相机图像传感器尺寸:真的那么关键吗?
1 天前 / 阅读约11分钟
来源:CNET
图像传感器尺寸影响相机性能,大传感器在低光下表现更佳,但小传感器借助像素合并、HDR、计算摄影等技术也能提升表现。选相机要综合考虑传感器、镜头、技术等因素。

GettyImages/drxy

无论是傻瓜相机、无反相机,还是智能手机相机,图像传感器尺寸都是其核心规格之一。从市场营销中不难发现,图像传感器越大似乎越受欢迎,但这是为什么呢?难道传感器尺寸的微小提升,真的能带来如此显著的影响?当你打算选购新相机或手机时,传感器尺寸是否应该成为你的考量因素?

实际上,答案或许是肯定的。在某些特定场景下,较大的图像传感器相较于小型传感器,确实具备明显优势。然而,具体情况还需具体分析。不同的镜头配置、像素合并技术,以及先进的计算图像处理技术,都能助力小型传感器发挥出接近大型传感器的性能。此外,根据你所拍摄的照片类型,传感器尺寸或许根本就不是决定性因素。原因如下所述。

基础知识概览

现代手机中的双摄模块。Wongsakorn Napaeng/Getty Images

图像传感器,这一装置能够吸收光线并将其转化为电信号,随后由相机(或手机)的处理器对这些信号进行解析,从而生成图像。它们的设计目标在于尽可能多地捕捉光线。现代图像传感器在这方面已取得了显著进步,尤其是与数码摄影初期的相机相比。

在白天光线充足的环境下,这一点显而易见。然而,在室内或夜晚等光线不足的场景中,情况就大不相同了。虽然人眼能够轻松适应这些极端环境,但小型图像传感器却往往力不从心。由于捕捉光线的表面积有限,它们所生成的图像可能过于昏暗——假设它们能够捕捉到可用图像的话。

在其他条件相同的情况下,较大的图像传感器拥有更大的表面积来捕捉光线。简单来说,这就好比下雨时你想收集一些雨水。如果你拿着一个酒杯出去,只能收集到一点点;但如果你拿着一个水桶出去,就能收集到更多的雨水。同样的原理也适用于图像传感器,尽管实际情况要复杂得多。

传感器尺寸详解

图像传感器——若你愿意,可将其视为我们的“雨水收集桶”——存在多种尺寸。在产品营销中,你经常会看到“1英寸”、“APS-C”和“全画幅”等术语。这些术语虽具描述性,但并不十分直观。例如,1英寸传感器的任何尺寸(包括其对角线尺寸)实际上都并非1英寸。

以下是我精心绘制的彩色插图,它应该能帮助你了解一些最常见的图像传感器的相对尺寸。

常见图像传感器的相对尺寸示意图。蓝色块大致与35毫米胶片大小相当。APS-C尺寸因品牌而异,但此处展示的是近期富士相机的传感器尺寸。它略小于1英寸宽,对角线略大于1英寸(具体为23.5毫米 x 15.7毫米)。从大到小依次为:哈苏X2D II 100C、佳能EOS R6 Mark III、富士X100VI、徕卡D-Lux 8、与GoPro Mission 1相似、与iPhone 17 Pro相似、与GoPro Hero13 Black和松下Lumix ZS99相似。Geoffrey Morrison/CNET

我无法确保这幅图在每部手机、平板电脑和电脑上都能以实际大小显示,但如果你还记得胶片时代,全画幅传感器大致与35毫米胶片单帧大小相当。如果你不记得,那么APS-C传感器略小于1英寸宽,对角线略大于1英寸。

请记住,这些是图像传感器的物理尺寸。分辨率,即它们包含的像素数量,则是另一回事。你可以拥有一个5000万像素的1/1.28英寸传感器和一个2400万像素的全画幅传感器,反之亦然。分辨率决定了每个传感器像素的大小,从理论上讲,这意味着对于给定尺寸的低分辨率传感器,其吸收的光线会更多。也就是说,对于两个相同尺寸的传感器,分辨率较低的那个通常会有更大的像素,这可能意味着它能够吸收更多的光线。然而,特定传感器的灵敏度和其他因素意味着这并不能100%直接通过数字进行比较。

那么,这些尺寸究竟从何而来呢?这其实是模拟电视时代遗留下来的问题,指的是一个理论上的真空管直径,其光收集电子元件的大小与现代传感器大致相当。这并非玩笑话。从技术上讲,更准确的术语应该是“1英寸型传感器”,但通常被简化为“1英寸传感器”,因为这样更易于阅读。

技术揭秘:像素合并与图像叠加

Getty Images/Oscar Martin

因此,从广义上讲,较大的图像传感器确实能够捕捉到更多的光线。这可能意味着配备较大传感器的相机在低光环境下表现更佳,能够生成噪点更少、图像处理更少的图像,同时还有其他许多主观和客观上的优势。然而,在许多情况下,这种差异将远小于它们相对尺寸所暗示的程度。

我们先从一个易于理解的例子开始。如今,所有主流手机都配备了HDR拍照模式,而且通常默认开启。这与电视上的HDR有所不同。对于照片而言,这意味着相机正在拍摄多张图像并将它们合并。在最简单的情况下,它会捕捉一张稍欠曝的图像(太暗)、一张正确曝光的图像和一张过曝的图像(太亮)。然后,手机会将这些图像合并,使最终结果在阴影和高光部分都比使用相同图像传感器的单张图像具有更多细节。虽然这并不总是能产生完美的结果,但当它奏效时,它能让相机发挥出超常的水平。

大多数高端手机中的夜间、夜景或天文摄影模式都采用了类似的技术,或多或少如此。手机会拍摄多张图像,然后将它们对齐并进行一些复杂的计算摄影处理,通过比较所有图像来减少噪点并增加亮度。这让相机的小传感器能够捕捉到远比单次曝光所能捕捉到的更多的光线——或者至少是在单次曝光时间短到足以避免因相机抖动而产生明显模糊的情况下。

谷歌

像素合并是另一种技术手段。这是将一组像素视为一个像素进行处理,从而实际上使每个像素“变大”,能够捕捉更多的光线。使用这种技术生成的照片分辨率会低于传感器技术上所能达到的分辨率,但图像质量可能会更好。毕竟,细节并非一切,特别是当以更好的动态范围和通常更少的噪点为代价时。

接下来是镜头的影响。一个“更快”的镜头比“更慢”的镜头能捕捉到更多的光线。虽然这种差异在手机上通常并不显著,但你可能会惊讶地发现,数值上的微小差异竟然如此明显。使用一个更快的镜头,即更明亮的镜头,哪怕只是快半档,也能捕捉到显著更多的光线,从而可能抵消较小传感器的一些或所有潜在缺点。相机和镜头的组合近乎无限,因此具体情况很重要。在比较规格时,这是另一个需要记住的因素。

最后,还有传感器技术本身的影响。两个尺寸相同的传感器根据其设计和技术的不同,性能可能会有很大差异。15年前的全画幅传感器可能比今年发布的APS-C传感器的动态范围更差。有很多变量在起作用。通常(但并非总是),全画幅传感器用于更高端的主流相机,并且通常具有最新的传感器技术/性能。

何时传感器尺寸可能无关紧要

Wladimir Bulgar科学图片库/Getty Images

作为一名摄影师,我确实能够注意到用手机拍摄的照片和用配备大图像传感器的独立相机拍摄的照片之间的差异。通常,用独立相机拍摄的图像噪点更少、细节更真实、背景虚化更自然,整体图像质量也更好。然而,不太明显的是用尺寸相似但市场宣传尺寸不同的图像传感器拍摄的照片之间的差异。我拥有一台全画幅相机多年并且非常喜欢它,但在过去的一年里,我拍摄的几乎所有真正喜欢的照片都是用配备较小APS-C传感器的相机拍摄的。我认为这些照片中的任何一张如果用全画幅相机拍摄,都不会变得更好——甚至不会有明显的不同。

回到标题中提出的问题:是的,相机传感器尺寸确实很重要。然而,相机和摄影师本身的因素更为关键。如果你对摄影不感兴趣,那么最终结果的差异将不会很大,特别是考虑到许多配备较小图像传感器的设备都具有先进的功能。配备1/1.9英寸传感器的相机和配备1/1.28英寸传感器的相机在其他方面的差异太大,无法仅根据传感器尺寸来确定哪款相机能拍摄出更好的照片。例如,多年来,谷歌Pixel手机使用的图像传感器比同类的三星和苹果设备更小,但由于其卓越的计算摄影技术,在低光环境下拍摄出了更好的图像。

如果相机没有这些先进功能,比如松下Lumix ZS99,那么最大的差异将是低光性能不佳。然而,那款相机令人印象深刻的变焦能力仍然使它在许多情况下成为一款有吸引力的相机。因此,与任何事情一样,请查看评测和非营销性质的图像样例,以了解相机的实际表现。

在大多数情况下,如果你只是将照片发布到社交媒体上,并且不追求极致的图像质量,那么图像传感器的尺寸并不会产生太大的影响。

SDI Productions/Getty Images

倘若你对摄影饶有兴致——抑或想尝试涉足这一领域——那么在挑选最适合自己的相机时,诸多因素都需要纳入考量。“最好的相机,便是你时刻带在身边的那台”,这句至理名言至今依然振聋发聩。正如我此前所言,在使用全画幅相机多年之后,我又重新用回了APS-C相机。在诸多层面,尺寸较小的传感器反倒更能契合我的需求,而且相机本身也更为轻便、紧凑,携带起来轻松自如。若有机会,我会选择升级到中画幅相机吗?鉴于那些系统高昂的成本与庞大的体积,答案大概率是否定的。对于我的出行方式而言,那无疑会成为一种负担,而非助力。不过,我并未卖掉我的全画幅相机,当我在家时,它依旧能完全胜任我的专业拍摄工作。

在此,我的建议是——假设你读到此处时,对摄影领域还相当陌生——购置一台你能够轻松负担得起的相机,再搭配几个优质镜头,并深入透彻地了解它们的性能特点。一旦你掌握了一定的拍摄技巧,或许就能更清晰地认识到,那些配备较大传感器、价格更为昂贵的相机,究竟能为你带来什么。也许你渴望拥有比小传感器所能提供的更为宽广的视野,又或许你期望在低光环境下拍摄出噪点更少的图像。又或者,你或许想追求尽可能窄的景深效果,结果却发现90%的照片都因对焦失误而拍得差强人意(我本人就有过这般经历)。到那时,你便可以留意市场上那些新奇亮眼的产品了。或者,更为明智的做法是,看看能否以折扣价淘到一些二手设备。


关于作者:Geoff除了专注于报道音频与显示技术之外,还会踏上摄影之旅,去捕捉世界各地那些酷炫的博物馆与景点的独特魅力。他的足迹遍布核潜艇、航空母舰、中世纪城堡,还曾开启过一场长达10000英里的史诗级公路旅行。

此外,不妨看看他的旅行书《傻瓜指南:预算旅行》,以及他创作的关于城市级潜艇的畅销科幻小说。你可以在Instagram和YouTube上关注他的动态。