全幅與裁幅有多大差距,哪個才是你的真實需要?

瘋攝     2021年11月28日

談到數位相機的傳感器尺寸,我們通常會有兩種劃分,分別是全幅和裁幅(本文不對於相對小眾的中畫幅以及大畫幅等進行討論)。術語全幅是指與35mm膠片格式具有相同尺寸的傳感器,這種膠片格式很重要,因為它自1909年以來一直是攝影的黃金標準,35mm格式在成本和圖像質量之間提供了很好的平衡。對於裁幅傳感器,此術語指的是小於全幅感器的任何傳感器,最常見的裁幅傳感器包括APS-C和M4/3等。

全幅與裁幅有多大差距,哪個才是你的真實需要?

相機傳感器現在有許多不同的外形尺寸,從中畫幅到M4/3,以及更小的傻瓜相機1英寸傳感器,甚至於智慧型手機中的內置傳感器也包涵其中。我們也經常聽到全畫幅相機比APS-C和M4/3有哪些好處,也經常會聽到有人說相機就要一步到位全畫幅,但這一切對我們拍照的方式意味著什麼,卻很少有人可以完全說明白。

在本文,我們將從視角以及圖像質量的差異(比如噪點和動態範圍以及像素等因素)進行深入了解。因為對於大多數狂熱的攝影師來說,無論傳感器是什麼,這種差異才是關鍵。

什麼是相機的傳感器?

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相機傳感器,也稱為圖像傳感器,是一種收集光信息的電子元件。光通過鏡頭的光圈進入傳感器。快門速度定義相機傳感器收集此光信息的時間長度。ISO確定光信息在轉換數字信息時接收的放大率,並將其作為圖像文件存儲在存儲卡上。

目前有兩種類型的圖像傳感器,分別是CMOS傳感器和CCD傳感器。CMOS傳感器的使用較為廣泛,因為具有更高的性能,特別是在弱光的條件下,同時也具有較低的製造成本,幾乎可以在所有現代數位相機中使用。

CMOS傳感器由它們的​​物理尺寸(用於捕獲光信息的表面區域)和構成該表面區域的光信息收集像素的數量來定義。

全幅與裁幅的裁切係數

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除了傳感器物理尺寸的差異之外,裁幅和全幅傳感器之間還存在其他重要差異。視角大小是最明顯的差異之一。

與全畫幅傳感器相比,裁幅傳感器具有較小的視角。例如,如果您使用全畫幅單反相機(例如佳能EOS 6D)和裁幅傳感器(如佳能EOS 80D)拍攝照片(相同距離,使用相同的鏡頭),後者將拍攝更緊湊的視野。

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假設我們在全畫幅相機上使用24mm鏡頭。我們現在將在APS-C相機上使用相同的24mm鏡頭拍攝完全相同的畫面。大多數APS-C傳感器具有所謂的1.5倍裁切係數,實際上當您拍攝相同的畫面時,看起來圖像似乎是被放大了,即以24 x 1.5 = 36mm的焦距拍攝。然而,我們現在要做的是拍攝我們的全畫幅圖像並進行裁剪,以便我們獲得與APS-C傳感器輸出相同的尺寸。現在,如果您將裁剪後的圖像與APS-C傳感器的照片進行比較,您會發現它們完全相同。換句話說,與全畫幅相比,它被裁剪了。這既是裁切係數對視角與焦距帶來的差異。

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常見相機傳感器裁切係數:

全畫幅傳感器裁切係數= 1

APS-H傳感器裁切係數= 1.3

APS-C傳感器裁切係數= 尼康以及其他廠商為1.5,佳能為1.6。

M4/3傳感器裁切係數= 2

全幅與裁幅的不同景深

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焦距和視角只是裁切係數所帶來差異的一部分。另一部分涉及鏡頭的光圈大小以及它產生的景深。我們已經得知為了正確計算鏡頭在使用小於鏡頭設計的傳感器的相機上的效果,您需要將焦距大小乘以傳感器的裁切係數,這時您的視角將發生變化。同樣將光圈值與裁切係數相乘時,景深也會發生變化。

術語「景深」描述了物體對焦區域在圖像中的擴展程度。根據鏡頭的焦距,所選的光圈設置以及您所關注的距離,物體將在或多或少的區域內對焦。

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簡單地說,通過將鏡頭的焦距和光圈分別相乘裁切係數,您得到的結果就是您需要在全畫幅機身上使用哪種鏡頭才能獲得與APS-C機身相同的效果。假設你在佳能APS-C使用50mm F/1.8鏡頭進行拍攝,您的拍攝對象距離您的目標只有兩米,您可以專注於對焦他們的眼睛,鏡頭光圈大開F/1.8,為了在全畫面機身上獲得完全相同的效果,您必須使用焦距為50mmx1.6裁切係數=80mm的鏡頭焦距,並且將光圈設置為F/1.8 x1.6=F/2.8。換句話說:佳能APS-C機身上使用的50mm F/1.8鏡頭在整個機身上的表現大致類似80mm F/2.8鏡頭。

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但我們需要知道的是,為了在傳感器較小的相機上進行等效換算,你需要將焦距和光圈大小乘以傳感器的裁切係數。得到的等效光圈值僅與景深有關,而與光聚集能力無關。F/1.8鏡頭永遠都是一個F/1.8鏡頭。即使在較小的傳感器上使用時,通過它的光量也不會改變。無論您的傳感器是全畫幅尺寸還是APS-C尺寸甚至更小,您需要選擇以獲得正確曝光圖像的快門速度和ISO值都是相同的。只有在等效視角和景深方面,才會應用裁切係數。

相機傳感器和圖像質量基礎

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相機傳感器是一個矩形網格包含數以千萬的小正方形像素,如上圖所示。像素是收集和記錄光信息的介質,它們是圖像傳感器的基本單元。

數碼攝影是利用單個像素,從場景或構圖中記錄真實世界的色彩和色調的過程。每一個單獨的正方形像素代表一個由單一顏色組成的整體圖像合成的小樣本,由數千萬個不同顏色的小像素組合而成的圖像是一個整體。

圖中的「彩虹色」矩形顯示了傳感器網格。但是像素太小,很難看到每一個獨立的單元。

深入了解圖像像素原理

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以下部分是為了幫助您概念化像素的工作方式。

想像一下,通過相機取景器看到的圖像是一個互不疊加的網格,包含數千萬個小小的均勻大小的正方形,如上圖所示。假設以上圖形是您通過相機取景器或相機實時查看螢幕背面看到的真實場景。

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當我們開始放大紅色方框時,方塊越來越接近它們的實際尺寸。

最後,我們放大到目前為止可以看到每個單獨的正方形的實際大小。這些方塊非常小,只包含單一顏色的細節,如下所示。

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所有這些小的彩色方塊的組合產生整個場景,因此,每個像素僅收集對應於被拍攝場景的非常小的樣本的單個顏色。

圖像噪點和傳感器關係

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CMOS相機傳感器和像素固有地產生少量噪點。這類似於在耳機中低音量聽到的無線電靜電。即使是具有最佳設置的相機也會產生少量噪點。當傳感器收集更多光線,產生更大的信號時,在最終圖像中可以看到更少的整體噪點。信噪比(SNR或S / N)用於描述現象。

在上圖中,左側的像素具有較低的信噪比,其中向右移動的像素阱具有較高的信噪比。

低信噪比表現出每個總信號產生的噪點百分比更高,在圖像中顯示出更多的整體噪點。

高信噪比表現出每個總信號產生的噪點百分比較低,表明圖像中的總噪點較少。

目標是將每個像素充分填充到其相應的色調最大值,而不會削減或丟失頂端數據,從而提高信噪比和圖像質量。

包含較大比例的暗色調值的圖像本質上具有較低的信噪比,從而顯示出更明顯的噪點。這是低光和夜空圖像包含如此多噪點的一個原因。包含較大比例較淺色調值的圖像將具有較高的信噪比,從而顯示較少的可見噪點。

由於這一事實,略微過度曝光的圖像(稱為右側曝光或ETTR)可提供更高的信噪比和整體更好的圖像質量,前提是最亮的像素不會「溢出」。

動態範圍和ISO與傳感器關係

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動態範圍定義為在單張照片​​中由圖像傳感器捕獲的最強未失真信號(最亮色調值)和最弱未失真信號(最暗色調值)之間的差異或範圍。動態範圍越大,每個圖像可以捕獲和顯示的色調值和顏色的範圍越大。

例如,具有高動態範圍能力的相機可以直接拍攝到明亮的陽光下,並且仍然可以從暗陰影區域收集信息,而不會產生太多噪點。

較大的物理傳感器尺寸與較高的像素數相結合,可提高相機性能,降低噪點,尤其是在低光照條件下。

光圈和快門速度控制每個像素捕獲多少光,從而增加或減小信號強度。ISO確定信號和固有噪點的放大,ISO還確定最佳曝光所需的光量。

較高的ISO值=需要較少的場景光=較小的S/N比=較小的動態範圍=更多的圖像噪點。

較低的ISO值=需要更多場景光=更高的S/N比=更大的動態範圍=更少的圖像噪點。

在上圖中,ISO增加,這放大了基本ISO色譜柱中的固有噪點。隨著ISO變得越來越大,需要整體光(信號)來產生相同的色調值。隨著ISO的增加,噪點水平被放大,從而在圖像中產生更多的整體噪點。隨著ISO增加反映動態範圍的未失真信號量,也會減少。

無論相機如何,較高的ISO值始終會在最終的RAW文件中產生更多的整體噪點和更小的整體動態範圍。與像素計數不同,具有更大的動態範圍始終是積極的相機屬性。

全幅和裁幅傳感器的優勢總結

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每種傳感器尺寸都有各種優點,我們將涵蓋最重要的傳感器尺寸進行了解。

全幅傳感器的優勢

這些傳感器提供更廣的動態範圍和更好的低光和高ISO性能。另外全畫幅相機在建築和風景攝影中是首選,因為它具有更廣的視角。並且全幅相機具有比裁幅傳感器相機更淺的景深。

裁幅傳感器的優點

儘管裁幅傳感器不能提供最高的圖像質量,但它們在成本方面具有一些主要優勢。對於任何預算或追求攝影作為業餘愛好的人來說,裁幅傳感器相機的低成本肯定是一個很大的優勢。當然,如果你是一名專業人士,你會想要獲得最優質的圖像,因為攝影是一項頗具競爭力的業務,如果你不提供一流的服務,很容易失去客戶。但是,您應該了解,現代高端裁幅傳感器可以提供與全幅傳感器相似的質量。

裁幅傳感器相機對於長焦攝影非常有用,因為它們從裁切係數中獲得額外的焦距,這意味著在拍攝運動,野生動物和某些類型的新聞攝影具備一定優勢。同時使用APS-C傳感器在全畫幅鏡頭下,1.5或1.6的裁切係數意味著您使用鏡頭的中心部分,有效地避免了漸暈以及鏡頭較差的邊緣畫質。

結語

實際上,並非每個傳感器都是平等的。有不同類型的傳感器可能共享相同的尺寸,但產生不同的圖像。這就是為什麼一些具有相同傳感器尺寸的相機仍然可以在噪點以及像素等方面存在差異。

傳感器尺寸會影響相機使用鏡頭的程度和方式。現在剩下的就是讓您決定哪種傳感器最適合您和您的攝影風格,同時考慮到每種傳感器類型的優缺點。

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瘋攝     2021年11月23日