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    43年历史与四次像素爆炸 数码相机像素发展史

      [  中关村在线 原创  ]   作者:龚明   |  责编:陈亮

    ·传感器是核心 像素激增与传感器进步

        数码相机的传感器,是数码相机的心脏,传感器的技术工艺平决定了相机的成像水平,自然也是像素进步的先决条件。从1975年数码相机诞生至今,传感器发展同样经历了漫长过程,下面我们就来总结传感器与像素之间的发展过程。

        CCD时代:1969-1999年。1969年对于影像行业是个大日子,美国贝尔实验室正式研发成功了电荷耦合元件,也就是用于图像成像的CCD传感器。1976年,拜耳滤镜正式问世,从此,以红、绿、蓝三种颜色通道为基础的图像传感器,奠定了数码相机的发展基础。在三十年间,CCD传感器,从最初的实验产品,发展到可用于市场化的21.6×16.56mm的610万像素APS-C画幅。

    43年历史与四次像素爆炸 数码相机高像素发展史
    CCD技术解决了光信号到电信号的问题,而拜耳滤镜解决了获取色彩信息的问题

        CMOS与全画幅时代:2000年开始至今。在2000年,佳能推出了佳能的第一款数码单反D30,这款相机从参数上并不突出,但是与其他品牌相比,这是第一块采用CMOS传感器的专业数码相机。虽然那个年代,CMOS传感器在画质上要逊色CCD不少,但是由于易于制造、成本低等特点,佳能依托于CMOS传感器得到了快速发展,2002年便推出了第一款全画幅数码单反1Ds,这款1110万像素的相机,由于价格优势,迅速走红。从此,不仅仅是佳能,整个数码相机行业开始逐步确立了CMOS传感器与全画幅的发展思路,相机发展也真正进入了像素发展新时期。

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    佳能D30是佳能第一台也是世界第一台采用CMOS的数码单反相机,CMOS时代由此开始

        关于CCD传感器与CMOS传感器,发展历史不必多说。我们在之前的文章中有过详细的介绍,有兴趣的朋友可以查阅笔者之前的文章进行深入了解:从"芯"而论 浅谈数码相机传感器进化史。这里我们来说一下传感器发展与高像素的关系。

        对于传感器来说,突破传感器的像素上限,在早期是技术与工艺限制。对于早期的电子元件制作工艺,单个像素尺寸是非常重要的限制条件,因为每个像素,都是非常复杂的电子元件构成。

        另一方面,对于早期工艺来说,传感器的整体尺寸同样无法做大,大尺寸的传感器生产难度大、成本高,而且良品率很低。一方面整体面积不能增大,一方面单个像素面积不能缩小,因此可以看到在1998年之前,像素发展一直处于低速增长时期,没有出现像素大幅增长的情况。

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    98年之前,传感器尺寸难以做大,而单个像素面积不能减小,提升像素有着极大工艺限制

        CMOS的普及,是改善传感器工艺的重要因素。CMOS制作难度低,而且成品率高,使得大尺寸传感器可以得到应用,而且CMOS普及之后,低成本的优势使CMOS得到了更快速的发展。进入2000年之后,电子技术快速发展,单个像素面积可以做得更小,因此2000年以后,由CMOS普及带来的全画幅普及,加上单位像素尺寸大幅缩小,相机的像素增长也变得越来越快。

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    全画幅的面积大概是APS-C画幅的2.25倍,因此2002年像素上限从600万飙升到1370万

        随着全画幅、APS-C画幅定型,提升高像素的另一个矛盾,则是像素与画质,也就是高感控噪、宽容度、色彩等等问题的矛盾。我们知道相同技术条件下,提升像素必然会导致单个像素的成像质量下降,所以在2000年以后,像素增长的核心矛盾,在于提高像素之后带来的成像画质下降问题。这一问题,如今开来一方面在于传感器技术的进步,而更多得则是依靠于运算算法的提升,也就是处理器和控噪算法的进步。

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    现阶段,提升像素在两个方面,一方面提升传感器工艺,一方面提升算法与处理器性能

        可以说43年间,135画幅数码相机的像素从1万上升到5000万像素,数码相机的传感器大小,从最初的1/3英寸,发展至全画幅,像素发展其实是传感器进步与处理器进步的双重结果。

        如今,全画幅数码相机暂时稳定在4000-5000万像素,第四次像素爆炸时期即将过去,相机像素暂时不会出现快速突破。在这未来几年,全画幅会逐渐向着3000万以上级别靠拢,而高像素相机的控噪水平将会继续提升,并且随着处理器进步,高像素机型的连拍也将得到提高。另外一方面,APS-C画幅在2400万像素级已经有相当长的时间了,APS-C画幅的像素或许即将迎来提升。

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