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相机为什么不像现在手机一样堆像素?

本帖由 漂亮的石头2022-03-02 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

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    [​IMG] 周一,UX Design / Master of Fine Art 阅读原文

    画质有两个维度决定:像素数量,和单个像素的成像质量。

    像素数量很好理解,一句话的事情,像素越多,图片就越精细,能放更大。

    比如 1080p 是约两百万像素,低于两百万像素,你连 1080p 的显示器都铺不满,打印照片只能打个 4 寸,这就很淦。这个阶段,像素数量的提升对提升画质有决定性的影响。

    但是,当像素到达一定的级别以后,就“够用了“——比如扩印一张半米左右的照片需要 2000-3000 万像素,4k 显示器平铺只需要不到一千万像素——在此基础上,像素能做多,当然还是好的,但只是锦上添花,更多的作用只是给后期剪裁提供更大的空间。

    另一方面,当像素到达一定的级别的数量(够用)以后,决定画质的主要因素就从像素数量变成了每个像素的成像质量。

    问题是感光芯片就这么大,你像素越多,每个像素就越小。每个像素越小,其素质就越差。

    为什么呢?因为,每个像素成像质量,受到物理定律的限制。

    光的本质就是一种电磁波,相机 / 手机摄像头的感光芯片上,每一个像素你可以理解就是一杆天线,几千万像素就是几千万杆天线。

    问题是,这么小的像素,对光信号(电磁波)的接收能力肯定不会完美,不但会出现大量的误差,精度也是一个问题。

    越大的像素颗粒就越容易的接收到准确的光信号(天线越粗信号越好)。所以在同代技术下,像素尺寸越大,素质就越好。

    举个例子,当你手机信号不好的时候打电话,是不是就断断续续听不清?同理,当光信号不够强的时候,感光芯片上的每个像素就更容易产生误差或者不准确——产生的结果就是“噪点”——这种情况在暗光(光信号弱)的时候尤为常见。

    你可以在暗光随便拍一张照,然后放大百分之百,仔细看,上面会有很多杂七杂八的红色蓝色小点,越暗的地方越多,这就是噪点。

    所以,相机为了保证每个像素的成像质量,就一定要保证每个像素的尺寸,不可能乱堆像素。

    以现在的技术,在不保证每个像素素质的情况下,堆像素很容易。半导体制程上去,死里堆呗。

    其实,现在每一代相机的提升,主要都是想尽办法提升各个像素接收光信号的能力。在保证这条的前提下,再看能提升多少像素。

    至于手机堆像素,但凡超过三千万的,统统是纯噱头,没有例外。


    另外,有些人可能有疑问,为了兼顾像素的尺寸以及像素数量,我把感光芯片做大不就行了?

    恭喜你,答对了一半。这正是相机与手机的区别——相机的感光芯片确实比手机大很多。也确实有更大感光芯片的相机,比如中画幅。也有使用相机传感器的手机比如索尼刚出的黑卡手机。

    那为什么说答对了一半呢,因为问题也刚好出这里——感光芯片的尺寸不能随便乱做,不但受半导体工艺的制约,越大的芯片成本越高。更重要的是感光芯片尺寸越大,镜头就要越大——这也是为什么相机镜头都论斤幺。

    最关键的是,由于镜头大,镜头成本就非常高,镜头成本非常高,导致了镜头不能乱做,要遵循一个标准——各台相机间的镜头要能通用——你不能一万块一枚镜头,只给 5D2 用,下次出了 5D3 我又要重新买镜头,这肯定不行,所以镜头要有一个标准。

    而当镜头有了标准,尺寸不能乱改,那么感光芯片的尺寸也要针对镜头,不能乱改。

    所以,相机的感光芯片,尺寸就这么大——并且由于历史原因,总之现在(可更换镜头的)相机感光芯片主流就四种,尺寸从小到大依次是:四三画幅、C 画幅、全画幅和中画幅——其中全画幅和中画幅尺寸是沿用当年的 35mm 胶卷和中画幅胶片的尺寸,原因最主要就是镜头通用。

    比四三系统小的,一般由于镜头成本不高,所以都做死在相机上了,比如卡片机,包括手机也是。

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