3A街拍:数码相机摄影基础知识常用术语 感光器件尺寸

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感光器件尺寸
说到 CCD 的尺寸,其实是说感光器件的面积大小,这里就包括了 CCD 和 CMOS。感光器
件的面积越大,也即 CCD/CMOS 面积越大,捕获的光子越多,感光性能越好,信噪比越低。
CCD/CMOS 是数码相机用来感光成像的部件,相当于光学传统相机中的胶卷。
CCD 上感光组件的表面具有储存电荷的能力,并以矩阵的方式排列。当其表面感受到光
线时,会将电荷反应在组件上,整个 CCD 上的所有感光组件所产生的信号,就构成了一个
完整的画面。
如果分解 CCD,你会发现 CCD 的结构为三层,第一层是“微型镜头”,第二层是“分色滤
色片”以及第三层“感光层”。
第一层“微型镜头”
我们知道,数码相机成像的关键是在于其感光层,为了扩展 CCD 的采光率,必须扩展单
一像素的受光面积。但是提高采光率的办法也容易使画质下降。这一层“微型镜头”就等于在
感光层前面加上一副眼镜。因此感光面积不再因为传感器的开口面积而决定,而改由微型镜
片的表面积来决定。
第二层是“分色滤色片”
CCD 的第二层是“分色滤色片”,目前有两种分色方式,一是 RGB 原色分色法,另一个则
是 CMYK 补色分色法这两种方法各有优缺点。首先,我们先了解一下两种分色法的概念,
RGB 即三原色分色法,几乎所有人类眼镜可以识别的颜色,都可以通过红、绿和蓝来组成,
而 RGB 三个字母分别就是 Red, Green 和 Blue,这说明 RGB 分色法是通过这三个通道的颜
色调节而成。再说 CMYK,这是由四个通道的颜色配合而成,他们分别是青(C)、洋红(M)、
黄(Y)、黑(K)。在印刷业中,CMYK 更为适用,但其调节出来的颜色不及 RGB 的多。
原色 CCD 的优势在于画质锐利,色彩真实,但缺点则是噪声问题。因此,大家可以注意,
一般采用原色 CCD 的数码相机,在 ISO 感光度上多半不会超过 400。相对的,补色 CCD 多
了一个 Y 黄色滤色器,在色彩的分辨上比较仔细,但却牺牲了部分影像的分辨率,而在 ISO
值上,补色 CCD 可以容忍较高的感光度,一般都可设定在 800 以上。
第三层:感光层
CCD 的第三层是“感光片”,这层主要是负责将穿过滤色层的光源转换成电子信号,并将
信号传送到影像处理芯片,将影像还原。
传统的照相机胶卷尺寸为 35mm,35mm 为胶卷的宽度(包括齿孔部分),35mm 胶卷
的感光面积为 36 x 24mm。换算到数码相机,对角长度约接近 35mm 的,CCD/CMOS 尺寸
越大。在单反数码相机中,很多都拥有接近 35mm 的 CCD/CMOS 尺寸,例如尼康德 D100,
CCD/CMOS 尺寸面积达到 23.7 x 15.6,比起消费级数码相机要大很多,而佳能的 EOS-1Ds
的 CMOS 尺寸为 36 x 24mm,达到了 35mm 的面积,所以成像也相对较好。
现在市面上的消费级数码相机主要有 2/3 英寸、1/1.8 英寸、1/2.7 英寸、1/3.2 英寸四
种。CCD/CMOS 尺寸越大,感光面积越大,成像效果越好。1/1.8 英寸的 300 万像素相机效
果通常好于 1/2.7 英寸的 400 万像素相机(后者的感光面积只有前者的 55%)。而相同尺寸的
CCD/CMOS 像素增加固然是件好事,但这也会导致单个像素的感光面积缩小,有曝光不足
的可能。但如果在增加 CCD/CMOS 像素的同时想维持现有的图像质量,就必须在至少维持
单个像素面积不减小的基础上增大 CCD/CMOS 的总面积。目前更大尺寸 CCD/CMOS 加工制
造比较困难,成本也非常高。因此,CCD/CMOS 尺寸较大的数码相机,价格也较高。感光
器件的大小直接影响数码相机的体积重量。超薄、超轻的数码相机一般 CCD/CMOS 尺寸也
小,而越专业的数码相机,CCD/CMOS 尺寸也越大。
CCD(CMOS)的真实尺寸?
在数码相机性能规格表中用英寸表示并不是 CCD 的真实尺寸,但可以使用一个简单而实
用的方法求得 CCD 的真实尺寸。镜头的真实焦距与相当(等效)焦距在数码相机或使用说
明书上一般都会列出,而相当于 35mm 照相机的焦距与真实焦距之比,即为 35mm 照相机
的画幅对角线尺寸与 CCD 的实际对角线长度比,由此可以方便计算出 CCD 的真实尺寸。
举例说明,松下 LX2(有效像素 1020 万)轻便数码相机使用 1/1.65 英寸 CCD,镜头的
相当焦距为 28-112mm,真实焦距为 6.3-25.2mm,两者的比例 4.44,35mm 照相机的画幅
尺寸为 24x36mm,对角线长 43.2mm,43.2/4.44=9.72mm,这就是 1/1.65 英寸 CCD 有效
对角线长度,换算成画幅横纵比 4/3,可求得真实尺寸为 7.38x5.54mm。松下 LX2 相机 CCD
有效感光成像面积仅为全幅尺寸的二十分之一,为 APS—C 画幅尺寸的九分之一。
CCD/CMOS 尺寸一览表
APS-C、APS-P、全画幅
数码单反相机的 CCD 很多都是“APS-C”画幅。那么,究竟 APS-C 究竟是什么意思?
还得先从十九世纪二十年代的诞生 135 胶卷谈起。那时候德国研制出拍摄
35mm(36-1mm×24mm)电影胶片的 Leika 照相机后,35 毫米胶卷又叫“莱卡卷”,后来世界
各厂生产用于拍摄 35 毫米胶片的照相机越来越多,“莱卡卷”这个名称已不能适应了,于是
就按胶卷的宽度改为“35 毫米胶片”直到五十年代之后,为了区分 35 毫米电影胶片和照相机
用的 35 毫米散装胶卷,在胶卷盒上印有 135 的代号。后来大家就公认把 35mm 胶卷称为
135 胶卷,把用 135 胶卷的相机称为 135 相机。
1996 年由 FujiFilm、Kodak、Canon、Minolta、Nikon 五大公司联合开发的 APS(Advance
Photo System)胶片系统问世。APS 开发商在原 135 规格的基础上进行了彻底改进,包括相
机、感光材料、冲印设备以及相关的配套产品上都全面创新,大幅度缩小了胶片尺寸,使用
了新的智能暗盒设计,融入了当代的数字技术,成为了能记录光学信息、数码信息的智能型
胶卷。
APS 定位于业余消费市场,共设计了三种底片画幅(H、C、P):
H 型是满画幅(30.3×16.6mm),长宽比为 16:9;
C 型是在满画幅的左右两头各挡去一端,长宽比为 3:2(24.9×16.6mm),于 135 底片同
比例;
P 型是满幅的上下两边各挡去一条,使画面长宽比例为 3:1(30.3×10.1mm),被称为全
景模式。
APS 感光胶片与传统感光胶片最大的区别在于胶片上不仅涂有感光乳剂,还涂覆有一层
透明的磁性介质,它除了具有传统胶片的所有功能外,还具有数码书写能力,利用胶片齿孔
边和另一边的条形导轨面积,在拍摄过程中,可以随时将拍摄中的有关数据记录在胶片上,
如:焦距、光圈、速度、色温、日期。有的 APS 相机还储存有十几种语言,100 多种赠语、
贺词或标题,可以通过机背上的按钮选择所需和对照片的制作要求等,并且将信息记录在胶
片上,这些信息还可以修改。在冲洗时还可以印出一张“缩略图索引”的目录照片,在当时是
很新颖超前的设计。
为了便于观看 APS 胶片,APS 系统还配套设计有“胶片图像播放仪”,把拍摄好的胶片放
入设备并与电视连接,就可以在电视上观赏,同时还能配有音乐,可以连续播放,图像可以
局部放大,还可以调节图像的色彩、亮度等,如同看电影一样,增添了摄影的娱乐性。
APS 问世以来前后有 50 多家生产厂商加盟。各品牌的 APS 相机在性能上大同小异。外
型上看可分为两大类:一类是胶片生产商生产的相机,都为袖珍型。这类 APS 机体积小巧、
功能齐全、操作简单、便于携带。例如 FujiFilm 的 Fotonex1000ix;另一类为相机生产商生
产的相机,Minolta(VECTISS)、Canon、Nikon 都有开发。最大的特点是除特别为 APS 设计
的 Lens 外,可以使用原 135 系统的所有镜头。如 Canon 的 EOS1X,Nikon 的 PRONEA 600I
等等。
但是,APS 夹在了传统胶片摄影系统和当今数码摄影系统之间,是介于两者之间的过渡
产品。不难看出,上述优点,如记录拍摄数据、存入档案资料、编辑数码相册、电脑投影播
放等等,在当今的数码相机中全能实现,而且有了更大的扩展。所以,在数码相机技术的高
速发展冲击下,APS 系统未能得到展开应用就“出师未捷身先死”,早早就已经“夭折”。
由于在现今数码单反相机中,大都是采用了小于 135 规格的 CCD 或 CMOS 感光器件,
除了奥林帕斯的 4/3 系统和佳能全画幅以外,现存几乎全部都是和 APS-C 型胶片一样的大
小:长宽比为 3:2,边长近似为 24.9×16.6mm,为了便于形容,人们就把类似这种大小的
感光器件称之为“APS-C 规格”。
佳能单反相机传感器尺寸差别
等效于 35mm 相机焦距
目前数码相机的成像器件面积都小于普通的 135 胶卷(即 35mm 胶卷相机)的面积,所
以其镜头焦距很短,说到其镜头焦距时常不会涉及到其实际的物理焦距,而说与其视角相当
的 35mm(国内的 135)相机的镜头焦距,也就是说,其“镜头的视角相当于 XX”。
常见 CCD 尺寸
35mm 胶片的尺寸是 36 x 24mm,也就是我们平时在照相机馆中看到的最为普遍的那种
胶卷,由于 35mm 焦长的广泛使用,因此它成为了一种标尺,就像我们用米或者公斤来度
衡长度和重量一样,35mm 成为我们判断镜头视野度的一种标注。例如,28mm 焦长可以
实现广角拍摄,35mm 焦长就是标准视角,50mm 镜头是最接近人眼自然视角的,而 380mm
镜头就属于超望远视角,可捕捉远方的景物。
常见传感器尺寸与 35mm 胶片的关系
根据相机的光学原理,焦长越小,视角就越大,焦长越大,视角就越小,这对于数码相
机和传统相机而言都是不变的道理。现在相机的焦长都是由 mm(毫米)来标注的,而无论
相机的类型是什么:35mm 传统相机,、APS 或者数码相机。镜头的焦长代表的是镜头和对
焦面之间的距离,对焦面可以是胶片或者传感器。更准确地定义应该是“焦长等于对焦点和
镜头光学中心之间的距离”。
现在通常的数码相机的焦长都非常的短,这是因为绝大多数数码相机的传感器都很小,
往往对角线长度还不到一英时,为了在这么小的传感器上能够成像感光,因此镜头和对焦面
之间的距离就很小,这就是为什么数码相机镜头的焦长数值都很小的缘故。
不过在数码相机上采用 35mm 等值来表现焦长,并非是人们不习惯数码相机上的焦长过
短,而是因为每款数码相机上标注的实际焦长往往获得的视野不一样,比如都是 6-18mm
焦长范围,但是不同的数码相机上这个焦长所表现出来的效果往往是不一样的。这是由于数
码相机采用的传感器各有所别。
我们来看看 3 种不同 CCD 的表现效果:
·采用 210 万 CCD 的尺寸是 1/2"
·采用 330 万像素的 CCD 尺寸是 1/1.8
·采用 400 万像素 CCD 的尺寸是 2/3
这三款 CCD 不仅对角线尺寸不同而且所含有的像素值也不同。这里我们需要注意的一个
问题是,组成画面的像素和焦长之间是没有必然联系的。很多具有不同像素值传感器的数码
相机有很多相同的地方,比如具有相同的镜头和机身设计等等,如果这些传感器具有相同的
物理尺寸,那么它们的 35mm 等值焦长就肯定是相同的。反过来说,这些数码相机上为 CCD
配套的镜头都具有相同的焦长,比如 8mm,但是 CCD 的尺寸不一样,那么这些镜头换算成
35mm 等值的焦长就肯定不同。它们中间肯定会出现大于标准视野或者小于标准视野的情
况。
因此采用标准的 35mm 等值焦长来标准就是一个简单可行的方法,不管采用的 CCD 尺
寸如何,这样各款数码相机之间才有了可比性,这就是 35mm 等值焦长来历。
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