数码相机的图像传感器尺寸.docxVIP

数码相机 的图像传感器尺寸●陈俊文一般认为, 决定数码相机(DC ) 图像质量的硬件因素有3 个 ,即 图 像 传 感 器(如CCD 、CMOS 等 )、 镜 头 和 图 像 处 理器。要说这3 个因素中哪一个最重要, 似乎不好说, 因为这3个因素中的随便哪一个差了, 都会降低图像质量。不过, 如 果我们进行更深一步的分析, 可以发现, 图像传感器是其中 最重要的因素, 而图像传感器的尺寸大小又是图像传感器的最重要因素。镜头和图像处理器虽然很重要, 但它们是在图像传感器基础上发挥作用的。即使新一代图像处理器, 对图像质量的 提高也有限。目前的中、高级镜头, 再作改进的空间并不多。图1图像传感器的外形图像传感器是决定图像质量的核心,有着极大的提高潜力。这里姑且不去论述传感器内部技术的改进, 在同样的技术水平下, 只要将传感器做得大一些,就可以明显提高图像的干净程度和提高获得清晰图像的成功率;只要将传感器上的 像 素 做 得 多 一 些 , 就 可 以 提 高 图 像 的 分 辨 率 和 精 细 程 度 。图像传感器的外形见图1 。大尺寸的图像传感器的优点:1.容许更大的像场, 获得更大的光通量像场是指在照相机中,以胶片或图像传感器的有效对角线为直径所形成的一个圆, 像场越大,感光器件上能够获得的光线总量越多, 形成的图像质量越好。比 如 数 码 相 机APS 尺 寸 的 传 感 器 , 其 长 宽 尺 寸 为24 ㎜×16mm , 对角线为28.8mm , 像场面积为652.9mm2, 传感器受图2 全画幅和APS 传感器的尺寸和像场大小对比光面积为384mm2。而所谓“全画幅”尺寸的传感器, 其长宽的层次更丰富、色彩更饱满, 信噪比提高, 画面噪点减小, 图像更加干净。3.容许更多的像数, 获得更清晰的图像大尺寸的传感器能容纳更多的像数, 图像分辨 率和清晰度随之提高。比如用PIMA/ISO 12233 标板 图 像 进 行 测 试 , 富 士 FinePixS3 Pro 在 使 用尺 寸 为 36mm ×24mm , 对 角 线 为 43.3mm ,像 场 面 积 为1470mm2, 传感器受光面积为864mm2。全画幅传感器的的实际受光量是APS 尺寸传感器的2.25 倍, 不言而喻,像质量要高于前者 (见图2 )。后者的成2.更大的单个感光单元面积, 获得更优质的图像由于单个感光单元面积增大, 所捕获光也增多, 使图像922006 年 第 1 期一、传感器大小的作用数 码 天 地shiyongyingyinjishu实用影音技术月刊(每月 1 日出版)600 万像素时, 其分辨率为1800LPH 左右, 而用1200 万像素拍摄,其分辨率可以达到2000LPH 以上。4.更高的感光度, 在光线差的条件下也能获得优质图像高感光度使用在环境光线差的场合, 比如阴雨天、舞台或夜景 等。但是, 高感光度容易使图像质量下降, 主要表现在缺乏层次、 噪点增多, 使得图像变脏, 不够干净和细腻。造成这种情况的主要原因是传感器的灵敏度和信噪比不足, 光 线不好时为了达到一定的曝光量, 需要加大电信号的增益量, 噪声 信号也被放大, 使噪点随感光度的提高而增加, 图像质量劣化。因此, 在使用小尺寸图像传感器时, DC 的最高感光度不会设计 得 很 高 。 一 般 消 费 类 DC 的 感 光 度 设 计 成 ISO50 、 ISO100 、 ISO200 、ISO400 共4 挡。在单反DC 中, 由于采用了大尺寸的图像 传感器, 因此可以把最高感光度设计得很高, 近期的产品一般不会 低于ISO1600 , 更好一点的达到了ISO3200 , 最高达到ISO6400 。 对于有的单反DC , 即使在ISO800 和ISO1600 的情况下, 其图像质 量甚至比普通DC 低至ISO200 情况下的质量还要好。5.支持更高的快门速度, 在动态条件下更易获得清晰图像众所周知, 在光圈大小和感光度一定的情况下, 为了达到合适 的曝光量, 具有决定意义的就是快门速度。如果快门速度不够快, 在没有三脚架使用长焦镜头时难以控制手的抖动, 或被拍摄物体处 于运动状态时, 就不易获得清晰的图像。在被拍摄物体、环境光线、光圈大小和感光度都已经确定的情 况下, 增大传感器的受光量能够提高快门速度。普通DC 的最高快门 速度为1/1000 秒, 只有少数旗舰机可 达1/4000 秒 。 而 单 反DC 由 于采用了大尺寸图像传感器, 即使是入门机型, 最高快门速度起码 也可以达到1/4000 秒, 更好的甚至可以达到1/16000 秒, 如佳能的EOS-1D 、EOS-1DS , 尼康的D1X 、DIH 等。图3 使用最小传感器1/3.2