简析ＤＳＬＲ影像传感器尺寸与像质（１）

董太和

序言

有读者拟购数码单反相机佳能EOS-5D或奥林巴斯E-1，但因两者影像传感器幅面大小不同(前者为：L35全幅面的36mm × 24mm，对角线43．3mm，柯达制CHOS,1280万像素，2005年8月上市，当时报价人民币2．8万元左右；后者为4／3系统的幅面18mm × 13．5mm，对角线22．5mm，柯达制CCD，500万像素，2003年6月上市，时价人民币2万元左右；两者均为不带镜头的机身价)而迟疑不决，更因后者有作为数码单反相机标准幅面的说法，因向编辑部征询意见。编辑部除向他介绍这两年在《照相机》上发表的各方面对这两架相机概况的文章外，还认为这；是个普遍性的问题(影像传感器幅面大小对像质的影响和标准化问题)，希望我写篇分析性的文章，以供众多读者参考。

在未切入本文正题之前，想先提一下：若买佳能5D，则通用的EOS镜头均可装用；若买奥林巴斯E—-1，则必须购买专门设计配套的ZUIKO镜头(ZUIKO－同，在日文中意为神之光，lightoFgods)，其他什么镜头包括奥林巴斯自己的OM型——在接口转换罪尚未研制完成上市前，都不能装用!购买时务请慎重考虑。事实上，时至今日，E-1已成过时产品。

2003年是500万像素之年，在E-1问世前几个月，已有佳能630万的EOS-10D和富士600万的FinepixA310先后上市，E-1虽以4／3系统标新立异，但当时已无优势可言，倒是它的第三代产品E-500(4／3幅面，850万像素)各方面都胜过E-1，而价格又低廉。

这两种相机的近时机身价格有很大的相差。据2006年2月的美国市场调查(因地区及税率差异)，售佳能EOS-5D的8家照相机公司的最高为3299．99美元和最低为2927．26美元；售奥林巴斯E-1的4家相机公司的最高为1099美元和最低为679．77美元，与初上市的2 700美元相比真是不可同日而语了。市价是最公平的评价。

另外，这两款相机在像素上相差一倍，在中等放大时：例如12英寸以内，像质和画面粒度是不相上下的，若放大到24英寸以上时，就会立分轩轾的。所以，如果并不是常需高倍放大，则有500万像素的相机，也够日常摆弄之需了!

这两款相机的市场评价，据《美国数码摄影评论ReviewoFDP》2006年1月27日如下的3个统计表表明为：

由表3而知，截止本文起稿(2006年1月21日)的5天内在美国向该网站咨询点击的20种数码相机的人气统计，佳能EOS-5D排行为第3，奥林巴斯E-1则是名落孙山，榜上无名，倒是它的小弟兄E-500(也是4／3制850万像素，2005年11月上市)荣登排行榜第15名。

千万请注意，作者在本文内所谈的只是影像传感罪的幅面大小问题，绝不涉及传感器本质的各项指标。文内所谈的，都是作者个人的意见和看法，与编辑部无关。

1．影像传感器幅面与像质的关系

数码相机如同传统相机一样，使用者最主要的追求是像质——真善美的像质。

从理论上讲，影像传感器幅面大小与像质并无直接关系。像质取决于镜头质量、相机质量(特别是机内软件质量)和影像传感器质量三者的综合质量(当然还有储存卡的质量)。影像传感器的质量则表现在它的感光点(像素)数量及其对光、电、色的感应质量。至于感光点的功效高低，则取决于感光点的材料组份、大小、形状、疏密及排列方式。影像传感器中的CCD幅面，至今在美、日两国还难做到像135那样的大(但徕卡R9的数码模块是用丹麦一家CCD厂研制的幅面与135相等的1000万像素)，因此像素尚停留在800万阶段；另一类CMOS则已可做大到称为全幅面的135一样大，可容纳的像素已在千万个以上，EOS-5D即是如此。

但从拍摄后，特别是专业单反相机必然要做的放大作业的要求来看，则影像传感器幅面应是愈大愈利于高倍放大的超大放大，因此幅面大小又是与超大放大照片的像质有关！

若在一定大小的影像传感器的幅面内，密集了不合理数量的像素，则这些像素间的相互干扰而形成的噪声，就会在一定程度上降低像质。这是设计和工艺上的问题，幅面大小不能负其咎!若有合理的设计和良好的工艺，在同样像素数量基础上，则小幅面也可与大幅面在一定放大限度上有同样良好的像质。

为说明传感器幅面大小，在合理的放大倍率内，像质是与幅面大小无关而在超大放大时又是与幅面大小有关的情况，兹引美国B．Atkins氏曾就热销的3款相机(佳能EOS-D30、尼康CoolPix995和美台巨达X i)都是300万像素级但不同尺寸的影像传感器作为像质剖析对象，在网上发表过一篇题为《尺寸问题Size Matter》的文章。这3款相机在一二年前的中国市场作为准专业级、业余级和简易级的代表产品也都是热销名品。它们的外形分见图1—图3，影像传感器幅面比较见图4。

一台数码相机如有足够的像素，则影像传感器大小就不是什么要考虑的问题。只不过是用短焦距的镜头来涵盖与用长焦距的镜头来涵盖大传感器上一样的幅面而已。如在佳能D30上用了28～105mm的变焦镜头来拍摄一个场景，若在尼康995上用10～30mm变焦镜头或美能达Xi上用7．4～28mm变焦镜头，则也可拍得与用大传感器一样的场景。这些影像在扩印至8英寸×1O英寸时是没有问题的。但再要放大，问题就越大——图像越来越模糊！

准专业级的佳能EOS-D30，2000年5月上市，公评为4星级，零售价2600美元，分辨率最大2760 ×1440像素、最小1440×960像素，图像bL3：2，像素330万，CMOS尺寸22．7mm ×15．1mm(相当于APS-C幅面)。

业余级的尼康Coolpix995，2001年4月上市，公评为4星级，零售价900美元，分辨率最大2048 ×1536像素、最小640×480像素，图像比4：3，像素370万，CCD尺寸：1／1．8英寸(7．16mm× 5．32mm，《照相机》2006年第1期第70页对本机有详解)。

入门级的美能达× i，2002年9月上市，公评为4星级，零售价不详，分辨率最大2048 × 1536像素、最小640 ×480像素，图像比4：3，像素310万，CCD尺寸1／2．7英寸(5．27mm × 3．96mm)。

兹把有关事项汇集表4。

就表4所列3款相机的条件试为放大一张8英寸× 10英寸的照片作逐步的推演如下。

若需放大一张8英寸×10英寸的相当清晰的照片，则其画面至少应有31p／mm的分辨率，依据表4的第7行，表列的3款相机都能满足这个要求。现在问题是，照片要有3l/pmm的分辨率，扩印它的影像传感器应有多大的分辨率?从第8行查得这3款相机的各自数据，它们也都符合放大的要求。由于影像传感器愈小，对8英寸×10英寸照片需要愈大的放大倍率，要保持这样大的画面上有同样的31p／mm，因此对小传感器就需要有更大的分辨率。根据31p／mm3放大率得第8行的数据，即D30要能在传感器上记录分辨率为40．41p／mm的影像，995为们51p／mm和Xi为152．41p／mm。这样分辨率的传入则就要依靠完善的镜头。由这3种分辨率而知，影像传感器幅面愈小，对镜头的要求愈高，在8英寸×10英寸放大时，竟要求Xi在用F8拍照时要有152．41p／mm的分辨率；反之，D30因幅面较大，要求的放大率就小，因此对镜头的分辨率较低，只需40．41p／mm，从而使镜头成本大为降低。

镜头的完善程度，目前基本上是以调制传递函数(MTF)1至0来计量的。数字愈高，镜头的对比度、分辨率和还原能力愈完善；反之，则愈差。

上述3款相机的完善镜头在用F8的口径在MTF测试机用第8行所示各自影像传感器应具的分辨率线对数字，则应有如第9行所示的MTF值，其在MTF曲线上的位置如图5。如镜头口径扩大为F4和F2。则各别的MTF值将如第10及第11两行所示有很大提高。第9、10、11三行所示是对非常完善镜头的理想值。事实上，每个镜头都有或多或少不完善之处，这样，MTF值都会陡然下降I

有一种有意思的情况，当口径由F8缩小为F16时，如第?2行所示，D30尚称合格，995和X1都为不合格的零，这表明此时这两款相机拍摄的影像被放大到8英寸X 10英寸时的像质很差，因此大放大时，不宜用F16拍照I一般小型数码相机镜头口径以F8为最小，其原因即在于此。

由本节的分析而知，影像传感器的幅面对需要大放大的单反相机而言，当然愈大愈好，也因此135的全幅面不论现在或将来，都是专业级单反相机追求的目标，但考虑到成本和市场，则又不得不尽可能用小些的幅面，这也将使整机重量和体形变得轻巧些。(待续)