半画幅和全画幅到底差了多少？
问：我知道全画幅比半画幅贵，说明全画幅好，但是半画幅究竟差在哪里？为什么有人能拿出具体例子证明半画幅并不差？ 答：要回答这个问题，不能用具体相机或具体照片为例，因为相机有好坏之分，拍照片的人有技术高低之分。这个问题一定要从原理上来回答。 问：我最怕人家讲原理，太硬核，讲得我一头雾水。 答：那我就用你听得懂的话来讲原理，简单地说，全画幅比半画幅有优势，但是随着技术的进步，半画幅的差距对普通大众来说越来越不明显。全画幅与半画幅的差别，体现在画质、景深控制、和镜头群三个方面。 问：好，先听你说说，全画幅怎么在画质上有优势？我看现在半画幅相机的像素跟全画幅相机一样高了。 答：画质与像素不能划等号。许多人一说画质，就只谈分辨率 (resolution)，以为分辨率越高，画质就越好，这是片面的。决定画质好坏的因素有很多，包括清晰度 (sharpness)、动态范围 (dynamic range)、信噪比 (signal-to-noise ratio)、 色深 (color depth) 等因素。 问：打住打住，我听不懂这些名词。 答：清晰度是分辨率 (resolution)和锐度 (acutance)的综合。分辨率由相机传感器 (sensor) 的像素多少决定，锐度则受镜头及后期的影响。看看这张图就明白了。 问：看来清晰的图片不光取决于相机的传感器，还与镜头和后期处理有关。 答：是的。与传感器有关的是分辨率，动态范围，和信噪比，这些因素与传感器的像素 (pixel) 的数量，大小，和素质有关。 问：你一个一个说吧。先说分辨率由什么决定。 答：分辨率由传感器的面积和像素的数量决定。我们知道一个传感器上面布满百万以上的像素，画幅越大，传感器面积就越大，像素数量就越多；即便半画幅的像素数量与全画幅的像素数量一样多（比如都是2400万像素），由于半画幅需要放大的倍率比全画幅高，所以分辨率就会低一些。所以即便是同样多的像素，全画幅也比半画幅分辨率高。 问：全画幅的像素如果跟半画幅一样多，那岂不是全画幅的单个像素要大一些？要不然同样多的像素怎么能布满大一些的传感器面积呢？ 答：真聪明！像素数量相同时，传感器面积越大，单个像素的面积就越大。比如同为1200万像素时，手机的像素大小只有1.1 平方微米，全幅相机的像素大小有12 平方微米。 问：单个像素大一些，有什么好处呢？ 答：单个像素的大小决定动态范围，信噪比等因素。我们知道传感器是感光元件，上面布满了感光点 (photosite)，像素就来自感光点。每个感光点接受一定数目的光子，传感器把它转化为像素，通过电信号传出来变成图像。 单个感光点面积越大，能接受的光子就越多，就像一个水桶接受水一样，水桶越大，装的水就越多。一个感光点接受的光子数达到最高时，就饱和了，再也装不下了，这就对应感光的最亮值，再亮的光就都变白了。 感光点接受光子数量最少时就对应感光最暗值，最暗值与最亮值之间的范围，就是所谓的动态范围。可想而知，感光点越大，接受的光子就越多，饱和点就越高，动态范围就越大。一个动态范围大的相机，很亮的部位和很暗的部位都能显示出来，画质就好；一个动态范围很小的相机，稍微亮的地方全变白了，稍微暗的地方全变黑了，画质当然不好。 问：看来大个儿的感光点有助于动态范围，那对高感又有什么影响呢？ 答：在同一时间里，由于大的感光点能接受较多的光，它产生的光信号也较强，在一定的背景噪音下，信噪比就较高。高信噪比有助于高感，即高 ISO 下的画质，数码相机调高 ISO实际上并没有改变传感器的素质或接受光子的能力，只是将已经接受的光信号放大而已，而放大光信号的同时也会放大噪音，所以信噪比高的传感器，在高 ISO时，照片看上去也较光滑，画质也较好。 问：明白了，全画幅要么比半画幅像素多，要么比半画幅的感光点大，所以画质好。那为什么现在很多半画幅的看上去画质也很好？ 答：因为传感器的素质在不断提高，今天的小感光点，也许与十年前的大感光点的效率差不多，以上说的感光点数量和大小的影响，是在传感器的素质相同的前题下说的。换言之，今天的小画幅的画质不一定比十年前大画幅的画质差。2016年的尼康半幅D500 (2100万像素，ISO 51,200 高感，动态范围f/14.0)，画质超过2008年的尼康全幅D3 (1200万像素，ISO 6,400高感，动态范围 f/12.2)。 问：就是说，今天的小感光点，也能接受以前大感光点那么多的光子？ 答：对。感光点在传感器上并不是一个个紧密挨在一起的，它们之间有空隙 (wasted space)，实际上感光点所占的面积只占传感器总面积的大约一半，另一半空隙面积是留给可见光光子以外的其它微观粒子的。为了使较多的光子落入感光点内，在两个感光点之间的空隙上方装有屋脊型的microlens，当光子落到这些microlens上时，会被导向感光点内，而其它微观粒子则仍然落入空隙中，这样就增加了感光点收集光子的数量。如果没有这些microlens，落在空隙上的光子就会弹回去，进不到感光点里面。由于有microlens，感光点接收光子的效率就提高了。这只是提高感光效率的一个例子而已。 问：哇，人类还是蛮聪明的嘛！还有哪些提高感光效率的技术啊？ 答：我不是这方面专家，说不好。总之你要相信人类是进步的，这好比在胶片时代，早期的胶卷乳胶感光性差，所以中画幅相机比135相机流行，而后期胶卷乳胶技术提高了，135胶卷的画质与以前中画幅胶卷的画质一样好，所以135相机取代了中画幅相机的主流地位。今天的半幅数码相机的画质可以满足大多数人的实际需求。 问：我理解，如今手机的画质都能满足大多数人的需求呢。为什么画幅大一点，价格就贵那么多啊？ 答：传感器是从一张硅晶圆上切割出来的，传感器越大，一张晶圆能切割出来的传感器就越少，价格就越贵，传感器增大一倍，价格却不止高一倍，因为晶圆上有零散分布的缺陷点 (比如噪点)，划出没有缺陷点的小块成品容易，划出没有缺陷点的大块成品就难得多，所以全幅传感器比半幅传感器贵得多。 问：今天总算对传感器有了一定了解。影响画质的，除了传感器，还有别的吗？ 答：前面讲了，影响画质的还有色深，镜头，后期处理（包括打印）等因素。 问：我理解镜头和后期影响画质，色深是个啥玩意儿？ 答：简单地说，色深体现色彩的丰富度，当然色彩越丰富画质就越好啊。以下具体内容恐怕你会觉得太硬核了，可以跳过去。 在传感器上，红，绿，蓝三个原色分别构成独自的颜色渠道 (color channel)，每个颜色渠道的深浅由渠道色深 (bits per channel) 来决定。每个像素则是由这红，绿，蓝三个颜色渠道组合而成，构成像素色深 (bit per pixel, bpp) ，反应出真实颜色 (true color)。 每一个颜色渠道的bit 代表一个特定的色位深度，由0和 1 表示，一个普通数码相机有8-bits per channel 的色深，意思是每个颜色渠道有8个0和1的组合，既2的8次方 或256 个不同的原色深度。将红，绿，蓝3个颜色渠道组合后，像素色深就是3x8=24 bits per pixel (24 bpp)，真实颜色就有2的24次方 或 16,777,216 种，这就是一个24 bpp数码相机可以有的最多颜色组合。人的眼睛只能识别大约10,000,000种色差，所以存储任何高于24 bpp的图片对于人眼观看都是多余的，只是在后期处理时可能有用。但存储色深低于16 bpp (65,536种色差) 时，画质就会有明显的差异。 问：这个太硬核了，我就理解为色深值越大越好吧？ 答：是的，不过今天的数码相机色深值都不低，只是存储图像的输出格式时要注意。 问：你开头讲了，全画幅与半画幅的差别，体现在画质、景深控制、和镜头群三个方面。上面讲的都是画质，现在请你讲讲，全幅和半幅在景深方面有什么不同？ 答：画幅增大，在相同光圈相同距离拍下相同的画面时，景深就会减小，因为镜头的焦距会增加，因此要达到相同的景深时，光圈就要增加。比如，1.6x佳能残幅机10mm f/11镜头拍下的画面，在全幅机上要用16mm f/18 的镜头才能重现。全幅机用50mm f/1.4 镜头拍下的画面，1.5x尼康残幅机要用33mm f/0.9镜头才能实现，6x6cm中画幅相机则要用98mm f/2.7镜头来实现。我们知道，100mm f/2.8 (约等于98mm f/2.7)的镜头容易得到，而33mm f/0.9的普及型镜头几乎没有。这就是为什么人们常说，大画幅相机比小画幅相机有更好的景深控制，更好的虚化处理优势。这一优势与传感器技术无关，是不随时代变化的，过去是这样，今天还是这样，将来也是这样。 问：看来全幅的景深优势是半幅无法弥补的。那半幅在景深方面就一无是处吗？ 答：全幅的景深优势对于肖像摄影很重要，但对于风景摄影则常常相反，风景摄影往往需要大景深，半幅的景深优势就体现出来了。 问：剩下最后一个问题，全幅和半幅在镜头方面有什么不同？ 答：首先，以上说的景深因素直接影响到镜头的选择。再者，全幅镜头既可以用在全幅相机上，又可以用在半幅相机上；而半幅镜头则不能用在全幅相机上。不过，几乎所有的镜头都是中央部分最清晰，边缘部分清晰度降低，把全幅镜头用在半幅相机时，半幅会自动将边缘部分除去，保留画质好的中央部分。另一个考量是，一般来说广角镜头的光学性能往往不如长焦镜头，由于半画幅相机不得不用较为广角的镜头来达到与全画幅相同视角的画面，因而画质有可能略逊。 问：哦，如果我经常要拍广角照片，那还是全幅好些；如果我经常拍长焦远景，还是半幅好些。 答：单从镜头选择的角度来说，是这样。但是别忘了前面说的景深等其它因素。 问：谢谢你给我讲了这么多，没有功劳也有苦劳，给你点个赞吧！ 答：谢谢你的支持！ 