很多人感到疑惑：人们在谈到数码相机的像质时，往往只关心像素的数量这一个指标。这就好比不能只看汽车的时速表，来评判汽车的能力是一个道理。 实际上，数码相机的像质与镜头的光学传递函数、图像传感器的尺寸及其信噪比等因素都有关系，能不能将这些因素放在一起通过计算，得出数码相机像质的量化数据呢？以下是我们的尝试。 1. 理论根据 在通讯学科中有个著名的理论叫做克劳德萨农（Claude Shannon）原理，它定义数据传输通道的传送能力C，与通道的波段宽度W和信噪比SNR之间的关系，它们符合下列关系式：C = W log2(SNR+1) 数码相机的数据采集，处理，传送过程与上述定义有着惊人的类似，所以，我们运用这个理论来量化数码相机的像质，首先对公式中的各个参数进行假设： 原式中的通道传送能力C，现在用来代表像质，命名为“图像质量（image quality）”，用IQ表示。原式中的波段宽度W，现在是MTF50与传感器宽度的乘积，MTF50是镜头在50%MTF的频率，MTF50越高，产生的图像就越锐利。SNR表示信噪比。 这样，数码相机像质的量化公式就产生了： IQ = MTF50 × 传感器宽度 × log2(SNR+1) 式中：MTF 50可测量出来，或从镜头传递函数曲线图中查出来，单位是线对/mm；传感器宽度的单位是mm；虽然测量SNR需要专用设备，但对于数码系统，用Photoshop就能测量信噪比。 2.试验与计算 试验涉及的数码相机有：尼康D100、佳能1Ds、佳能1D、佳能D30、佳能D60、索尼F707。其中：尼康D100、佳能D30和D60，是我们自己拍摄并及时测量信噪比。索尼F707是取自我们以前拍摄的照片，再测量信噪比。佳能1Ds和1D是用别人拍摄的照片来测量信噪比。 为了与胶片进行对比，这次试验还选择了富士Provia 100F和Velvia反转片拍摄的图像，用尼康LS8000进行扫描，扫描分辨率为4000DPI，然后测量噪声数据，传感器宽度用胶片的宽度代替，即24mm。 用于信噪比测试的标本，选择图像中清洁均匀的蓝天，剪裁出50×50像素的试验片段，使用蓝天作为试验片段出于两个原因：1、我本人是风光摄影师，蓝天对于我很重要；2、大多数影像传感器的蓝通道噪声数据偏大。有了试验片段，用Photoshop工具测量亮度通道的标准偏差，即为噪声数据。 然后计算信噪比，由于图像的RGB彩色为24比特，每个通道的信号为8比特，信号强度为28=256。信噪比SNR=256/噪声数据，例如噪声数据为0.5，那么SNR=256/0.5=512。 为了便于比较，用35mm富士 Provia 100F作为基准，其它的IQ与其相除，得到的结果叫做规格化IQ。试验及计算结果列于表1。 计算结果能符合实际吗？ 我们惊喜地看到，佳能1Ds的规格化IQ是1.03，也就是说佳能1Ds产生图像的能力略高于35mm胶片。而佳能D60与尼康D100的IQ接近，低于35mm胶片，事实也是如此。 500万像素的索尼F707的IQ低于300万像素的佳能D30，事实上，在以较大尺寸输出图片时，佳能D30通常打败索尼F707，计算结果与事实吻合。 这种差别可从原理上加以解释：索尼F707的图像传感器面积较小，像素反而多，因此像素尺寸就小，捕捉光子的能力就小，有效信号就弱，结果信噪比就小。影像传感器是用半导体材料制造的，其噪声来自材料，目前减少噪声的方法只有降温，因此很多昂贵的中画幅数码后背内置冷却器来降低噪声以提高像质，天文学家则用液氮来冷却CCD，才能辨别昏暗的遥远星系，当然这些设备的价格也是天文数字，远不是普通摄影师所能用的起的。 我们所说的产生图像的能力，包括像质和最大输出尺寸两方面意义。用35mm的Provia 100F可制作出12.5英寸×18英寸的视觉可接受的照片，佳能D30的规格化为0.55，推算它可产生照片的尺寸约为6.9英寸×10英寸。事实上，当打印图片的尺寸大于这个推算值时，图像的细节就开始恶化。 请注意：120富士Provia 100F胶卷用645拍摄，经IQ推算可产生25英寸×36英寸的照片，事实上完全有把握制作出24英寸×30英寸的优秀照片，而佳能1Ds尚达不到，也就是说，目前在制作大幅面照片时，中画幅相机仍能胜过高级数码单反相机。 3. 结论 我们的对数码相机图像质量进行量化的方法，考虑了对数码图像质量有影响的诸多因素，其结果可公平解释数码相机产生优秀照片的能力，而且用这个评判方法与实际体验能够统一。 注：米尔霍克（稭iles Hecker）：风光摄影师，在俄怀明州学院研究电子图像，有26年的摄影生涯。 诺曼考恩（種orman Koren）：住在科罗拉多，1964年开始摄影，撰写过关于数码制版的书，在磁性记录方面有32年的工作经历。 |
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