图解数码相机原理和结构
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1.2 数码相机的功能和性能(相机选购要点)

单反相机和微单相机

在日本,2002 年数码相机的销售量就超过了胶片相机。在数码相机的普及方面,日本比西方国家要早,发展也非常迅猛。

但是,近年来的销售状况却异常严峻。从日本国际相机影像器材工业协会(Camera & Imaging Products Association,CIPA)公布的数据来看,数码相机的出货量从 2010 年开始呈下降趋势,在过去的五年里更是逐年加速下降 4(表 1.3 和表 1.4,图 1.18 和图 1.19)。该数据对单反相机、微单相机等可换镜头式相机,以及卡片数码相机等固定镜头式相机分别进行了统计。结果显示,在整体出货量中占多数的固定镜头式相机,出货量显著下降。卡片数码相机的市场占有率整体下降,除了市场已经处于饱和状态以外,智能手机的普及也是一个原因。观察一下在旅游景点拍照的人们就可以发现,现在使用智能手机拍照的人占了大多数。

4 本书原版出版于 2017 年,这里的“过去的五年”指的是从 2012 年到 2016 年。

图 1.18 全球数码相机总出货量逐年下降

图 1.19 日本数码相机总出货量逐年下降

自 2009 年以来,希望在家庭旅行或集体活动时拍出高画质照片的人越来越多,以中老年人和女性用户为主的高画质摄影爱好者也在增加,所以可换镜头式相机的出货量一度有了回升的迹象。

但近年来,由于东日本大地震和熊本地震等自然灾害,相机的制造、流通和销售等过程都受到了很大的影响,出货量再次下降。

表 1.3 全球数码相机总出货量(台)

※ 这里的“无反相机”包括了微单相机、单电相机、可换镜头式旁轴相机和可换单元系统相机等。

表 1.4 日本数码相机总出货量(台)

※ 这里的“无反相机”包括了微单相机、单电相机、可换镜头式旁轴相机和可换单元系统相机等。

可换镜头式相机中,单反相机和相对比较便宜的微单相机哪个更受市场青睐呢?

微单相机现在还没有明确的定义。商场中在售的可换镜头式相机通常直接分为单反相机和比较广义的无反相机(非单反),因此对于微单相机,并没有单独的统计数字。

纵观近几年可换镜头式数码相机的统计数据(表 1.3),可以发现由于微单相机的出现,单反相机的占比在逐渐减少。

根据日本的数据(表 1.4),2016 年数码相机的总出货量为 352 万台,可换镜头式数码相机约为 128.3 万台,其中单反相机约为 80.6 万台,占比为 62.8%,无反相机约为 47.7 万台,占比约为 37.2%。

顺便提一下,CIPA 所统计的无反相机是一个与可换镜头式单反相机相对的概念。它有多种类型,包括微单相机、单电相机、可换镜头式旁轴相机和可换单元系统相机等(不包括固定镜头式数码相机)。

与卡片数码相机有着明显区别的微单相机之所以格外受关注,不仅因为其镜头可换,还因为一些微单相机采用了较大的图像传感器。譬如:微型 4/3 系统的图像传感器大小为 4/3 画幅;索尼 α6500、宾得 K-01 和富士胶片的 FUJIFILM X-Pro1 等的大小为 APS-C 画幅;索尼 α9、α7 系列的大小为 35 mm 全画幅。这些微单相机所用的图像传感器和单反相机的一样。因此,我们经常在店里看到“微单相机虽然机身小,但画质堪比单反相机”这样的广告语。不过,后来也出现了图像传感器比单反相机的还要小的微单相机,比如宾得 Q(1/2.3 英寸 5)和尼康的 Nikon 1 系列(1 英寸),所以微单相机的图像传感器也不一定就大。另外,微单相机这一分类本身也不够明确。比如,Nikon 1 就不叫微单相机,而叫“高级可换镜数码相机”。

5 1 英寸约为 25.4 mm。

专栏 微单相机是“单镜头”吗

在一些杂志或网站的相机分类中,存在“单镜头微单相机”这一类别。那么,微单相机真的跟单反相机一样,都是“单镜头”吗?

单镜头的语义与其实际意义有些不同。在相机中,单镜头一般指的是光学取景器的取景光路和曝光光路共用同一镜头。但是,微单相机没有光学取景器,并不符合该定义。

单镜头在广义上可以理解为在拍摄前可以提前确认要拍摄的景物。因此,虽然没有反光镜,但事先可以通过电子取景器确认景物的微单相机也可以称为单镜头。不过,卡片数码相机和智能手机同样也具有电子取景器,这样一来它们也算是单镜头了。

因此,本书没有把微单相机称为“单镜头微单相机”。

理解规格表的内容

在选购数码相机时,为了比较各个相机的特点和性能差异,很多人会翻看相机的产品说明书或规格表。如果能看懂规格表,应该就能自己判断出相机的性能(图 1.20)。下面,我们将面向初学者介绍一下规格表中与相机基本性能相关的要点,为后面详细讲解数码相机工作原理做铺垫。

图 1.20 读懂数码相机的性能

只要能读懂规格表中的内容,就可以轻松对比数码相机的性能。

在本节的讲解中,有一些内容需要大家多加留意。例如,决定数码相机画质好坏的因素并不是只有一个。镜头的性能和图像传感器的大小、像素数、动态范围等各种因素都会影响画质。要想比较照片的色调,最好直接确认拍好的照片。也就是说,并不是只要相机配备了具有更高像素的图像传感器,就一定能拍出高画质的照片。但在本章中,为便于理解,我们有时会使用“像素更高的相机更有可能拍出优秀的照片”这种表述。关于这个问题,我们将会在后面各章中详细叙述,具体请参照后面几章的内容。

数码相机的主要规格

各制造商的主要规格表大致上是按照原日本摄影机工业协会(CIPA的前身)的数码相机委员会制定的《关于数码照相机的产品目录等的标注指南(2014 年修订)》标注的。该指南的制定初衷在于,让供应商通过统一的标注方法,撰写各数码相机的说明书和相关印刷物,向用户提供清晰明确的信息,以便普通消费者在准确理解产品的前提下挑选、购买和使用产品。指南中的具体内容,例如关于像素数的标注方法如下所示。

  1. 在描述相机的拍摄性能时,需要优先标注有效像素数
  2. 如果需要标注有效像素数以外的像素数(总像素数、记录像素数等),需注意避免与有效像素数相混淆
  3. 当其他像素数和有效像素数需要一起标注时,有效像素数要优先显示或标注
  4. 当有效像素数和图像传感器的尺寸需要一起标注时,要在有效像素数的附近标注图像传感器的总像素数

CIPA 还于 2003 年 12 月制定了《数码相机分辨率的测量方法》,旨在“统一数码相机产品说明书中分辨率的标注方法,避免消费者感到混乱”。此外,该协会在同一时期还公布了《电池寿命测量方法》。

像这样制定比较具体的标注方法,可以防止产品说明书上出现容易引发误解的表述,但从整体来看,不同制造商、不同相机机型之间,还是会有很多不同的条目和不同的标注方法,所以目前的相机产品说明书还没有达到任何人都可以轻松理解的程度。下面我们以佳能 PowerShot G9 X Mark Ⅱ的规格表为例进行说明(表 1.5)。光是“主要规格”就有很多条目,不过这里将以图像传感器、记录媒体、记录图像和镜头等为重点进行介绍(表中标有★)。

表 1.5 数码相机的主要规格

数码相机的构成部件大致分为图像传感器、镜头、机身、记录媒体等。这里的示例是固定镜头式卡片数码相机的规格,如果是单反相机或微单相机等可换镜头式数码相机,镜头部分的规格可以通过镜头的产品说明书或官方网站确认。

有效像素数和图像传感器

能够左右照片画质的部件中,最重要的就是图像传感器。它用于代替胶片将从镜头进入的光记录成像,所以也被称为感光元件。图像传感器的大小(尺寸)和有效像素数是衡量图像传感器性能的两大指标。

现在,常见的数码单反相机所采用的图像传感器,最大尺寸是 35 mm全画幅,接着就是 APS-C 画幅、4/3 画幅(详见 1.4 节)。固定镜头的卡片数码相机等也常用英寸表示图像传感器的大小,比较常见的尺寸如图 1.21所示。一般来说,图像传感器越大,出现高光溢出和暗部缺失的机会就越少,色彩表现越好,噪点也越少。

图 1.21 图像传感器(感光元件)的大小对比示意图

数码相机的图像传感器大小各异。其中最小的 1/3 英寸是智能手机 iPhone 5s ~ iPhone 7 等采用的尺寸。
※ 图中所示大小和实际大小大致相同。
※ 即使英寸数相同,实际大小(长× 宽)也会因制造商或传感器而异。

因为照片画质与光量有很大关系,所以从很早以前,人们就致力于设计大口径的镜头,扩大胶片或图像传感器等的记录面,以聚集更多的光。

在佳能 EOS 系列的销售说明中,图像传感器被比喻为水桶,光被比喻为水,噪点则被比喻为垃圾。水桶越大,能够储存的水就越多,即使其中混入等量的垃圾,这些垃圾也不会很显眼,所以图像传感器大一些比较好。

但是,图像传感器变大后也会出现一些缺点。例如制造成本变高,耗电量变大,容易发热,相机机身和镜头更大更重等。

有效像素数也被称为分辨率,像素级别分为十万、百万、千万等。像素数越多,照片画质越精细。

消费者往往简单地认为“数码相机的像素越高,拍出来的照片越好”,而制造商也迎合消费者的心理,开始了“高像素竞赛”,在广告或产品说明中强调自己产品的像素有多高。其实在这一问题上存在误区。虽然像素数越多,成像确实越精细,但在图像传感器大小相同的情况下,像素数越多,摄入的光量就越少,这反而会导致画质下降。虽然各大制造商都在为了追求高画质而努力提高像素,但“高像素 = 高画质”却并不一定成立。

在尼康和佳能的数码单反中,面向专业用户的旗舰机搭载了最大的 35 mm 全画幅图像传感器,但它们的像素数却比其他的 35 mm 全画幅相机还要小(表 1.6)。这表明,包括高感光度摄影在内,如果想拍出高画质的照片,需要找到最合适的像素数,达到高画质和高像素的平衡。

表 1.6 全画幅相机与像素数

可以看到,尼康的 D5 和佳能的 EOS-1D X Mark Ⅱ都是面向专业用户的旗舰机(★),但它们的有效像素数并不高。

如果把相机比喻成汽车,那么图像传感器的大小就是排气量,像素数就是马力值,像这样阅读产品说明资料,可能就会更加容易理解一些(图 1.22,表 1.7)。

图 1.22 将图像传感器比作汽车引擎

为了迎合市场需求,数码相机也需要有适应不同类型或机型的图像传感器,就像不同车型需要使用不同引擎一样。

表 1.7 图像传感器(以 PowerShot G9 X Mark Ⅱ为例)

从“得到高画质”这一目的来看,图像传感器越大确实越有利,但同时也存在缺点,所以各制造商在制造数码相机时,会结合市场需求确定采用多大的图像传感器。以汽车引擎为例,当排气量大时最大输出(马力)和扭矩有富余,这当然很好,但小型汽车的车身小,装不下大引擎,而且有耗油量大、引擎噪声大等缺点。同样地,图像传感器的大小不仅会影响相机机身的大小,同时也会影响镜头口径大小和镜头长度。与小型车需要小型引擎一样,对于小型数码相机,我们需要考虑如何通过小型图像传感器、小型镜头和小型电池实现高像素、高画质(图 1.23)。

图 1.23 便携式数码相机追求的技术

数码相机的图像传感器分为 CMOS 传感器和 CCD 两种。二者各有优缺点,但最近采用 CMOS 传感器的相机相对较多。一直以来,CCD 的优点就是噪点少、画质清晰,而 CMOS 传感器的特点在于耗电量更小,读取信号的速度更快。但是,由于技术的进步,二者的差距越来越小,所以我们很难简单地说哪种更好(详见第 4 章)。

索尼在卡片数码相机和数码单反相机两方面都有众多产品线,它在 2013 年秋季发布的单反相机和微单相机都采用了CMOS 传感器,而卡片数码相机则主要采用了 CCD。不过,到了 2017 年,大部分卡片数码相机也开始采用 CMOS 传感器了。

CCD 不需要布线层,结构简单,所以即使体积小也很容易聚集光线,而 CMOS 传感器的优点是耗电量小,只要体积够大,受光就会比较充分。它们在结构上各有千秋,这也是在选择相机时的参考因素之一(图 1.24)。

图 1.24 图像传感器剖面和光的照射的示意图

CMOS 传感器一般由 2 ~ 3 层基板构造而成(左图)。CCD 一般只有 1 层(右图),而且不需要复杂的金属电路层,结构简单,其特点就是小型图像传感器也可以很容易地得到充足的光。光通过①片上透镜 / 颜色滤镜→②金属电路层→③受光面(光电二极管受光)的路线最终转换成图像。金属电路层②越多(左图),片上透镜①到最终的光电二极管③的距离就越长,所以光信息缺损的可能性就越大,而且这种缺损是图像传感器的体积越小越显著(上图为示意图)。
资料来源:索尼

从单反相机整体来看,自从佳能EOS 系列开始采用 CMOS 传感器之后,各大公司为了实现高画质和低成本,都开始倾向于采用 CMOS 传感器了。关于两者的差异,请参照第 4 章。

低通滤镜

最近,不搭载低通滤镜的相机产品的画质引起了人们的注意。

以往,大部分数码相机的机型会搭载低通滤镜。它一般安装在图像传感器的前面(表面),通过稍微模糊透过镜头的成像来抑制数码图像特有的噪点,即伪色和摩尔纹。在搭载大尺寸图像传感器以实现高分辨率的数码相机上,原本为了抑制噪点而模糊图像的低通滤镜会导致照片分辨率下降,因此不搭载低通滤镜的相机产品诞生了。无低通滤镜的相机能够在远景拍摄等对画质要求较高的拍摄场景中实现高分辨率摄影,所以受到了人们的关注。

其中有几款产品还引起了人们的讨论:索尼的RX1 和RX1R,二者之间的差异只在于是否搭载了低通滤镜;尼康的 D800 和 D800E,前者搭载了低通滤镜,后者是通过某种机制实现了无低通滤镜的效果。索尼的产品线中,α7S 系列有低通滤镜,α7R 系列则没有低通滤镜。而且,α7S 的像素数有约 1220 万,但 α7R Ⅱ的约 4240 万,可以看出制造商对像素数特别重视。

此外,索尼发布的 RX1 RⅡ是世界首款搭载了光学可变低通滤镜的相机,通过光学可变低通滤镜,用户可以切换低通滤镜效果。

记录媒体

在记录媒体方面,重点需要确认相机的集成内存大小和支持的存储卡类型。

所谓集成内存,就是搭载在数码相机机身内的内存,可以快速读写。用户所拍摄的图片在被保存到读写速度相对较慢的存储卡之前,会先以缓存的形式临时保存到集成内存中。所以,集成内存的容量越大,在高速连拍或持续拍摄模式下能够拍摄的图片张数就会越多。查看产品说明书中的“连拍”一栏,可以确认连拍的类型和可以连拍的张数。此外,有时集成内存的大小也会影响查看照片时图片的切换速度。

记录媒体的类型有 CF 卡、SD 卡 (SDHC/SDXC)、XQD 卡和记忆棒等(表 1.8)。

表 1.8 记录媒体(以 PowerShot G9 X Mark Ⅱ为例)

※ 支持 UHS-I 卡。

不同类型的记录媒体,大小以及连接部位的形状也不同。因此,使用什么样的记录媒体,取决于数码相机搭载的存储卡插槽。

CF 卡具有高速、容量大和耐用性好等优点,因此有很多数码单反相机采用 CF 卡。近年来,越来越多的机型也开始支持 SD 卡。SD 卡体积小、速度快,所以大部分微单相机和卡片数码相机采用 SD 卡。

存储卡的容量和价格是成正比的,建议在选购时考虑以下几点:每兆单价尽可能便宜;可以在店里轻松买到(到处都可以买到);可以在手机、平板电脑或计算机等设备上通用等。另外,即使是外观形状相同的 SD卡,其速度、性能也会因规格(SD/SDHC/SDXC)而不同。关于每种存储卡的具体特点,请参照 6.3 节。

记录图像(记录方式和图像尺寸)

记录方式指的是将图像记录到记录媒体时的文件格式(表 1.9)。

表 1.9 记录方式(以 PowerShot G9 X Mark Ⅱ为例)

最常用的记录方式是遵循了 DCF 和 Exif 规格的 JPEG 格式。当然有些机型也支持 RAW 和 TIFF 格式。

最常用的图像保存格式是 JPEG。这种格式的特点是可以非常方便地将存储卡上的图片上传到计算机或互联网上进行分享,而且 JPEG 是如今所有数码相机一定会支持的一种格式。

除了 JPEG,有些机型还可以把图片保存为 RAW 和 TIFF 格式。RAW也被称为 CCD-RAW,是图像传感器捕捉到图像信号后的原始图像数据。以这种格式保存的图片由于颜色信息丰富,所以容量很大,画质较高,因此数码单反相机和微单相机大多支持这种格式。如今,一部分卡片数码相机机型也开始支持这种格式了。要查看RAW 格式的图片,需要使用专业的图片浏览软件或 Photoshop 等支持 RAW 格式的软件先将图片转换成 JPEG 或 TIFF 格式,然后才能用于打印或互联网等。

数码单反相机可以在按下快门后,同时保存 JPEG 和 RAW 两种格式的图片文件。如果想尽快确认图片效果,可以使用 JPEG 格式;如果想用于发布或打印,则可先使用支持RAW 格式的图片编辑软件,按照自己的想法对图片的曝光、白平衡等进行后期调整,然后再使用。

TIFF 格式没有很流行。它是一种比 JPEG 画质好,又比 RAW 更加容易操作的图像格式。虽然有部分数码相机支持这种格式,但近来支持此格式的机型越来越少。

除了上述图片格式,还有 DCF 和 Exif 这两种格式。通过它们,我们可以提高使用数码相机拍摄的图片的兼容性,让图片使用起来更加方便。如果相机支持这些格式,我们就可以在不同数码相机之间共用相同的记录媒体,或者让数码相机直接连接打印机打印图片,还可以方便地在 DPE(Development-Printing-Enlargement,显影 - 印相 - 放大)商店下单打印图片。现在最新的机型大多支持这两种格式。今后的数码相机也一定会积极支持 DCF 2.0 和 Exif Ver 2.x。关于详细内容,请参照 6.2 节。

此外,现在的数码相机大多也支持视频和音频的录制。视频格式有 MOV、AVI、WMV、Motion JPEG 和 MPEG 等。

如今,数码相机的文件格式(或容器)通常是 MOV,压缩格式通常是 MPEG-4 AVC/H.264。MOV 由苹果公司开发,因被 QuickTime 播放器采用而闻名。计算机和互联网上普遍使用这种格式,其特点是兼容性高。

MPEG-4 AVC/H.264 是对视频进行压缩或扩展(录制或播放)的国际标准之一。它具有较高的兼容性,广泛用于智能手机、视频摄像机和高清数字广播设备。

以前,如果是苹果 Macintosh 系统的计算机,就建议使用 MOV 格式;如果是 Windows 系统的计算机,就建议使用WMV 格式。但如今,MOV格式已经兼容 Windows 系统了。

此外,如果对声音有所要求,可以在录制时设置录制声音为立体声(左右)或单声道。

判断相机是否可以拍出好看且分辨率高的照片,可以看相机的最大记录像素数或图像尺寸(表 1.10,图 1.25)。像素越大,拍到的图片就越大。图片的成像质量和图像传感器的大小也密切相关。打印尺寸分为 L、2L 尺寸的明信片大小,或 A5、B5 和 A4 大小等,如果需要在放大打印照片的同时保证画质,那么就要以较大的图像尺寸保存照片。当然,对于颜色信息丰富的大画幅照片,缩小打印时照片也会更加清晰,我们也可以大胆地剪裁图片。

表 1.10 记录像素(以 PowerShot G9 X Mark Ⅱ为例)

※60 f/s 的实际帧速率是 59.94 f/s,30 f/s 是 29.97 f/s,24 f/s 是 23.98 f/s。

图 1.25 图像尺寸(最大像素数)

图像尺寸越大,拍到的照片越清晰。
像素数越多,拥有的颜色信息越细致,图像的尺寸也会相应变大。有时“像素”也称为“像素点”。关于像素数和画质模式与适用纸尺寸的关系,请参照第 6 章中的表 6.2。

另外,随着图像尺寸的增大,最终保存的文件大小也会增加,如此一来,可以保存到记录媒体(如 CF 卡或 SD 卡等)的图片最大张数就会变小。因此,有些数码相机会提高图像压缩率,或降低分辨率以缩小图像尺寸,从而降低图片文件的大小,达到增加记录媒体中可保存的最大图片张数的目的。不过,缩小图像尺寸会导致丢失很多颜色信息,进而导致画质变差。如果只是为了做备份,或者要传到博客里使用,那么还是相对较小的图像尺寸使用起来更加便利。

“大 (L)”是图像质量最高的模式,最终形成的图像文件会很大。3∶2、16∶9 和 4∶3 等表示可以指定的图像纵横比。有些数码相机的机型可以指定更多的纵横比,有些可以记录为 RAW 格式,有些同时支持 RAW 和 JPEG 两种格式。

镜头

在选购数码相机时,镜头也是重要的参考因素(表 1.11)。单反相机或微单相机的镜头可以更换,通常与机身分开出售,所以机身的产品说明书或规格表上并不会记载镜头的信息。卡片数码相机大多配备了具有望远功能的变焦镜头,所以对于其镜头性能,人们普遍最在意的是变焦倍率。倍率越大,远处的被摄体就可以拉得越近,远景拍摄效果就越好。

表 1.11 镜头(以 PowerShot G9 X Mark Ⅱ为例)

对于变焦倍率,数码相机通常有两种表示方法。

一种是与摄像机相同的倍率表示法,即“ ×× 倍”。另一种就是与胶片相机或可换式镜头产品相同的焦距(视角)表示法,即“ ×× mm”。

使用倍率表示法时,我们虽然能够判断出长焦端的性能,但无法知道在拍摄风景或用广角拍近处的被摄体时,广角端的视野是什么样的。使用焦距表示法时,由于镜头上标注了“广角 ×× mm ~长焦 ×× mm”,所以我们可以得知广角端的视野宽度和长焦端的望远距离,进而判断通过改变焦距是否可以拍出想要的照片。

人类的视野接近 50 mm 的焦距范围,在此范围以内的就是广角(可以拍出更加广阔的视野),在此范围之外的就是长焦(可以把远处的物体拍得较大)。焦距范围在 35 mm ~ 75 mm 的一般称为标准变焦(图 1.26)。

图 1.26 标准变焦镜头

上图是 28 mm ~ 70 mm 的 EF 镜头“EF 28-70 mm F/2.88L USM”,属于标准变焦镜头。

变焦分为数码变焦和光学变焦两种。光学变焦即通过改变焦距来实现变焦,与胶片相机的变焦方法一样。数码变焦则是像裁剪图片那样,利用相机内部的处理器,对图片内的部分像素进行“插值”处理,使之变大,从而达到像变焦到长焦端一样放大被摄体的目的,但数码变焦的画质没有光学变焦的清晰。

另外,在判断镜头性能时还有一个参数比较重要,那就是“光圈”。关于光圈,具体请参照后文“大光圈镜头和高价镜头”部分。

可拍摄范围

被摄体与数码相机之间的距离称为“可拍摄范围”,用 cm 表示(表 1.12)。关于拍摄范围,需要注意的是“微距”的性能。微距的可拍摄范围越小,在拍摄花朵、虫子、戒指等较小的物体时,就可以越近地靠近被摄体,将其放入整个画幅之中。

表 1.12 可拍摄范围(以 PowerShot G9 X Mark Ⅱ为例)

标准的自动模式和微距模式都可以使用广角端在距离被摄体 5 cm 时进行拍摄。

感光度

感光度又称 ISO 感光度,表示拍摄时对光的灵敏程度,以前也表示胶片相机上的胶片感光度(表 1.13)。数值越小,表示对光的灵敏度越低,越需要大量的光进行曝光。此时,可以拍出锐度高、噪点少的图片。例如,ISO 100 就非常适合在晴天的室外进行拍摄。相反,ISO 感光度的数值越大,表示对光的灵敏度越高,即使是在室内或夜晚等较暗的场景下,拍摄时也可以不使用闪光灯,但此时拍摄的图片中噪点将变多。

表 1.13 感光度(以 PowerShot G9 X Mark Ⅱ为例)

相机的 ISO 感光度越高,越能防止发生抖动。但是,高 ISO 感光度会引发噪点和伪色。在以高 ISO 拍摄时(高感光度拍摄),需要考虑到图像会因噪点而变得粗糙,然后设定一个最佳的快门速度。相信大家都在娱乐杂志等中看到过不良跟拍者拍的照片,其中一些照片在拍摄时 ISO 会达到 3200 或 6400 以上,因此噪点很多。

在需要采用高感光度拍摄的场景,比如在体育场馆内的比赛、夜晚的演唱会等光量不充足且被摄体经常移动的拍摄场景中,需要尽可能地提高快门速度,防止相机抖动。

把ISO 感光度提高到多少,噪点才比较明显呢?这因相机机型而异,与图像传感器的大小也有很大关系。如果图像传感器较大,那么即使ISO感光度设置得很高,噪点也不会很明显。此外,也可以通过降低像素来提高聚光能力,这样一来,即便使用超高的感光度拍摄也可以抑制噪点。

关于感光度的详细介绍,请参照 5.3 节。

防抖

失焦或手抖可以说是照片没有拍好的主要原因。防抖是对手持相机拍摄所造成的图像模糊进行自动校正的功能。光学防抖功能分为“镜片位移式”和“图像传感器位移式”(感光元件位移式)。

镜片位移式光学防抖 6 是从胶片相机时代就有的防抖方式。这种方式通过检测手的抖动来控制镜头内的校正镜片,从而抵消光轴偏移,完成校正;图像传感器位移式光学防抖 7 则通过调整图像传感器的位置来抵消光轴的偏移。如果是卡片数码相机等固定镜头式数码相机,用户无须特别在意配置的到底是哪一种防抖方式,但如果是单反相机、微单相机等可换镜头式数码相机,最好事先了解这方面的信息,因为防抖功能是在镜头端还是在相机端,对挑选镜头也会有影响。

6 又称为镜头防抖。

7 又称为成像防抖或机身防抖。

如果相机是图像传感器位移式光学防抖,不管镜头有没有防抖功能,相机都会进行抖动校正;但如果是镜片位移式光学防抖,那么在使用带防抖功能的镜头拍摄时就会有防抖功能,在使用不带防抖功能的镜头拍摄时就没有防抖功能。

2003 年 9 月,美能达发布了第一台搭载了图像传感器位移式光学防抖功能(Anti Shake 功能)的固定镜头式数码相机 DiMAGEA1。2004 年,柯尼卡美能达也在以拥有较高人气的 α 系列胶片相机命名的 α-7 Digital 数码单反相机上搭载了 Anti Shake 功能,并获得了由摄影记者俱乐部举办的 2005 年数码相机大奖。从此,防抖功能开始受到人们关注,各制造商也开始积极投入研发。不过,各制造商采用的防抖方式不尽相同。

继承了柯尼卡美能达 α 系列的索尼 A 卡口系统(柯尼卡美能达于 2006 年 3 月退出了相机市场)和奥林巴斯等采用了图像传感器位移式光学防抖(图 1.27),佳能、尼康和适马等采用了镜片位移式光学防抖(表 1.14,关于防抖的具体内容,详见 5.4 节)。

图 1.27 图像传感器位移式光学防抖(IS)单元

左图是奥林巴斯 PEN E-P1 机型搭载的光学防抖功能(IS)单元,用于检测手抖导致的光轴偏移量,并通过移动图像传感器来校正偏差。

表 1.14 防抖功能(以 PowerShot G9 X Mark Ⅱ为例)

※ 符合 CIPA 准则。
※ 光学防抖校正(IS)指镜片位移式光学防抖。

对焦

自动对焦也就是自动进行合焦的功能,其英文为 Auto Focus,简称 AF(表 1.15)。目前,数码相机中使用的自动对焦方式大致分为“相位检测自动对焦”(相位检测 AF)和“反差检测自动对焦”(反差检测 AF)两种 8。单反相机采用的主要是相位检测 AF,微单相机和卡片数码相机采用的主要是反差检测 AF。关于这两种方式的具体差异,请参照 2.5 节和 3.9节。在判断相机性能时,人们关注的是自动对焦能够以多快的速度准确地合焦。

8 相位检测自动对焦(Phase Detection Auto Focus,PDAF)也可称为相位对焦,反差检测自动对焦(Contrast Detection Auto Focus,CDAF)也可称为反差对焦或对比度自动对焦、对比检测 AF、对比度 AF 等。

表 1.15 对焦方式(以 PowerShot G9 X Mark Ⅱ为例)

一般来说,相位检测 AF 是一种可以实现高速合焦的自动对焦方式。在拍照时,要随着合焦的蜂鸣声按下快门——这种流畅的拍照节奏也是单反相机吸引人的魅力之一。反差检测 AF 给人的印象则是要先找到合焦点再进行对焦。如果被摄体的对比度明显,对焦就非常准确。最近也出现了同时支持两种对焦方式的“混合自动对焦”(混合 AF)相机。另外,一直以来,要实现相位检测 AF 就必须使用专用的对焦传感器,但最近人们研发出了可以直接用图像传感器来实现对焦传感器功能的“像面相位检测自动对焦”(像面相位检测 AF)。原本单反相机是不能像摄像机那样动态自动追焦的,“像面相位检测 AF”的出现有效解决了这个问题。

白平衡

白平衡功能用于让白色所成的像依然为白色。也可以说,白平衡功能用于精确还原被摄体的色彩状况,把成像的色调调整为被摄体被正常光源照射时的颜色。在大多数情况下,白平衡处于“自动”状态,但如果了解了它的机制,就可以通过各种设置来控制拍摄时的色调了。

白平衡的模式根据相机的机型而异(表 1.16)。一般有自动模式和其他的预设模式(日光 / 阴影 / 阴天 / 钨丝灯 / 白色荧光灯 / 日光荧光灯等)。预设模式越多,能够进行的设置越精确。如果在拍摄时把图片保存为 RAW 格式,还可以在后期使用支持 RAW 格式的编辑软件自由地调整白平衡。

表 1.16 白平衡(以 PowerShot G9 X Mark Ⅱ为例)

在拍摄时,白平衡对图像的成像有很大影响。挑选相机时选择预设模式较多的机型比较好。

关于白平衡,详见 6.1 节。

其他

在选购数码相机时,除了上面这些,还需要查看产品规格表中的另外两个重要因素,即取景器和液晶监视器。

通过取景器,我们可以在拍摄前确认被摄体。使用目镜通过镜头直接观察被摄体的取景器称为光学取景器,通过液晶监视器确认被摄体的称为电子取景器。后者当中,还有一种虽然呈目镜的形状,但最终还是需要通过目镜里的小液晶屏进行确认的取景器,称为 EVF 取景器。这种结构的取景器经常出现在微单相机中。

如果是单反相机,我们可以通过光学取景器来观察和确认实际被摄体(一部分 EVF 专用机型除外)。光学取景器的性能差异体现在取景器视野率、放大倍率和亮度上(表 1.17)。如果通过取景器能够确认到全部的拍摄范围,那么视野率就是 100%。专业机型通常能实现 100% 的视野率,但入门机型的视野率大多在 93% ~ 99%(详见 2.3 节)。另外,规格表上通常不记载取景器的亮度,建议购买时直接在柜台进行对比。

表 1.17 取景器的差异(摘自佳能单反相机的规格表)

液晶监视器的屏幕尺寸和分辨率非常重要(表 1.18)。屏幕尺寸越大,越便于查看拍好的照片;分辨率越高,看到的图像就越清晰。在此基础上,所拍图像的失焦和高光溢出等问题也更容易确认。但是,液晶监视器的屏幕尺寸越大,耗电量也会越大,所以电池的使用时间会大大减少。特别是在大量使用实时取景时,电池消耗会更快。

表 1.18 液晶监视器(以 FinePix F900EXR 为例)

此外,在液晶监视器中,有时会标明视野率。从监视器中只能看到视野率内的景象,视野率越低,取景范围越窄。应当注意的是,有些数码相机并未标明视野率。

电池也是选购相机时需要参考的重点之一。可以确认一下规格表中的“电池寿命”和“电池拍摄能力”,建议以当液晶监视器处于工作状态时的最大可拍摄张数为标准。另外,也有人比较看重外面容易买到的 5 号电池是否可以作为紧急电池备用。

其他比较重要的因素就是相机的大小和重量。不过,在数码相机的大小和重量方面,用户需求各种各样,比如有些人就是想要小机身,有些人则重视握持感,也有些人追求一定分量。

在选购相机时,建议尽量直接在柜台体验和确认。

专栏 可以对比相机规格的网页

佳能的官方网站提供了产品对比功能,我们可以对比不同在售机型的主要规格(图1.28)。像这样对比产品的规格不仅对选购相机有帮助,同时也可以让我们更多地了解数码相机的规格。另外,除了佳能,还有其他制造商提供了类似的功能,大家可以自行确认一下。

图 1.28 不同机型的对比

引自佳能官方网站。

大光圈镜头和高价镜头

镜头性能(规格)对照片成像质量至关重要,有人甚至认为照片的好坏完全取决于镜头性能。单反相机和微单相机等可换镜头式相机的镜头是单独出售的,那么到底买哪种镜头比较好呢?在购买相机套机时,也需要对比配套的镜头的性能。这时,懂得判断镜头性能的好坏就显得非常重要了。

关于镜头的规格,首先需要注意的就是焦距。要看看镜头是属于广角、标准还是长焦,是变焦还是定焦。此外,高级和中级用户往往比较在意能够衡量镜头性能的光圈大小,即“F 值”。

镜头上的 F 值也被称为“最大光圈”。该数值是当镜头的光圈开放到最大时,也就是入射光最多时的数值。F 值原本是表示拍摄时光圈大小的数值,数值越小光圈越大,但由于不同镜头的最大光圈值也不同,所以现在一般会把该镜头的最大光圈值标注出来。

F 值越小光圈越大,进光量也就越多,表明镜头的性能越好。

例如,以下两支镜头都是佳能的产品,也都是焦距为 24 mm ~ 70 mm 的高性能变焦镜头,但价格相差很大(表 1.19)。

表 1.19 佳能 EF 镜头 1

9 本书均以 1 日元兑换 0.0628 元计算。

人们普遍认为镜头轻一点比较好,但在上面这两支镜头中,昂贵的 EF 24-70 mm F2.8L Ⅱ USM 显然更重(当然这两者之间也有其他差异)。这两支镜头在性能上最大的不同是光圈 F 值。EF 24-70 mm F4L IS USM 的全部焦段都实现了最大光圈 F4,它的性能已经非常好了,但 EF 24-70 mm F2.8L Ⅱ USM 的光圈更大,全部焦段都实现了最大光圈 F2.8,而且镜片多达 18 枚,当然也变得更重。尽管如此,仍然有很多用户承认光圈 F2.8 物有所值。

让我们来看一看另外一个例子(表 1.20)。

表 1.20 佳能 EF 镜头 2

刚才介绍的 EF 24-70 mm F4L IS USM 的变焦镜头的长焦端焦距为 70 mm,而这里的 EF 28-135 mm F3.5-5.6 IS USM 的长焦端焦距为 135 mm,所以使用这支镜头可以把被摄体拍得更大。但是,它的价格只有 EF 24-70 mm F4L IS USM 的约一半。EF 28-135 mm F3.5-5.6 IS USM 的变焦范围是 28 mm ~ 135 mm,焦距为 28 mm 时的 F 值为 3.5。同时焦距越长光圈越小,当长焦端焦距达到 135 mm 时,F 值为 5.6。

如果变焦镜头变焦到长焦端,光圈就会逐渐缩小,进光量也随之减少。比如 EF 28-135 mm F3.5-5.6 显示的是广角端到长焦端的 F 值,而 EF 24-70 mm F4L 表示广角端到长焦端的最大光圈都可以达到 F4。

在变焦镜头中,人们比较熟知 F2.8 的大光圈变焦镜头。在整个变焦范围内,F2.8 的光圈对镜头口径的要求相对较高,对内部镜片等部件的精确度要求也较高,所以价格就比较昂贵。

拍摄时的光圈 F 值可以作为衡量镜头性能的标准。在拍摄时,光圈值可以设置为 F2.8、F4、F4.5、F5.0、F5.6、F6.3、F7.1、F8、F9、F10、F11、F16 和 F22 等,可换镜头式相机可以设置的光圈值根据所用的镜头而异,固定镜头式数码相机可以设置的光圈值则根据机型而异。如果镜头的 F 值是从 F4 开始的,那在拍摄时就不能将 F 值设为 F2.8。

从 F4 变到 F2.8 其实也就是“光圈的通光孔扩大了一档”。当进光量变多,在拍摄时就可以获得更快的快门速度。在拍摄运动物体时或在室内、傍晚等较暗场景下拍摄时,如果不使用闪光灯,就不容易出现手抖或被摄体抖动。

在焦距相同的情况下,F 值越小光圈越大,拍出的景深就越浅(焦平面越窄)。在拍人像时,很容易就可以拍出主体背景虚化的照片。

另外,相比变焦镜头,定焦镜头的结构更加简单,所以即使是 F 值在 2.8 以下的大光圈镜头,售价也相对更加便宜。

购买大光圈镜头的用户大多是专业摄影师或摄影爱好者,对画质要求高,因此大光圈镜头的性能通常较高,不仅景深浅,而且具有像差小等特点(详见 3.3 节)。