单独对其信号进行放大,很难保证所有放大器放大倍数的一致性,故更易导致像素响应的不均匀性,导致画面出现大量噪点。
?CCD需要外加电压才能使电荷移动,并且不同的垂直寄存器需要的电压不一样,要用专用的电源管理电路。因此,CCD的功耗比同尺寸的CMOS高。
?CCD需要使用专门的制造设备,而且一个单元的损坏会造成整列报废,因而其成品率低,生产成本和技术门槛较高。
?CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺,技术相对成熟,制造成本较低,更易于普及。
总结一下就是,CCD的成像质量要比CMOS好,但由于CMOS制作难度低,成本低,耗电少,所以选用CMOS。
可以说为了获得更低的造价,厂家不得已选择了效果较差的CMOS传感器。大家也别觉得惋惜,如果不是CMOS传感器技术,我们是不可能花现在这个价钱就能买到单反或者微单相机的。
3、CMOS的弱点
通过与CCD传感器的对比,CMOS传感器的弱点也就暴露无疑了,弱点主要有两个:一是光利用效率低、在一个就是噪点多。
这也解释了为何说“底大一级压死人”。更大尺寸的传感器,在像素相同的情况下,每个像素接收到的光线就更多,所以对于光利用效率低的CMOS来说,是一个显著的提升。
再一个就是噪点。由于CMOS尺寸变大,那么各光电传感元件、电路之间距离相对就会增加,相互之间的光、电、磁干扰会降低,得到的画面噪点也就会较少。所以在所用技术相同的情况下,CMOS尺寸越大,画质确实会更好,这一点没毛病。那真的就印证了标题那句话:CMOS尺寸越大越好?
CMOS尺寸对拍摄效果的影响
想要说明白CMOS是不是尺寸越大越好,我们就得全面地分析一下,其对于拍摄效果到底有何影响。
1、对画质带来的影响
在上文提到的CMOS对画质的影响时,我特意强调了“在相同的技术下”,CMOS尺寸越大,画质越好。所以随着技术的发展,CMOS的光线利用效率也越来越高,噪点控制能力也越来越强。
比如CMOS的技术发展已经有了很多进步,从传统(前照式)CMOS、背照式(Back-illuminated)CMOS再到堆叠式(Stacked)CMOS。
其实CMOS发展到背照式是对画质改善最大的一步,而到了堆栈式则进一步优化了体积、电路和画质。
而且不要忘了现在厂家在算法上的提升,从手机摄影近年的发展就可以发现拼硬件已经out了,软硬兼备才是趋势,什么虚化、逆光也清晰、徕卡镜头、双摄、三摄等背后都离不开算法。
手机如此相机亦如此,可以说算法让硬件上不好实现的功能在软件层面得以解决。因此在现在的技术条件下,传感器尺寸对画质的影响已经不是“决定性”了。
更别提在APS-C画幅技术领先的富士相机,其最新机型的拍摄画质超越全画幅相机已经不是什么新鲜事了。
因此“底大一级压死人”的说法是有前提条件的,那就是在相同技术下。否则,具体问题我们还要具体分析。但同一品牌,相似时间段发布的C画幅与全画幅相机相比,其画质依然还是全画幅相机更优秀。
2、对景深的影响
先来思考下这个问题:在同一地点往同一方向,相机所有参数都一致的情况下(除去不同品牌间的细微的色彩风格的差异),全画幅相机用24mm焦距镜头,与APS-C画幅相机用16mm镜头,或者M43相机用12mm镜头,拍出来的照片是一模一样的吗?
答案很简单:不一样。虽然APS-C相机16mm焦距乘以1.5后等效焦距为24,M43相机12mm焦距乘以2后等效焦距也为24,但是照片的景深不一样。
众所周知,景深3要素:光圈,焦距,拍摄距离。以上场景中,光圈一样,拍摄距离一样,唯有焦距不一样。
我们平时算景深是按照实际焦距来算的,而不是等效焦距,比如尼康镜头AF-S 50mm F1.8,这个“50mm”是这支镜头的实际焦距。
装到D7100上去以后,由于APS-C焦距转换系数要乘以1.5,因此焦距变成了“75mm”,这个指的是等效焦距。
也就是说如果用D7100配50mm镜头,和D800配75mm镜头,在光圈与拍摄距离相同的情况下,D800拍出来的照片背景更虚,景深更浅。
是不是听起来很绕?打个比方,这里我们以索尼卡片机WX350为例,官网的介绍写道“DSC-WX350的紧凑机身具备从25mm广角到500mm长焦。。。”
看到500mm长焦,也许拍野生动物背景会很虚吧?错!这个指的是等效焦距,非实际焦距。
官方文字描述为等效焦距
那么WX350的实际焦距为多少呢?实际焦距为4.3mm-86mm,所以为什么卡片机拍照片虚化不了背景,答案就在这里,实际焦距太短,肯定虚不了的。
实际焦距很短
理解了这个以后,很多相关性的问题就迎刃而解了,比如很多人都觉得全画幅相机一定好,CMOS越大越好,但是我并不这么认为,这并不是装逼。
比如小编曾经拍摄错位或者借位的照片,如果用全画幅相机的话,为了得到前后都非常清晰的大景深,必须把光圈开得非常小才行。
用极小光圈拍照,第一影响画质,第二如果光线不好还得降低快门速度,照片容易糊(虽然可以通过提高ISO来解决,但是噪点也随之上来了)。
而如果选择小底相机拍摄,由于镜头焦距很短,因此光圈不必开得非常小就能获得极大的景深。
在很多场合中,看似全幅相机画质好,其实方便性上还不如M43或者CX格式传感器的相机,原因就在这里。
像这种借位照片需要极大的景深
同理,喜欢扫街的朋友都知道,很多时候需要用到盲拍,而盲拍的关键之一就是要获得大景深。
不可否认很多有资深摄影爱好者即使用全画幅相机,通过估算景深来得到一张清晰的照片。但是绝大多数摄影爱好者,并没有估算景深的功力,给他用D800+24mm F1.4定焦扫街,也许光圈开到F8,结果拍出来的照片依然不清晰。
胶片机时代奥林巴斯PEN格式胶片相机那么走俏,除去机身小巧精致方便扫街的原因以外,半幅相机天然的大景深优势也是很大的一个原因。
盲拍也需要大景深
如果你是一个学生,想做虚化党好约隔壁班MM出来拍照,那么选择M43或者APS-C相机要比普通长焦卡片机好很多,花几百块买个手动85人像头光圈全开以后拍人像也会有比较好的效果。
这个时候再来个逆光加稍稍过曝,取景用对角线或黄金分割,那画面太美小编不敢想象。
所谓尺有所短寸有所长,不同画幅间各有优劣势,根据不同拍摄题材来做出不同的选择才能让器材价值最大化。
3、对机身尺寸带来的影响
纵观相机发展史,可以看到100多年来,我们本身就一直在追求小型化的路上,从未停止。
相机发展史(部分)
就好像手机从大哥大到 iPhone 一样,相机从木箱银版相机到双反再到旁轴......都是越做越小。
可能有人会说进入数码相机时代,相机又变得大了一些,全画幅的佳能、尼康旗舰机型比砖头还重。索尼曾经给人感觉是要打破这种现象,推出的A系列微单让数码相机变得更轻更小。
特别是A7全幅微单更是要打破人们脑海中对单反的固有印象,销量上更是从佳能、尼康虎口夺食,占据了全画幅领域头把交椅。
如今却隐隐有“反弹”迹象,又“胖”回了单反体型......受制于全画幅传感器,以目前能够投产的技术,全画幅微单的小型化轻量化之路还遥遥无期。
相反更小尺寸传感器的相机反而更容易实现这一需求,而市场反馈也印证了小型化相机的趋势。
去年Map Camera公布5月相机销量排行TOP10上全画幅相机仅占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:奥林巴斯OM-D E-M5 Mark II
除索尼A7III、A7RIII,尼康D850之外,剩下的均被C画幅和M4/3系统瓜分。抛去价格因素,在画质“够用”的基础上,小而美才受欢迎。面对市场的选择,CMOS真的很难再说“越大越好”了。
适合自己的才是最好的
综上所述,CMOS尺寸并不是越大,相机就越好。或者更具体一点,全画幅单反、微单,C画幅单反、微单,不能仅仅因为CMOS的尺寸就说哪台相机更好用,关键还要看自己的需求。
如果你对于机身的便携性,对于大景深的需求,以及价格的要求更高,那么APS-C画幅的机器其实更适合你。
千万不要为了所谓的全画幅买个古董机,那样的话,即便是全画幅,其画质也不会好到哪儿去,甚至还会更低(与APS-C画幅相比)。
甚至更极端一点,如果希望用最简单的方法拍出好看的照片使用手机都可以。
如果您对于画质有着很高的要求,那么当然就是3年以内的全画幅单反、微单选一台了。不管用什么相机,摄影玩的开心就好。