單幀電子取樣數(shù)字電機(jī)與數(shù)碼單反相機(jī)的對(duì)比研究

單幀電子取樣數(shù)字電機(jī)與數(shù)碼單反相機(jī)的對(duì)比研究

1數(shù)碼拍攝技術(shù)的發(fā)展攝影在20世紀(jì)迅速發(fā)展。它不僅是一個(gè)記錄社會(huì)變化和自然變化的工具。通過相機(jī)攝像頭記錄的圖像被一定程度地加工和刪除，使其更重建、更簡(jiǎn)單、更模糊、更清晰、更黑暗、更透明、更壓縮、更寬廣。然后創(chuàng)作出一個(gè)獨(dú)特的藝術(shù)，并在更廣泛的發(fā)展和普及中得到了傳播。今天,一個(gè)沒有攝影術(shù)的世界是不可想象的。攝影術(shù)的發(fā)展得益一個(gè)重要的工具——照相機(jī)的發(fā)展,從技術(shù)上來說,單鏡頭反光相機(jī)使照相機(jī)技術(shù)發(fā)展到了顛峰,如今“單鏡頭反光”技術(shù)又進(jìn)入了數(shù)碼世界。但是,人類發(fā)展史證明,沒有一個(gè)技術(shù)是永遠(yuǎn)輝煌的技術(shù),本文試圖用筆者僅有的知識(shí),說明目前如日中天、捧者如云的單鏡頭反光數(shù)碼相機(jī)(DSLR),在數(shù)碼時(shí)代將會(huì)走向沒落,取代它的將是“單鏡頭電子取景數(shù)碼相機(jī)(DSLE)”。同時(shí)也試圖說明,在“像素”、“動(dòng)態(tài)范圍”、“時(shí)滯”等問題解決以后,人們會(huì)用小尺寸數(shù)碼照相機(jī)得到目前用大畫幅膠片照相機(jī)才能得到的作品。2多機(jī)融合的鏡頭鏡頭1589年,意大利科學(xué)家貝特斯塔夫發(fā)現(xiàn)了小孔成像原理,三個(gè)世紀(jì)后的1816年,格拉斯發(fā)現(xiàn)了通過化學(xué)感光原理的攝影術(shù),此后達(dá)蓋爾發(fā)明了銀版攝影術(shù)和沖洗照片的方法。從此,攝影術(shù)開始走向?qū)嵱?造成了一個(gè)天作之合的神話——大自然和人物竟能攝魂錄魄般地被記錄在一個(gè)膠片、一張紙上,人間美景和事物從此被記載、被傳播、被認(rèn)知。照相機(jī)出現(xiàn)后,由于需要對(duì)被攝物的方位、大小進(jìn)行精確記錄,因此制造了取景器。隨后人們又發(fā)明了光學(xué)取景器,由于調(diào)焦的需要,光學(xué)取景器和成像鏡頭應(yīng)同步聯(lián)動(dòng),這樣就出現(xiàn)了雙鏡頭反光相機(jī)和旁軸取景相機(jī)。照相機(jī),攝影術(shù)和光學(xué)技術(shù)在不斷發(fā)展,可換鏡頭相機(jī)的出現(xiàn)在攝影史上是具有里程碑的事件。但從此人們也有了更多的“麻煩”,他們要讓取景器和各種鏡頭能夠聯(lián)動(dòng)。對(duì)旁軸取景相機(jī)而言,取景器和不同鏡頭的聯(lián)動(dòng)是非常困難的技術(shù)。1931年到1936年,德國(guó)愛哈推出了俯視取景的單鏡反光120和135相機(jī),使取景和成像鏡頭合二為一。1948年,東德蔡斯公司推出了一種新型相機(jī),它采用了一系列光學(xué)器件,使從一只鏡頭進(jìn)來的光線在不同的時(shí)間和空間到達(dá)取景器和感光材料,從而最大限度地實(shí)現(xiàn)了攝影師的夢(mèng)想,取景和成像終于最大程度的相似,他們把這種相機(jī)叫平視取景單鏡頭反光相機(jī)(SLR)。由于有了這些優(yōu)點(diǎn),單鏡頭反光相機(jī)以橫掃千軍的氣勢(shì)傲立于眾相機(jī)之顛。到了上世紀(jì)80年代,美能達(dá)MINOLTA7000出現(xiàn)后,照相機(jī)自動(dòng)化的基本問題均已解決。從此,普通人群可以用專業(yè)的手段觀測(cè)和拍攝照片。在技能方面,每一個(gè)能掌握器材的攝影師都站在同一起跑線上,能不能獲得優(yōu)秀的作品取決于你的綜合修養(yǎng),對(duì)文學(xué)、藝術(shù)、音樂、環(huán)境、軍事……甚至科學(xué)進(jìn)步的認(rèn)知。1978年后,中國(guó)攝影家協(xié)會(huì)舉行了多種攝影大獎(jiǎng)賽,有很多屆的金獎(jiǎng)都被普通的旅游者、行政官員、作家這些非專業(yè)攝影師用俗稱“傻瓜”的相機(jī)拍攝獲得。這見證了器材的進(jìn)步,使人類前所未有地獲得了彌補(bǔ)自己專業(yè)知識(shí)不足和技能不足的方法。單鏡頭反光相機(jī)的快速發(fā)展鼓勵(lì)了人們的使用,反過來又促進(jìn)了它的發(fā)展,經(jīng)過了多年的競(jìng)爭(zhēng),佳能、尼康、美能達(dá)等走在135單反相機(jī)前沿的企業(yè)推出了龐大的鏡頭群,采用了當(dāng)今最先進(jìn)的工藝和科技制造這些鏡頭。由于有了優(yōu)秀的、龐大的、尤其是昂貴的鏡頭,在心理上和物質(zhì)上都難于承受損失這些鏡頭的壓力下,單鏡頭反光相機(jī)有了巨大的后盾和支持,同時(shí)也促進(jìn)其再發(fā)展,使用戶不斷深入使用這些設(shè)備,并沉淪在這些設(shè)備中。3fpga成像的現(xiàn)狀就在傳統(tǒng)攝影術(shù)深深沉溺于自己君臨天下的風(fēng)范和橫掃千軍的氣勢(shì)中的時(shí)候,遙遠(yuǎn)的天邊響起了驚雷,數(shù)字?jǐn)z影術(shù)在科學(xué)進(jìn)步這個(gè)母親的襁褓中誕生,這個(gè)嬰兒步履蹣跚的走向腥風(fēng)血雨的中土大地。在膠片技術(shù)的使用者和消費(fèi)者紛紛向數(shù)碼技術(shù)不斷發(fā)起質(zhì)疑和攻擊的時(shí)候,膠片生產(chǎn)的巨頭柯達(dá)和富士早已全身心地投入了新的數(shù)碼感光材料研制,終于,在1976年柯達(dá)推出全球第一臺(tái)數(shù)碼相機(jī)。很多人漠視數(shù)碼科技的力量,是他們忽略了電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)至今遵守的一個(gè)理論,即摩爾定律。世界半導(dǎo)體技術(shù)的巨頭INTER公司的創(chuàng)始人之一戈登·摩爾37年前曾預(yù)言,半導(dǎo)體器件的核心技術(shù)—集成電路的密度每?jī)赡攴环鴥r(jià)格下降一倍。在90年代中期,CCD才達(dá)100多萬像素;而到2004年市售產(chǎn)品中,小于135幅面的CCD已達(dá)1280萬像素,135幅面CMOS更達(dá)到了1670萬像素。按摩爾定律推測(cè),兩年后小于135幅面的CCD將達(dá)2400萬像素,CMOS達(dá)3200萬像素,更何況是四年、八年后呢?同時(shí),CCD的色彩深度目前已經(jīng)可以做到48位,按膠片對(duì)顏色的感知比對(duì),24—36位色彩深度已足夠。就“時(shí)滯”而言,Canon1ds-markII已經(jīng)達(dá)到0.3秒的開機(jī)和55毫秒的快門時(shí)滯(與EOS1V相當(dāng))。在動(dòng)態(tài)范圍方面,目前的看法是如果單個(gè)像素面積太小,受到太多的光照,電荷充滿后會(huì)溢出到相鄰像素,產(chǎn)生高光溢出。根據(jù)視覺習(xí)慣,目前135面積CCD(CMOS)的動(dòng)態(tài)范圍已與膠片接近。而且,人類對(duì)已知材料的靈活運(yùn)用是驚人的,在135畫幅面積以下,富士公司使用了SuperCCDSR技術(shù)將CCD的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展到接近普通負(fù)片水平,可見就CCD(CMOS)現(xiàn)狀而言,對(duì)它的創(chuàng)新運(yùn)用也會(huì)成倍地提高性能,何況將來。目前,按照測(cè)試,在人像攝影中,由于膠片和數(shù)碼兩種攝影系統(tǒng)的模量傳遞特性不同,數(shù)碼相機(jī)僅以1000萬高質(zhì)量像素的的清晰度就勝過6×5底片的1億像素;同理,像素較低的數(shù)碼相機(jī)和理論像素超過其數(shù)倍的膠片比較,在成像上后者并無優(yōu)勢(shì)(注1)。在分辯率上,就視覺而言,在正常光線下800萬像素的高檔“消費(fèi)類數(shù)碼相機(jī)”的成像已超越135膠片相機(jī)。(限于篇幅,筆者將在另外的文章中引經(jīng)據(jù)典和用圖片對(duì)此說明)。因此,在技術(shù)發(fā)展到一定時(shí),小面積CCD(CMOS)將達(dá)到大畫幅膠片的成像水平;當(dāng)然,大面積CCD(CMOS)有更好的質(zhì)量,但是已超越了實(shí)用。數(shù)碼照片已和相機(jī)合二為一,只要你有足夠的精力,你可以每天拍攝一萬張照片。這好像一個(gè)天方夜譚,但你的確已經(jīng)觸摸和使用了這個(gè)神奇的科技。盡管膠片的偏激衛(wèi)道士喋喋不休地?cái)?shù)落著數(shù)碼相機(jī)的缺陷,但膠片巨頭柯達(dá)和富士不斷減產(chǎn)、裁員、停廠并在數(shù)碼領(lǐng)域另攀高枝,膠片、數(shù)碼兩者前途顯而易見。數(shù)碼技術(shù)正飛快地發(fā)展,不久它將把膠片擠在角落,但膠片仍將在特殊領(lǐng)域和環(huán)境中繼續(xù)發(fā)揚(yáng)光大,與機(jī)械相機(jī)成為長(zhǎng)期絕配。數(shù)碼相機(jī)的成功正顛覆著傳統(tǒng)攝影術(shù)的理念,各種傳統(tǒng)技術(shù)紛紛移植數(shù)碼技術(shù)的精髓,這些技術(shù)的移植主要是為了解決擁有傳統(tǒng)的昂貴的照相設(shè)備的用戶,這樣,出現(xiàn)了諸如數(shù)碼后背之類產(chǎn)品,但終究是權(quán)宜之計(jì)。4數(shù)碼可正確顯示的影像步入數(shù)碼領(lǐng)域后,憑借大量傳統(tǒng)使用者和原來昂貴鏡頭擁有者的支持,擁有單反技術(shù)的廠家也拼命推波助瀾,單鏡頭反光數(shù)碼相機(jī)把傳統(tǒng)單反的霸氣帶進(jìn)了數(shù)碼領(lǐng)域,并自稱為高檔相機(jī)、專業(yè)相機(jī)。附圖4是數(shù)碼單反成像原理。由圖可見,數(shù)碼單反的取景、測(cè)光和傳統(tǒng)單反一脈相承,透過光學(xué)取景器看到的景物和曝光在CCD上的影像常常是有出入的,由于反光鏡抬起前CCD不受光,因此不能預(yù)覽影象、不能記錄活動(dòng)影象。如果取景器無人遮擋,從取景器反射下去的光線也能干擾測(cè)光。再者,在安靜環(huán)境和特殊環(huán)境按下快門時(shí),單鏡頭反光相機(jī)不可割舍的反光鏡會(huì)抬起,產(chǎn)生了振動(dòng),產(chǎn)生了聲響。單鏡頭反光相機(jī)靠五棱鏡折射取景,這在當(dāng)時(shí)是一項(xiàng)很先進(jìn)的技術(shù),但同時(shí)大大增加了制造難度、成本、體積并使保養(yǎng)困難。從實(shí)際觀測(cè)可知,數(shù)碼單反只是在快門按下后,才是數(shù)碼相機(jī)。所以數(shù)碼單反相機(jī)更確切的稱謂似乎應(yīng)該是“單鏡頭反光數(shù)碼后背相機(jī)”。附圖4是LCD取景的普通數(shù)碼相機(jī)的成像原理,從圖可見,在普通數(shù)碼相機(jī)電子取景器(EVF)或LCD顯示屏上看到的景物,是由CCD感應(yīng)到的光線經(jīng)相機(jī)處理后,放在電子取景器或LCD顯示屏上的,任何手動(dòng)調(diào)節(jié)影響到曝光組合的變化,都會(huì)由CCD感知,而反映在電子取景器和LCD顯示屏中,按下快門后也是這個(gè)CCD將先前看到的景物忠實(shí)地放在存儲(chǔ)器上。這個(gè)令人愉悅的過程滿足了人類從攝影術(shù)誕生后即產(chǎn)生的幻想,獲得一張看到的和得到的、是基本相同的而不是相似的影像。換句話說,電子取景這個(gè)技術(shù)的出現(xiàn)劃時(shí)代地使人們通過調(diào)節(jié)曝光組合,能在復(fù)雜光線中得到和看到與實(shí)景相同的曝光后的預(yù)覽影象;而數(shù)碼單反相機(jī)在曝光前用自然景象,曝光后用經(jīng)處理后的影象讓你觀看,人眼與CCD對(duì)光線的感知不相同,并且幅面大小也有差異。這是電子取景數(shù)碼相機(jī)和數(shù)碼單反相機(jī)的重要區(qū)別之一;同時(shí)電子取景數(shù)碼相機(jī)的取景屏可以多角度翻轉(zhuǎn),便于各種情況的取景,取代了單鏡頭反光相機(jī)的多種昂貴、復(fù)雜的取景器,這是電子取景數(shù)碼相機(jī)和數(shù)碼單反相機(jī)的重要區(qū)別之二。佳能PRO1、索尼828、索尼R1采用了以上技術(shù),在手動(dòng)檔關(guān)閉了環(huán)境亮度補(bǔ)償,調(diào)節(jié)曝光組合會(huì)由CCD感知而反映在電子取景器和LCD顯示屏中,可以預(yù)覽曝光后的影象。當(dāng)然,數(shù)碼單反相機(jī)的取景器并非一無是處,光學(xué)取景器觀察到的景物在現(xiàn)階段較電子取景器更清晰,但后者正迎頭趕上,尤其是大尺寸的LCD顯示屏和高精度EVF已經(jīng)出現(xiàn)在數(shù)碼相機(jī)上,不論取景和預(yù)覽都更清楚、方便。5電子鏡頭的選擇就數(shù)碼相機(jī)的稱謂,筆者認(rèn)為把Canonpro1、Nikon8800這樣的數(shù)碼相機(jī)叫做“消費(fèi)類數(shù)碼相機(jī)”和“準(zhǔn)單反數(shù)碼相機(jī)”是非常含糊、定義錯(cuò)誤和可笑的。正確的稱呼應(yīng)比照歷史上對(duì)旁軸取景相機(jī)、雙鏡頭反光相機(jī)、單鏡頭反光相機(jī)的命名,我認(rèn)為應(yīng)稱其為“單鏡頭電子取景數(shù)碼相機(jī)(DSLE)”。就佳能而言,單鏡頭電子取景數(shù)碼相機(jī)PRO1對(duì)數(shù)碼單反相機(jī)EOS300D的擠壓是明顯的,同時(shí)也分流了EOS350D、EOS20D的用戶。根據(jù)調(diào)查,一個(gè)沒有庫存鏡頭的普通消費(fèi)者更愿意選擇PRO1。筆者對(duì)PRO1和EOS350D作了實(shí)用比較,PRO1擁有佳能引以為傲的L鏡頭,變焦范圍28—200,鏡頭使用了超聲波馬達(dá)對(duì)焦(USM),它包括了一片超低色散鏡片和一片天然瑩石鏡片,可以很好地控制色散。另外它還加入了兩片非球面鏡片用于控制像差?，撌哂械蜕⒌奶匦?但是由于獲取加工不易,因此價(jià)格高昂。Canonpro1移植了佳能公司在傳統(tǒng)相機(jī)和數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域的眾多優(yōu)秀成果,是難得出現(xiàn)的集大成者。PRO1成像非常優(yōu)秀,如果用220DPI的印刷精度和420×297毫米(A3)幅面,可以輸出色彩豐富、動(dòng)態(tài)優(yōu)良、銳度頗高的精美的照片。筆者另有幾只傳統(tǒng)的佳能L鏡頭,購(gòu)價(jià)均在一萬元以上,這些L鏡頭有些還不含有螢石鏡片。所以僅僅PRO1擁有的L鏡頭的價(jià)值,就足夠換取一套EOS350D套機(jī)或EOS20D機(jī)身。PRO1何以如此賤價(jià),是因?yàn)镾ONY推出了擁有蔡斯鏡頭的售價(jià)僅數(shù)千元的828,可見競(jìng)爭(zhēng)對(duì)消費(fèi)者的好處。所以擁有傳統(tǒng)相機(jī)生產(chǎn)技術(shù)的廠商更愿意把鏡頭和機(jī)身分開賣,而數(shù)碼單反相機(jī)正是可以分開賣的商品。PRO1的缺點(diǎn)是時(shí)滯稍大。反觀數(shù)碼單反相機(jī)EOS350D,雖然有比PRO1大得多的圖象傳感器,但隨帶的鏡頭僅是18—55(28—88)的普通鏡頭,套機(jī)的成像比PRO1有一定差距。如果換用價(jià)格10000元的17—35L鏡頭(換算在EOS350D上為27.2—56),在相同焦距時(shí)對(duì)同一遠(yuǎn)景拍攝,放大到A4幅面時(shí),兩者輸出的照片相似,對(duì)比高光和暗部,大CMOS的優(yōu)點(diǎn)不明顯。但這時(shí)EOS350D+17—35L已高達(dá)16000元,還需要再添置35—200焦段的鏡頭才能與PRO1相當(dāng)(估計(jì)價(jià)格已近3萬元)。同時(shí),EOS350D不能在LCD上預(yù)覽取景,在取景器中觀察到的景物和最終成像,受測(cè)光影響有差異,在復(fù)雜光線如早晨和黃昏時(shí)更甚。為了正確曝光,需要回放影像不斷手動(dòng)調(diào)整曝光組合,或需要有經(jīng)驗(yàn)的攝影師作曝光補(bǔ)償。同時(shí)不能俯仰取景,