经有智能手机把像素提高到2000万甚至4000万的级别,让许多非专业用户认为手机的成像质量已经赶上甚至超过专业相机。但其实这里存在很大的误解——像素多并不等同于画质好。
大家都知道,数码相机核心的成像元件是图像传感器。
传感器相当于胶片时代的胶卷,接收镜头汇聚的光线,形成图像。图像感应器的像素越高,拍出来的图像越精细,越能耐受大幅面的打印输出。
但同样是2000万像素的图像感应器,可能智能手机拍出来的画质就不如无反。除了镜头素质的区别,这里要告诉大家的是,除了像素数,决定成像品质还有一个关键要素——像素间距。
“像素间距”是什么?
图像感应器由一个个的像素构成。每个像素的集光能力会很大程度决定所捕捉图像信号的品质,对原始图像文件的画质有关键的影响。
决定像素集光能力的要素有很多,细分的话,有像素的位置配置、表面微透镜间隙,光电二极管深度等等,但最简单的还是看这个像素个头够不够大。就好比房屋的窗户,肯定是窗户越大,屋子里的采光越好。
像素也是,面积越大则集光能力越强。相同像素数的情况下,像素的大小直接影响图像感应器的高感性能,以及被摄体层次及质感的表现。
那么这里大家应该发现了一个问题,既然这里说的是面积,为何标题写的是像素“间距”?这还要从像素的基本结构说起。
通常来说,像素是矩阵排列,但像素之间并不是严丝合缝地紧密贴在一起,像素之间会有相应传输信号的电路存在。而这些周边电路到底占多大空间,一般是没有数据可寻的。
所以,像素面积多大是没有确切数据,一般来说公开的数据都是相邻像素中心点之间的距离,也就是这里说的像素间距。
一个像素有多大?
可能很多人对像素的大小没有感性认识,现在先让大家了解一下一个像素到底有多大。像素是以微米为单位计算的,1μm(微米)是千分之一毫米,人的头发的直径大概是50μm(微米),大概1根头发的断面能放下10个像素。2000万像素,指的是图像传感器上有2000万个像素。
像素间距如何影响画质?
那么不同的相机像素间距有怎样的差别呢?答案很简单,像素数相同的情况下,图像感应器的画幅(面积)越大,像素间距和像素大小也就越容易做大。相应的高感光度画质以及层次还原也越好。
中画幅的数码相机,如果像素数是4000万,像素间距可以达到6微米。富士的中画幅机型GFX50S是5140像素,像素间距大概是5.3μm(微米)。
而一般的全画幅机型如果做到5000万像素,像素间距大概是4μm。APS-C画幅基本都是2000万像素级别,这也是考虑到像素间距可以保持一定大小,以使单个像素保持足够的集光性能。
而手机的图像传感器要比相机小很多,即便手机的像素也做到4000万级别,但单个像素的面积是非常非常小的,其集光性能可想而知。这也是智能手机虽然像素数很高但成像素质远不如数码相机的原因。
富士传感器进化史
「 Super CCD 」
早在1999年,富士胶片就研制出了SuperCCD并很快将其推向市场,发布了多款引领潮流的CCD数码相机。
超轻便携时尚DC F401
2007年发布的富士F401采用了超薄机身方形设计,犹如一个别致的walkman,仅重185克,看上去纤小而靓丽。采用210万像素1/2.7英寸的第三代超级CCD传感器,通过插值运算可以得到最大390万像素的成像(2034X1728)分辨率,内置了3倍光学变焦镜头,光圈值为F2.8-4.8,1.5英寸LCD显示屏,最高感光度可达ISO1600
「 X系列横空出世 」
2011年,APS-C画幅的 X100 凭借其出众的性能和复古典雅的外观高调上市,开启了富士X系列无反新世代。
此后,X-T、X-Pro 系列陆续推出,并形成强大全面的XF镜头群,逐渐成为一个完善可靠的拍摄系统。最新推出的富士新旗舰X-T30搭载一枚2610万像素的 X-Trans CMOS 4 背照式传感器。
传统的前照式CMOS,当光线射入像素,经过了片上透镜和彩色滤光片后,先通过金属排线层,最后光线才被光电二极管接收。这样一来最后吸收的光线就只有刚进来时候的70%或更少。
图片来源:中关村在线
而所谓”背照式“则是一种改良过的传感器结构,,其金属排线层和光电二极管的位置和“前照式”正好颠倒,光线几乎没有阻挡和干扰地就下到光电二极管,光线利用率极高,所以背照式CMOS传感器能更好的利用照射入的光线,在低照度环境下成像质量也就更好了。
因此,X-T30采用的背照式CMOS有以下优势:
- 可接收到更多光线,使CMOS具有更高灵敏度和信噪比,改善高ISO下的成像质量。
- 拥有更大规模的电路,有助于提高速度,实现超高速连拍、超高清短片拍摄等功能。
- X-T30配备的这款CMOS专门采用铜布线,相比其它众多采用铝布线的CMOS而言,铜的电阻率更低,导电性更佳,易冷却,在较大温度范围内保持好的可靠性。
富士中画幅 CMOS
GFX50S 和 GFX50R 两款中画幅相机,拥有5140万像素分辨率,比全画幅CMOS大1.7倍的43.8mm*32.9mm 中画幅传感器。并且,5.3μm的像素间距意味着单个像素的尺寸也远大于全画幅相机。
GFX 能将像素做到这么高,并且保持5.3μm的像素间距,是中画幅图像感应器的优势所在,是富士中画幅系统能够拥有出众画质的基石。
GFX 富士中画幅系统样片欣赏
知名摄影工作室 Vision Choice 曾使用富士中画幅无反 GFX50S 拍摄并合成百亿级像素的昆虫照片,超强的解析力和分辨率将小小昆虫上的细微毛发都表现得栩栩如生。
百亿像素天牛照片局部细节
百亿像素天牛照片全局缩略图
「 1亿像素分辨率GF镜头 」
除了传感器的高下之外,机身配套镜头的质量也对成片画质有很大影响。智能手机需要保证其便携性,无法配备真正高质量的镜头。
富士GFX中画幅系统中,现已推出8款GF镜头,这些镜头的分辨率高达1亿像素,完全满足5140像素CMOS的需求。并且从广角到长焦,几乎涵盖了所有常用拍摄焦段。无论是应对肖像拍摄、风光创作、静物摄影均可从容应对。
「 总结 」
如今,一代又一代的影像产品不断进入我们的视野,纷繁复杂的参数令许多人无所适从。其中更不乏以高像素标榜自身,企图以”像素数量“混淆”画质“概念的产品营销。实际上却仅仅是像素数据过关,画质完全不可同日而语。
©️Victor Liu丨GFX 50S | GF23mmF4 R LM WR | F11 | 1/900秒 | ISO400
从胶片步入CCD时代,从CCD转型CMOS传感器,富士始终走在开拓创新的前列,在坐拥深厚底蕴的基础上,不断革新研发,用最先进的技术,打造引流时代的产品。