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摄影原理解析——奇怪的像素

自从手机发布会的先河一开,就好像打开了潘多拉的魔盒,再也停不下来了。而在各大手机厂商的发布会上,照相功能的介绍无疑是很重要的一环。

虽然每场发布会对于相机功能的介绍不尽相同,但不知道各位看官有没有发现,有一句话却基本是一至的。那就是照相功能介绍的开头,基本都是:“这款手机采用的是某某某最新的什么什么式多少多少像素的相机”,然后开始了长篇大论。

从模板式的介绍开场,不难发现,各个手机厂商都把相机的像素当成了一个十分重要的卖点。这也无可厚非,毕竟大部分的用户看中拍照的功能,但真正会去琢磨手机相机的人很少。因此有人说:像素的多少,决定了照片的质量,大家就信了,开始追求高像素的旅程。手机相机的像素堆得越来越高,800万...1000万...1300万...1600万...甚至到了2000万、4100万。

那是不是像素高了,照片画质就好了呢?

今天,SB_chen就来说说像素的那些事。(啰嗦一下,为了准备这一期的内容,翻了好几天的书,也查了网络上的一些资料,仍感觉不够完善。但还是决定写出来,如果要问为什么,T-T其实是因为没有准备其他内容,如果不写的话,那···那达不到周更的目标了。请各位看官看完狠狠拍砖,但是不要打头哦)

接下来,进入正题。

一、什么是像素?

日常所拍摄的照片都属于位图,而组成位图的就是一个个极小的照片元素,这些元素称之为像素。回归到相机中,最重要的一个核心部件是感光元件(CCD或CMOS),它是负责感受外界光线,并将其转化为图像信息的,有点类似于电脑中的CPU。而像素是组成感光元件的一个个具有独特特性的硅点,就像CPU上的触点(只是例子,功能是不一样的),只不过密度要大得多。当光线照射时,硅点就会产生电压,通过一系列的处理,转化为图像信息并存储在存储卡中。

上图便是数码相机内部的核心部件——感光元件。(图片来源于网络)

将感光元件放大后,会发现其上面有众多的微小单元组成,这微小单元便是传说中的像素。(这里的像素是方形的,但是并不是所有的感光元件的像素都是方形的哦)为了尊重作者,所有照片的水印都不会去除。(图片来源于网络)

二、像素是怎么工作的?

数码相机与传统的胶片相机成像的最大不同在于:所使用的感光材料不再是胶片,而是感光元件。当我们进行拍照的时候,快门打开,光线照射在相机感光元件上,光线中的每一个光子(组成图像的极小的“信息”单元)打在硅像素点上,它便立即做出反应,产生很小的电压。这个电压被相机内部的电路所“读取”,并通过模数转换芯片(ADC,并不是LOL的ADC...)转换成为数字信号。

而这些数字信号可以告诉相机投射在像素单元上光线的强度和亮度。而在感光元件上有数百万甚至上千万的像素,每个像素上会有不全相同强度、亮度的光线投射在上面,所有的像素所产生的数字信号便组成了完整的图像。

上图就是感光元件像素的工作原理啦,对于不是技术控的朋友,带过就好了。(图片来源于网络)

三、什么是分辨率?

不对吧,谈论的不是像素吗?怎么就说到分辨率了?是不是没东西可以讲了,敷衍可爱的我们?怎么可能!我是那样的人吗?好像...是这样的。

分辨率各位应该都不陌生,屏幕的分辨率、手机的分辨率等等,基本是以像素为单位的数码设备都会有分辨率一说。

所谓的分辨率,其实体现的就是像素在平台上的分布情况。举个栗子···不对,是例子!一部800万像素的相机,其图像传感器上横向可以分布3264像素,竖向可以分布2448像素,拍出来的照片最大分别率就是3264×2448,两者相乘值为7990272,约等于800万。

当然照片的分辨率是越大越好,这样的话,在手机上或者在电脑上,不断放大再放大,连美女脸上某个地方的汗毛有多少都能数清楚,多好,是不是?当然是的,毋庸置疑。

所以要想得到极高分辨率的照片,相机的像素就必须增多。比如,要想拍出7728×5368像素的照片,你相机的像素应该达到4100万像素。

四、像素的大小是什么?

在一开始的时候我们就介绍了像素以及它是怎么工作的,但要回答像素与画质的关系,我们还需要去了解像素的另一个指标——像素的大小。

因为单个像素实在是太小了,无法被人眼识别,所以许多人认为像素都是一样大的。但实际情况不是这样的,像素也是有大小之分的,只不过单位是以微米(μm)计算。专业级的数码相机单个像素的大小在10微米以上;一般普及型的数码相机的单个像素的大小在6微米以下;经济型的数码相机和手机的单个像素就更小了。

这是一款旗舰手机的宣传页面,看了什么感觉。我只能呵呵了,1.4微米就已经称“超大像素”了,然后···就没有然后了。(图片来源于网络)

五、像素的大小意味着什么?

借用网友的比喻,像素就是感光元件上得一个个“小碗”,负责把环境中光收集起来,接着把光信号转变成数码信号,然后组成一张数码照片。

像素的大小就是“小碗”的大小,当小碗比较大的时候,它可以接收到足够多的光子,产生足够强的信号,形成一个像素的图像。但如果“小碗”变小了,装的光子也会同时变少,而“小碗”(光敏元件)是有灵敏度的,如果接收的光子小于一定数量,产生的信号就可能会失真,那么,这个像素的图像也是失真的。

图像正是由一个个像素上“小图像”组成的,如果像素都失真了,相机就会利用内置的程序去“猜”像素上的信息,就产生了噪点,照片的质量降到了。

因此,单个像素的大小很大程度上影响着图像的品质。

六、是不是像素高了,照片画质就好了呢?

很明显不是的,为什么呢?结合以上的每个点,来做个分析。

分辨率无疑是可以表现出更丰富的画质,提高分辨率的方法就是增加像素的数量。而经常采用增加像素的方法有两种:一种是在单个像素大小不变的情况下,增大整个感光原件的面积,从而增加像素数量,这种方法是最好的。但,感光元件是相机中最昂贵的部件,大就意味着成本极大的增加。不仅如此,较大的感光元件,就意味着较大的体积和重量。显然在目前看来并不可取。

上图就是两款高像素的手机,看看体积,再想想重量。看来是不错的防御武器吧。(图片来源于网络)

所以,众多的手机厂商选择了第二种方式增加像素。就是在整个感光元件大小没有改变的情况下,来增加总体的像素数。但在本身就很小的手机感光元件上,想要集成更多的像素,可以从两个方面入手。一个是减小单个像素的大小,另一个是增加排列密度。但这两个方面都会对画质造成不良影响。

1、减小单个像素的大小

之前已经分析了像素大小对于画质的影响,简单说不利于光子的收集,使图像产生失真,造成噪点。在光照充足的条件下没问题,但在弱光的条件下是比较严重的。还不明白的话,前面多看看。

2、增加排列密度

这意味着像素之间的间距减小,那么在感光的时候,像素之间的信号产生的相互影响加大,造成图像的锐度有所下降。

不信吗?看看上图,这是三星的S6和S7的相机比较。注意看像素数,是的,没有错!S7的像素降低了,而且是400万!三星在智能手机行业的地位,不用说。所以它并不傻,三星已经意识到了高像素的坏处。

(图片来源于网络)

七、关于手机拍照功能的几点提醒

1、高像素带来的最大的好处是可以提高照片的分辨率,让照片可以以更大的尺寸显示而不会损失太多的细节。但是,高像素的照片需要更大的存储空间,上传朋友圈的速度也更慢,需要耗费更大的流量。而且手机和电脑也就那么点分辨率,谁会把你的照片无限放大观察你吗?···好像有点可怕。总之,一般1000万左右的像素妥妥的了,没有必要因为像素问题而纠结了。

2、手机相机的画质与手机厂商的调校以及设定是有很大的关系的,但是公司的精力不是无限的,所以一般情况下,在主推的高端旗舰的相机上话费的精力是比较多的,自然画质也是更好的。所以如果允许的话,建议选择各个厂商的高端旗舰机型。

以上的照片上面的是某厂商800万像素的手机拍摄的效果,下面的是另一个厂商1300万像素的手机拍摄的效果。可以看出来,不同厂家的相机调试效果差别还是比较大的。(图片来源于某两个厂商手机拍摄,SB_chen)

3、iphone的相机是不能更改相机的分辨率的,是固定的,很多在安卓机器上可以调的参数在iphone上都是没办法调的。当然,这使得用户得到的照片是调试了的最佳效果,但同时也限制了许多的可能性。

4、如果您喜欢用手机拍夜景,建议选择像素较低的手机,能产生更好的画质。如果可以,建议买个手机用的小三脚架,可能会有意想不到的效果。

5、对任何观点不要轻信,永远保持好奇心和探索精神。

我们的态度是“对任何观点不要轻信,永远保持好奇心和探索精神”。

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