从10万到1亿6千万像素揭秘相机传感器史

吸血大魔王 · 发表于 2010-3-29 17:21:53

·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。

吸血大魔王 · 发表于 2010-3-29 17:22:10

·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，进入消费市场。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

　　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。

吸血大魔王 · 发表于 2010-3-29 17:22:28

·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。

吸血大魔王 · 发表于 2010-3-29 17:22:45

·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（小马四），就是采用这种规格的传感器，说到小马四，这机器太强悍，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。