数码相机进化论

2010年9月21日至26日,两年一度的Photokina(世界影像博览会)在德国科隆举行。作为世界上影响力最大的影像展,以及惟一的为大众消费者和专业人士提供所有成像介质、成像技术与成像市场综合性展示的展览会,Photokina可以说是影像行业产品技术发展的风向标。

2002年Photoldna,我们看到了数码单反相机在全画幅和千万像素方面的突破;2004年Photokina,我们亲历了业余数码单反相机大战及顶级专业产品较量;2006年Photokina,我们见证了千万像素级别中端数码单反产品的对决;2008年Photokina,我们则目睹了全画幅数码单反相机的普及化以及高清视频的引入。

2010年的Photokina,带给观众的则更多、更多。同时,在这一次Photoldna上,我们清楚地看到了数码相机的未来发展方向,并归纳总结为数码相机十条进化论。或许这些论点并不是2010年才开始被关注的,但在现在这个时间点,我们可以更加有把握、更有说服力地将这这些观点列举出来。

乱点1:高端产品图像传感器尺寸将增大

在胶片相机时代,无论是专业的大块头,还是小巧的傻瓜便携机,所采用的胶片尺寸是相同的。个别超小体积的相机采用更小的APS胶片,但没能成为主流。

在数码相机时代,不是所有的数码相机,传感器尺寸都一样。在7、8年前,非数码单反相机还保留着三种不同尺寸的传感器:1/2.4英寸(或1/2.5英寸、1/2.3英寸)、1/1.8英寸(或1//2英寸、1/1.7英寸)、2/3英寸,分别应用于卡片类DC、主流DC和高端消费旗舰DC。

7、8年过去了,现在的小DC普遍只有两种传感器尺寸了:1/2.3英寸(或1/2.4英寸)、1/1.7英寸(或1/1.8英寸、1/1v63英寸)。前者用于大多数卡片、主流和大变焦DC,后者则只出现在一些相对高端的机型,例如佳能的Powershot G系列、尼康的P7000、松下的LX系列等。

然而大部分卡片DC和主流DC正在面临着高端手机的挑战。例如诺基亚的旗舰机型N8,采用了1/1.8英寸规格的图像传感器,像素数高达1200万,配合卡尔蔡司Tessar等效焦距28mm镜头,外加720p的高清视频拍摄能力,这已经威胁到了不少卡片DC的生存。而在手机上采用1/2.5英寸规格传感器、像素数同样在千万以上的产品也并不罕见。或许在未来,手机的拍照能力都将不弱于卡片DC,而卡片DC也都能打电话了。

数码相机的图像传感器尺寸,主要关乎于成本和体积,因为拍照是需要图像传感器和镜头共同完成的,传感器越小,镜头系统也可以更小。对于手机来说,很难接受镜头凸出、拍摄时还会伸缩的设计。但3倍光学变焦的机型是可以做到非常轻便的,未来3倍以下光学变焦的卡片DC,或许真的将会与手机融为一体。

无论是手机还是卡片DC,最主要的功能是拍照记录,而非摄影创作。对于摄影玩家来说,迟早他们会明白图像传感器大的好处,拥有大片玻璃的镜头总是有道理的。由于图像传感器是基于半导体材料和工艺生产的,其成本与传感器单片面积有着密切的联系,面积增大一倍,成本增加远不止一倍,可能会高达5～10倍。即便如此,我们还是预测未来的面向摄影爱好者的数码相机,其图像传感器尺寸将会增大,APS-C尺寸或将成为主流,全画幅的便携机型出现也不是不可能。

数码单反相机在多年前曾经是与消费级产品泾渭分明的产品,其主要的优势莫过于三点:传感器尺寸大(成像质量好,尤其是高感光度下)、镜头可以更换(方便各种拍摄题材,并且镜头成像风格各异)、自动对焦速度极快(相位检测对焦的天生优势)。

现在的消费级DC,正在逐步消化融合数码单反相机的三大优势,这其中最显著、最核心的优势自然就是传感器尺寸。适马的DP系列、徕卡的X1、理光的GXR系统A12模块,都在试图开辟一条新路,而最新的富士Finepix X100似乎更好地掌握了平衡。

论点2:可换镜头成为流行趋势

将传感器变大,只是摄影爱好者的梦想之一,而可更换镜头,则是他们的更高理想。对于大传感器的机型来说,不可更换镜头意味着巨大的牺牲:如果想覆盖尽可能全的焦段,就需要放弃最大光圈和成像素质,即便如此体积仍可能颇为臃肿;而如果想追求大光圈、高成像素质,就只能放弃焦距范围,选一个实用性较强的定焦镜头,以保证成本和体积可以接受。

然而可更换镜头设计意味着你必须遵从～个卡口标准:这个标准定义了卡口的直径、卡口到成像元件的距离、卡口的固定方式、信号传递方式、自动对焦实现方式等,可以说一个卡口标准就是一个家族,如果想人丁兴旺,需要很长时间的培养和孕育。

想当年,松下、索尼、三星为了获得数码单反相机的入场券,只能通过加盟或耆收购的方式来与奥林巴斯、柯尼卡美能达、宾得进行合作,并跟在别人后面小心翼翼地推出一些数码单反相机新品,但是进入EVIL(电子取景可换镜头数码相机)时代之后,大家都是从零开始,也就不必在意镜头卡口是否血脉纯正了。由于去掉了单反相机的反光板等结构,EVIL相机的卡口到图像传感器距离大大缩短,理论上具备了转接任何更长法兰距离镜头系统的可能性。

在索尼的NEX-5C上市后几个月内,市场上就出现了各种不同卡口转接到NEX的转接环,无论是单反镜头还是旁轴相机镜头一律通吃,一时间蔡司、徕卡交相辉映,可玩性大大提高。索尼在Photokina 2010上还宣布将开放E卡口标准(NEX系统卡口)给第三方接环的生产厂家,以便让这些厂家能够生产出与E卡口配合更好的产品。

松下在M4/3系统的经营方面,也明显走在了奥林巴斯的前面。事实上M4/3卡口镜头群方面松下已经不需要奥林巴斯的任何协助,完全可以走自己的路。三星的NX系统已经出了第二款机型,而宾得对此毫无反应,可见两家已经没有任何瓜葛。

现在,对于富士、理光、卡西欧、三洋等厂商来说,是一个最好的进军可换镜头相机领域的机会,落后对手1、2年,对于长期的卡口标准经营来说只是一个很短的时间。说不定到了某天,诺基亚或者苹果的手机都能换镜头了。

论点3:电子取景逐步取代光学取景

照相的原理说起来很简单:景物的光线穿过镜头,汇聚到一个平面,在这个平面上有感光的材料(胶片或CCD\CMOS),感光材料把光线记录下来,形成图像。然而照相术诞生了上百年之后,各个厂商还在不断研究让相机更好用的技术,因为拍照不仅仅是上述过程那么简单,拍摄者还需要取景、对焦、测光,这样才能保证照片的成功拍摄。

我们不打算过多地回顾历史,我们只需知道:单反相机结构被证明是取景、对焦、测光速度最快的相机结构。但一个很现实的问题是:光线在穿过镜头之后,在形成照片之前,有 许多事情需要做:首先是一部分光线通过反光板被反射到了上方的对焦屏和五棱镜,这部分光线最终进入人的眼睛,用来取景和手动对焦;另一部分光线则被透过反光板到达小小的副反光板,反射到机身下方的自动对焦模块和测光模块。这是单反相机光学取景+相位检测对焦+测光的原理。

然而2006年初,奥林巴斯推出了一个可以通过LCD屏幕进行取景的数码单反相机E-330,这种取景方式被叫做LiveView(实时取景),到了2007、2008年,几乎所有的数码单反相机都具备了此功能。

数码相机实现实时取景,主要是传感器的功劳,论点9部分将会详细讨论。在论点3中,我们的观点是除了顶级的专业数码单反相机,其他产品将逐渐倾向选择以电子取景(实时取景)为主要的使用方式,数码单反相机的光学取景器将越来越不流行。

从镜头传过来的光线,其实是非常宝贵的。假如放弃光学取景,那么就可以给自动对焦和实时取景更多的机会,甚至实现一边高速自动对焦,一边实时取景甚至拍摄,索尼的“单电”相机SLT-A55\SLT-A33就是如此。通过一块固定的半透明反光板,将一部分光线导向原本磨砂对焦玻璃所在的位置,在那里基于数码单反相机的相位检测高速AF模块可以持续工作;而另一部分光线则直接通向图像传感器,将实时捕捉到的内容投射到LCD屏幕或者EVF中。由于这块反光板不需要移动,因此A55获得了每秒10张的连拍能力,直逼佳能和尼康的顶级机。此外,索尼的“单电”相机还可以在高清视频拍摄时实时进行如单反般的高速AF,这也是传统的数码单反相机或者EVIL相机无法实现的。

目前看来,数码单反相机与EVIL相机相比,最大的优势就在于自动对焦速度。至于光学取景器,普通的非专业用户应该并不会太留恋。

乱点4:高清视频将成为标准配置

在Photokina 2010现场松下的宣传广告上,我们看到这样的口号:照片、视频,毫不妥协,这就是GH2。其实2009年PMA大展上的松下GH1在高清视频方面已经给我们带来了足够的震撼,GH2则百尺竿头更进一步,在传感器驱动速度、对比度检测自动对焦速度等方面拉大了领先优势。

在8月19日,尼康推出了D3100,第一次在数码单反相机上具备了1080p的高清视频拍摄能力。9月15日的D7000,同样具备此能力。而佳能早在2008年的EOS 5D MarkⅡ上就实现了此功能。索尼的微单、单电和单反相机,在2010年也全线具备1080i的高清拍摄能力。在一个手机都能拍720p视频的年代,相机如果拍不了高清,都不好意思跟别人打招呼。

然而对于除松下之外的各个厂商来说,高清视频拍摄还有很长的路要走:一方面是对比度检测自动对焦速度的提升。笔者在D3100的体验会上试验过它的AF-F模式(实时对焦),在高清视频拍摄中仅是聊胜于无而已,跟踪运动物体成功率很低,画面元素发生变化时,也需要犹豫一两秒才能重新找到焦点,这样的表现很难令人满意。

索尼的SLT-A55通过半透明反光板+基于单反的相位检测AF方式实现了高清视频中的高速AF,但其单反相机和微单相机却无此优势。

毫不妥协的高清视频,这句口号目前只有松下GH2能够叫得响。高清视频成为标准配置还不够,将其做到完美才是更高的目标。

乱点5:弱光拍摄能力将成为关注重点

许多玩家都有体会:所谓的好相机,就是可以在昏暗的光线下拍出同样清晰、鲜艳和细腻照片的相机。这一方面是大光圈镜头的功劳,另一方面则是相机图像传感器高感光度下成像质量的功劳。

在前几年,ISO 3200是数码单反相机的感光度上限,消费级小DC则至多敢标ISO 1600,并且画面惨不忍睹。2007年尼康的D3将ISO 6400纳入实用范围,并且可扩展到ISO 25600。2009年,尼康的D3s和佳能的EOS 1D MarkⅣ更是将ISO12800作为标准的选项提供给用户,并提供了ISO 102400的扩展感光度给极端的场合使用。

2010年,各个厂商的降噪技术看来又有了新的突破。不论是松下、索尼还是尼康、宾得,都将ISO 1280030入扩展范围甚至标准选项。宾得的K-5甚至将扩展感光度范围提高到了ISO 51200。相比之下,奥林巴斯和三星比较保守,只标出了ISO 6400的感光度。

通过网络,我们已经看到了一些2010新机型的高感光度样张,比起几年前的上一代产品的确有所进步,但更多的是降噪技术的进步,图像本身细节和质感并没有质的提高,而这应该是传感器画幅所限。我们很期待看到全画幅新机型应用了新的图像处理技术之后的表现,或许ISO 25600将成为全画幅机型的新标准?这完全有可能。

其实不光是高端的数码相机,不可换镜头的消费级产品,对于弱光拍摄能力的重视程度也远胜以往。

索尼在2009年推出了Exrnor R图像传感器,在CMOS传感器结构上采用了背光照射的设计,增大了的实际感应光线的区域面积,避免因电路走线占用有效感光面积。这样的传感器,随后应用在索尼的Qrber-shot WX系列、TX系列机型上,相比以往的机型,在高感光成像方面有显著进步,当然与单反相机还是差距很大。

佳能的Powershot G系列、S系列,尼康的CoolpixP7000、松下的Lumix DMC-LX5,都选择了相对较低像素数的规格(1000万像素),以实现更好的低噪点效果,这也体现出厂商对于弱光拍摄成像水平的重视。

乱点6:高速连拍将更容易实现

高速连拍曾经是体育记者最需要的功能,但如今普通的家庭用户也可以享受到高速连拍带来的好处。

高速的图像传感器是高速连拍得以实现的基础,佳能、索尼、松下的大尺寸CMOS传感器都具备了lOS0p的高清视频拍摄能力,以及超过每秒6张的全像素连拍输出能力,在小Dc领域,每秒10张的连拍速度也不再是稀罕事。例如松下今年7月份的卡片相机DMC-FX700,它采用了新开发的1400万像素CMOS传感器,通过独特的高速数码信号输出技术,DMC,FXT00能用机械快门每秒拍摄10张1400万像素的全分辨率照片,或以每秒5张或2张的速度拍摄带有连续自动对焦的画面。FX700还可以用每秒60张的速度通过电子快门拍摄350万像素的照片,这样的规格甚至超出了1920×1080@309s的全高清水平。

索尼的单电相机SLT-AS5也实现了每秒10张的连拍速度。并且每张照片都经过自动对焦,而且像素数高达1600万。这一方面是高速图像传感器的功劳,另一方面是固定式半透明反光板所带来的技术优势,相机无需执行复杂的反光板收起、放下动作,AF模块也始终保持在工作状态。

一些新的数码单反相机(例如宾得K-5)也在高速连拍方面有所突破,如果你想拍摄一些体育运动题材的照片,佳 能和尼康数万元的高端专业相机不再是惟一的选择。

论点7:相机将越来越智能化

曾几何时,数码相机在拍摄不同的题材时,还需要手动切换到某些特定的场景模式以实现最好的效果。假如你想拍摄近距离的物体,你还需要搬动镜头上的某个开关,或者是机身上的某个按钮,切换到微距状态。

几年之前,我们还在为数码相机能够识别出拍摄场景中的人脸欢呼雀跃;现在,相机不仅能够识别出人脸,还能识别出猫脸、狗脸,甚至能够在你笑容绽放的同时自动按下快门。拿着相机对着自己,眨一下眼,相机就会帮你完成自拍,根本不用碰快门钮。

在过去,我们在电脑上对照片进行曝光曲线的调整、加各种滤镜效果、合成HDR(高动态范围照片)、拼接全景照片,现在相机内的菜单就提供了这些功能,而且效果令人满意。

你可能很羡慕别人的数码单反相机,能够拍出虚化背景的人像照片,别担心,现在你拿一个索尼、富士或者松下的小卡片机,也能够拍出类似的效果,足以以假乱真。即便是你有数码单反相机,你可能还是很少有机会玩到移轴镜头,可是佳能、奥林巴斯等品牌的小相机所具备的微缩量观模式,能够让你拍出移轴镜头的感觉。想要鱼眼镜头效果?没问题,一次按钮的事。

相机将越来越智能化,专业的功能和效果,融入的傻瓜化的操作中去,这是数码初哥初妹的福音。

论点8:3D拍摄功能进一步流行

忽如一夜春风来,千树万树梨花开,这是形容2010年3D热潮的绝好写照。3D电影,3D显示器、3D电视机、3D蓝光影碟、3D游戏……唯独缺了3D拍摄。

其实富士在2009年领先一步做了先驱,并险些成为先烈。富士推出了Rea13D w1数码相机,支持裸眼3D,并了自成体系的显示和冲印系统,这在3D周边设施尚不发达的2009年是一种不得已的解决方案。但是到了2010年,可以获得3D显示效果的方式突然增多,显示器、平板电视、投影机……都开始纷纷提供3D的支持,各种各样原理各异的3D眼镜也开始大量出现。

富士在2010年8月17日推出了其第二款3D相机Real3DW3,与前代产品相比最大的变化是:机身背面控制按键布局紧凑了许多,留出了一个比较大的空间来配置3.5英寸液晶屏幕,屏幕的像素点也增加了4倍。W3还具备720p的高清视频拍摄能力,这也是世界上首款具备高清3D拍摄功能的数码相机。

W3保持了无需3D眼镜即可肉眼观看3D效果的能力,这块3.5英寸、115万像素的屏幕具备更好的清晰度、亮度和色彩饱和度,这样的屏幕用来回放3D高清视频非常合适。富士W3还可以通过HDMI接口将拍摄的3D照片和高清视频输出到任何支持3D显示的大屏幕设备上去,而不是像过去那样需要富士专用的数码相框和冲印设备才行。这大大提高了3D拍摄的实用性,让用户有更多机会与别人分享。

索尼和松下对于3D拍摄的理解则更加整体化,因为两者都具备从大屏幕显示、高清摄像机、数码相机、高清播放机、电脑等全方位的IT/家电产品线。索尼在其微单相机NEX-5C以及随后的多款新品中都提供了3D扫描全景拍摄模式,获得的照片可以在索尼的3D Bravia电视上回放。松下则推出了专门的3D扩展镜头,可以接在数码摄像机或者G系统相机上,从而获得3D视频和照片的拍摄能力。

论点9:CMOS传感器大行其道

在最新推出的数码单反相机、EVIL相机上,我们看到了清一色的CMOS传感器。在消费级的小DC上,我们也越来越多地看到CMOS的身影,当然与之同时出现的还有BSI(背光照射)之类的字样。

在本文前6个论点中,有5个论点其实都与CMOS传感器的应用分不开:与CCD相比,CMOS型传感器具备成本低、功耗低、读取速度快、降噪电路和后期降噪更容易实现等优势。如果你想增大传感器的面积,那么CMOS比CCD划算;如果你想以电子取景为主,那么CCD长时间曝光的发热量是无法接受的;如果你想让数码单反相机拍摄高清视频,你不仅需要图像传感器具备低功耗和低发热的特性,还需要图像传感器具备高速数据读出能力;如果你想实现ISO 12800的感光度,那么降噪的难度必须充分考虑;如果你想让相机实现高速连拍,传感器本身至少要支持高速数据读出,尤其是整帧画面的高速读出。

低成本、低噪点、低功耗、高速度,这四大优势使得CMOS传感器在数码影像领域如日中天。

论点10:像素数即将大幅攀升

在一年半以前,我们曾经预言过各种不同尺寸图像传感器的像素数发展“终点”(分辨率与感光性能的平衡点),例如4/3系统约1200万像素、APS-C画幅约1800万像素、135全画幅约3500万像素。如今18个月过去了,虽然全画幅的像素数距离“终点”尚远,但APS-C画幅早已经抵达“终点”,一年前的佳能EOS-7D已经把像素数推进到了1800万。4/3系统方面,虽然奥林巴斯在2009年初无奈地表示不再参与像素大战,但真正掌握图像传感器核心技术的松下却从未示弱。在1200万像素处徘徊了2年之后,松下在Photokina 2010上了1600万像素的DMC-GH2,并且提供了高达ISO 12800的高感光度选项。虽然GH2的高感光成像品质还有待检验,但既然松下敢于推出这样的产品,必然心中有数。

对于GH2的,最为“杯具”的莫过于奥林巴斯。在Photokina 2010开幕前一周,奥林巴斯推出了其数码单反旗舰产品E-5,像素数只有可怜的1200万,这已经低于佳能、尼康、索尼入门级产品的水平。不会有人相信松下1600万像素的传感器因为时间进度的原因未能赶上奥林巴斯的(比松下GH2只早一周),很明显松下和奥林巴斯的合作并不像想象中那么紧密。

今年8月24日的另一则消息,让我们对于图像传感器像素数的极限有了新的认识:佳能宣布开发出1亿2000万像素的APS-H型CMOS图像传感器,并且连拍速度可以支持到9.5帧/s。而在2007年,佳能曾经开发成功了5000万像素的同尺寸产品。由此可见,从现有的技术和半导体生产工艺来看,我们距离像素数理论上的终点还很远。

像素大战并未停止,反而拉来了一个新序幕。适马在携手Foveon十年之后,终于在像素数方面取得了巨大的突破,全新推出的旗舰机型SD1具备了4600万像素(4800×3200×3层),虽然按照其他产品的标称方式,应该只有1536万像素而已,但根据以往的经验,由Foveon X3技术武装的这种三层感光传感器所获取的1536万像素照片,其分辨率、图像细节将远超普通的1500万像素马赛克型传感器。4600万像素的水平显然还达不到,但轻松击败任何2000万像素以下的同画幅机型应该没有悬念,甚至打败2400万像素全画幅的机型都不在话下。APS-C画幅、1536万像素的三层感光,这样的图像传感器会逼迫着普通的马赛克型图像传感器向3000万像素迈进。适马凭借460万像素的三层感光图像传感器支撑了8年(从SD9到SDl5),而这次适马至少又能支撑5年不落伍。惟一的悬念是:这样一款强悍的产品,什么时候能够正式上市?消费者最不愿意听到的话是:让我们2012年见。

除了以往的老选手,在本次Photokina上我们还看到了一位新选手:Aptina。9月21日,Aptina宣布推出高性能、功能丰富、APS-C格式的1600万像素的图像传感器。除了以10帧/s的速度捕捉1600万像素的静态图像以外,新的MT9H004传感器亦具备较高的灵敏度、较小的暗电流和较低的读出噪声。凭借该公司最新的动态响应像素技术创新(称为Aptina DRPix技术),新的APS-C格式成像解决方案在低亮度条件下可增加5dB的信噪比,而无需牺牲高亮度环境中的表现。Aptina的新解决方案亦可提供先进的功能,比如现场放映视频支持及出色的1080p的高清录像功能。

种种迹象表明,数码相机的图像传感器正在迎接新一轮技术革新大潮,尤其是大尺寸的图像传感器,假如在未来的半年内我们看到像素数超过3000万的数码单反相机,请一定不要感到意外:这只是按部就班的升级而已,终点还很远。