曝光单元之一 数码单反相机是拿什么感光的

胶片单反相机是以胶片感光的,它以卤化银颗粒作为感光材料当从被摄物体上反射回来或发出的光线,通过镜头聚焦在胶片上,也即作用在这些银盐颗粒上时,就会形成潜像。再经过显影、定影等化学手段显现可见的图像,就成为负片或反转片等底片。再经过晒印、显影、定影成为纸基的相片。所以胶片摄影是基于光化学原理的,它是工业产品时代的产物。

那么,数码相机包括数码单反相机又是用什么感光的呢?它与胶片摄影不同,是以CCDCMOS作为图像传感器完成摄影的。
CCDCharge-coupled Device电荷耦合元件)和CMOSComplementary Metal-Oxide-Semiconductor互补金属氧化物半导体)的工作原理相同,都是基于光电子学原理的。他们都利用感光二极管(photodiode)进行光电转换,将聚焦在图像处理器上的光信号转换为数字数据,然后直接以RAW格式,或经机内图像处理器处理成jpg格式可见图像,存储在记忆卡或电脑硬盘等磁性载体上,以供后续处理或长期保存。他们两者的主要差异只是数字数据传送的方式不同而已。
这种技术是在最近10年才臻于成熟的,所以数码单反相机是信息产品时代或称知识产品时代的产物。

550D是以CMOS作为图像传感器的,其作用相当于胶片单反的感光胶片,但感光原理和技术是廻然不同的。

550D的传感器是单片CMOS传感器,具有1800万像素。它的形态如下:

                                                                                      1

CMOSCCD都是色盲,只能感知光的强弱并把它转换为电信号,不能辨色。因此为了形成彩色图像都具有3层结构。最上层是微透镜,用来采集光线,中间是滤色镜,分别让红绿蓝3原色光线通过,最下面是由二极半导体感光管构成的感光层。
550D的每一个像素都与矩形排列的4个微透镜、4个滤色镜和4个二极管相对应。由于CMOSCCD也一样)对红黄色光敏感,因此4个滤色镜中有2个(成对角线排列)是绿色滤光镜,用来采集绿光,另2个分别采集红光和蓝光(黄色的补色)。其结构示意如下:

                                                                                                  2


                                                                                            3


                                                                                          4

所以CMOS感光时对应于每个像素,只有25%红色光、25%蓝色光和50%的绿色光被感光层吸收利用,亮度当然不及实际情况,而且三种颜色的比例也是被扭曲了的。怎么办?只有靠电子信息技术了!感光层(二极管)把这些光信号转换成电子信号(信息数据)传输给相机内置图像处理器,然后进行复杂的计算,把它“还原”成原始状况!我们获得的jpg格式图像,就是这种“还原”后的图像。严格来讲,这只是一种模拟图像。Exif信息就是经过处理以后以jpg格式保存的信息数据,这种图像和信息数据,可以在Internet网上方便地进行传输,有利于交流。
由于各个品牌相机的爱好、取向和算法(这是商业秘密,各个公司从来不会公布的)不同,所以各个品牌的jpg格式直出片就有了不同风格(现在你还会斤斤计较谁的出片艳丽,谁的出片平淡吗?谁都是经过图像处理器处理了的“二手货”,谁都是可调整的)。Jpg格式是一种有损保存格式,真正能够完整保存原始获取信息的是以RAW格式保存的数据信息。

这就是数码单反相机的感光原理和真相。

550D与上一代入门单反500D相比,在感光元件上又做了进一步改进。据太平洋评测材料介绍: 550D所搭载的CMOS图像感应器采用了新型光电二极管结构,提高了开口率(光电转换效率)。同时,对像素内部的晶体管进行了改良,以提高信噪比。由于更好地抑制了噪点的产生,因此常用ISO感光度范围扩大至ISO 100-6400。另外,动态范围也得以扩展,这使相机即使在进行高ISO感光度拍摄时也能够获得丰富的层次表现。

                        图5 佳能550D、500D微透镜对比

550D采用了可提高聚光率的无间隙微透镜。无间隙微透镜是通过改变微透镜形状,消除相邻微透镜间的缝隙,从而提高聚光率的高端技术。此外,缩短微透镜与光电二极管之间的距离,也提高了聚光率。因此,可实现高ISO感光度下的低噪点拍摄。

由此可知,虽然数码单反相机接收了胶片单反相机的许多成熟技术,在外形和光学结构等方面和胶片单反十分相似,但在感光原理上却是完全不同的,因此我们不能照搬胶片单反的一些概念,例如所谓的“原片”。 胶片摄影的所谓“原片”,应该是指第1次冲洗出来的原始负片,其后被复制的负片或放映用的正片被称为拷贝片,这个称呼主要出现在胶片时代的电影摄影上。不知何时,竟然被有些人延伸引用到了到了数码相摄影上,这是完全没有可比性的。

其实,即使是胶片时代的“原片”也不是“唯一的真实”“真实”只是相对的而不是绝对的,“原片”不可能真实反映拍摄对象的全部情况,它反映的只是拍摄对象瞬间的特定情况。
晴天拍的和阴天拍的相片肯定不一样!你说那个真实那个不真实?
负片和反转片拍的相片肯定不一样!你说那个真实那个不真实?
显影剂、定影剂的品牌不一样,成分多点少点,显影定影时间长点短点,药液鲜点乏点,都会影响成像的风格和细节。你说那个真实那个又不真实?
其实,个个都真实,因为它们的基本信息都没有被改变。有差别并不等于不真实?

把“原片”概念延伸到数码相机那就更是离谱了。数码相片的原始形态是信息数据, 最真实完整的原始信息是保存在磁性载体上的RAW格式信息数据,根本不存在“原片”。相机直出的图片只是便于网络传输的jpg格式图像,他们是经过机内图像处理器处理过的二次产品,信息已经被压缩和有缺损。至于不同品牌之间的直出片的差异,那只是厂商风格取向的差异,根本说不上那个比那个更“真实”。希望兄弟们不要被那些似是而非是说法误导。

本节可供参考的文献有:
http://baike.baidu.com/view/356089.htm
http://blog.163.com/catherine19880625@126/blog/static/112470181200910212453296/

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