簡析ＤＳＬＲ影像傳感器尺寸與像質(zhì)（１）

董太和

序言

有讀者擬購數(shù)碼單反相機佳能EOS-5D或奧林巴斯E-1，但因兩者影像傳感器幅面大小不同(前者為：L35全幅面的36mm × 24mm，對角線43．3mm，柯達制CHOS,1280萬像素，2005年8月上市，當時報價人民幣2．8萬元左右；后者為4／3系統(tǒng)的幅面18mm × 13．5mm，對角線22．5mm，柯達制CCD，500萬像素，2003年6月上市，時價人民幣2萬元左右；兩者均為不帶鏡頭的機身價)而遲疑不決，更因后者有作為數(shù)碼單反相機標準幅面的說法，因向編輯部征詢意見。編輯部除向他介紹這兩年在《照相機》上發(fā)表的各方面對這兩架相機概況的文章外，還認為這；是個普遍性的問題(影像傳感器幅面大小對像質(zhì)的影響和標準化問題)，希望我寫篇分析性的文章，以供眾多讀者參考。

在未切入本文正題之前，想先提一下：若買佳能5D，則通用的EOS鏡頭均可裝用；若買奧林巴斯E—-1，則必須購買專門設(shè)計配套的ZUIKO鏡頭(ZUIKO－同，在日文中意為神之光，lightoFgods)，其他什么鏡頭包括奧林巴斯自己的OM型——在接口轉(zhuǎn)換罪尚未研制完成上市前，都不能裝用!購買時務請慎重考慮。事實上，時至今日，E-1已成過時產(chǎn)品。

2003年是500萬像素之年，在E-1問世前幾個月，已有佳能630萬的EOS-10D和富士600萬的FinepixA310先后上市，E-1雖以4／3系統(tǒng)標新立異，但當時已無優(yōu)勢可言，倒是它的第三代產(chǎn)品E-500(4／3幅面，850萬像素)各方面都勝過E-1，而價格又低廉。

這兩種相機的近時機身價格有很大的相差。據(jù)2006年2月的美國市場調(diào)查(因地區(qū)及稅率差異)，售佳能EOS-5D的8家照相機公司的最高為3299．99美元和最低為2927．26美元；售奧林巴斯E-1的4家相機公司的最高為1099美元和最低為679．77美元，與初上市的2 700美元相比真是不可同日而語了。市價是最公平的評價。

另外，這兩款相機在像素上相差一倍，在中等放大時：例如12英寸以內(nèi)，像質(zhì)和畫面粒度是不相上下的，若放大到24英寸以上時，就會立分軒輊的。所以，如果并不是常需高倍放大，則有500萬像素的相機，也夠日常擺弄之需了!

這兩款相機的市場評價，據(jù)《美國數(shù)碼攝影評論ReviewoFDP》2006年1月27日如下的3個統(tǒng)計表表明為：

由表3而知，截止本文起稿(2006年1月21日)的5天內(nèi)在美國向該網(wǎng)站咨詢點擊的20種數(shù)碼相機的人氣統(tǒng)計，佳能EOS-5D排行為第3，奧林巴斯E-1則是名落孫山，榜上無名，倒是它的小弟兄E-500(也是4／3制850萬像素，2005年11月上市)榮登排行榜第15名。

千萬請注意，作者在本文內(nèi)所談的只是影像傳感罪的幅面大小問題，絕不涉及傳感器本質(zhì)的各項指標。文內(nèi)所談的，都是作者個人的意見和看法，與編輯部無關(guān)。

1．影像傳感器幅面與像質(zhì)的關(guān)系

數(shù)碼相機如同傳統(tǒng)相機一樣，使用者最主要的追求是像質(zhì)——真善美的像質(zhì)。

從理論上講，影像傳感器幅面大小與像質(zhì)并無直接關(guān)系。像質(zhì)取決于鏡頭質(zhì)量、相機質(zhì)量(特別是機內(nèi)軟件質(zhì)量)和影像傳感器質(zhì)量三者的綜合質(zhì)量(當然還有儲存卡的質(zhì)量)。影像傳感器的質(zhì)量則表現(xiàn)在它的感光點(像素)數(shù)量及其對光、電、色的感應質(zhì)量。至于感光點的功效高低，則取決于感光點的材料組份、大小、形狀、疏密及排列方式。影像傳感器中的CCD幅面，至今在美、日兩國還難做到像135那樣的大(但徠卡R9的數(shù)碼模塊是用丹麥一家CCD廠研制的幅面與135相等的1000萬像素)，因此像素尚停留在800萬階段；另一類CMOS則已可做大到稱為全幅面的135一樣大，可容納的像素已在千萬個以上，EOS-5D即是如此。

但從拍攝后，特別是專業(yè)單反相機必然要做的放大作業(yè)的要求來看，則影像傳感器幅面應是愈大愈利于高倍放大的超大放大，因此幅面大小又是與超大放大照片的像質(zhì)有關(guān)！

若在一定大小的影像傳感器的幅面內(nèi)，密集了不合理數(shù)量的像素，則這些像素間的相互干擾而形成的噪聲，就會在一定程度上降低像質(zhì)。這是設(shè)計和工藝上的問題，幅面大小不能負其咎!若有合理的設(shè)計和良好的工藝，在同樣像素數(shù)量基礎(chǔ)上，則小幅面也可與大幅面在一定放大限度上有同樣良好的像質(zhì)。

為說明傳感器幅面大小，在合理的放大倍率內(nèi)，像質(zhì)是與幅面大小無關(guān)而在超大放大時又是與幅面大小有關(guān)的情況，茲引美國B．Atkins氏曾就熱銷的3款相機(佳能EOS-D30、尼康CoolPix995和美臺巨達X i)都是300萬像素級但不同尺寸的影像傳感器作為像質(zhì)剖析對象，在網(wǎng)上發(fā)表過一篇題為《尺寸問題Size Matter》的文章。這3款相機在一二年前的中國市場作為準專業(yè)級、業(yè)余級和簡易級的代表產(chǎn)品也都是熱銷名品。它們的外形分見圖1—圖3，影像傳感器幅面比較見圖4。

一臺數(shù)碼相機如有足夠的像素，則影像傳感器大小就不是什么要考慮的問題。只不過是用短焦距的鏡頭來涵蓋與用長焦距的鏡頭來涵蓋大傳感器上一樣的幅面而已。如在佳能D30上用了28～105mm的變焦鏡頭來拍攝一個場景，若在尼康995上用10～30mm變焦鏡頭或美能達Xi上用7．4～28mm變焦鏡頭，則也可拍得與用大傳感器一樣的場景。這些影像在擴印至8英寸×1O英寸時是沒有問題的。但再要放大，問題就越大——圖像越來越模糊！

準專業(yè)級的佳能EOS-D30，2000年5月上市，公評為4星級，零售價2600美元，分辨率最大2760 ×1440像素、最小1440×960像素，圖像bL3：2，像素330萬，CMOS尺寸22．7mm ×15．1mm(相當于APS-C幅面)。

業(yè)余級的尼康Coolpix995，2001年4月上市，公評為4星級，零售價900美元，分辨率最大2048 ×1536像素、最小640×480像素，圖像比4：3，像素370萬，CCD尺寸：1／1．8英寸(7．16mm× 5．32mm，《照相機》2006年第1期第70頁對本機有詳解)。

入門級的美能達× i，2002年9月上市，公評為4星級，零售價不詳，分辨率最大2048 × 1536像素、最小640 ×480像素，圖像比4：3，像素310萬，CCD尺寸1／2．7英寸(5．27mm × 3．96mm)。

茲把有關(guān)事項匯集表4。

就表4所列3款相機的條件試為放大一張8英寸× 10英寸的照片作逐步的推演如下。

若需放大一張8英寸×10英寸的相當清晰的照片，則其畫面至少應有31p／mm的分辨率，依據(jù)表4的第7行，表列的3款相機都能滿足這個要求。現(xiàn)在問題是，照片要有3l/pmm的分辨率，擴印它的影像傳感器應有多大的分辨率?從第8行查得這3款相機的各自數(shù)據(jù)，它們也都符合放大的要求。由于影像傳感器愈小，對8英寸×10英寸照片需要愈大的放大倍率，要保持這樣大的畫面上有同樣的31p／mm，因此對小傳感器就需要有更大的分辨率。根據(jù)31p／mm3放大率得第8行的數(shù)據(jù)，即D30要能在傳感器上記錄分辨率為40．41p／mm的影像，995為們51p／mm和Xi為152．41p／mm。這樣分辨率的傳入則就要依靠完善的鏡頭。由這3種分辨率而知，影像傳感器幅面愈小，對鏡頭的要求愈高，在8英寸×10英寸放大時，竟要求Xi在用F8拍照時要有152．41p／mm的分辨率；反之，D30因幅面較大，要求的放大率就小，因此對鏡頭的分辨率較低，只需40．41p／mm，從而使鏡頭成本大為降低。

鏡頭的完善程度，目前基本上是以調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)1至0來計量的。數(shù)字愈高，鏡頭的對比度、分辨率和還原能力愈完善；反之，則愈差。

上述3款相機的完善鏡頭在用F8的口徑在MTF測試機用第8行所示各自影像傳感器應具的分辨率線對數(shù)字，則應有如第9行所示的MTF值，其在MTF曲線上的位置如圖5。如鏡頭口徑擴大為F4和F2。則各別的MTF值將如第10及第11兩行所示有很大提高。第9、10、11三行所示是對非常完善鏡頭的理想值。事實上，每個鏡頭都有或多或少不完善之處，這樣，MTF值都會陡然下降I

有一種有意思的情況，當口徑由F8縮小為F16時，如第?2行所示，D30尚稱合格，995和X1都為不合格的零，這表明此時這兩款相機拍攝的影像被放大到8英寸X 10英寸時的像質(zhì)很差，因此大放大時，不宜用F16拍照I一般小型數(shù)碼相機鏡頭口徑以F8為最小，其原因即在于此。

由本節(jié)的分析而知，影像傳感器的幅面對需要大放大的單反相機而言，當然愈大愈好，也因此135的全幅面不論現(xiàn)在或?qū)恚际菍I(yè)級單反相機追求的目標，但考慮到成本和市場，則又不得不盡可能用小些的幅面，這也將使整機重量和體形變得輕巧些。(待續(xù))