从"芯"而论 浅谈数码相机传感器进化史

2017-08-23 10:30:25来源: 中关村在线 关键字:传感器

“芯”,指的是物体的中心部分,也可以指物体的核心,比如“芯片”;对于数码相机来说,最核心的部分自然是相机的传感器。相机行业发展已有百余年,但数码相机出现不过三四十年,而真正进入民用领域仅有二十余年。但是这二十年,凭借着微电子技术的快速发展,不管是相机传感器还是相机处理器都经历了飞速的发展,特别是相机传感器部分。从湿板到正片再到负片,每一次进步都需要几十年甚至更长时间,但是从CCD到CMOS不过二十余年时间。究竟数码相机是如何进化的,画幅真的是从小到大吗,今天我们就来简单聊一聊数码相机的“芯”历史。


·从全画幅起家 再重新回归全画幅


数码相机发展时间虽然短,但是对于大部分消费者来说,接触数码单反或者数码无反其实也不会有太多年头,真要说2000年左右的事情,如果您还历历在目那么您一定是暴露了年龄了。很多朋友都有一个错误的认知,数码相机的画幅是从小到大发展的,从这10年看的确不错,大家从APS-C开始到全画幅,从1/2.3英寸卡片机再到1英寸。但是从整个发展尺度来看,数码相机的画幅,是由小到大,再到小,现阶段再次变大的过程。



传感器画幅大小,经历了从小到大,再到小,然后再到大的过程


最初的数码相机,可以追溯到上世纪七八十年代,第一台数码相机产自柯达,仅仅可以拍摄8万像素的黑白图象,仅仅是一个试验品,第一台真正意义的数码相机诞生于1981年,说出来可能不信,这台数码相机是索尼生产的,型号为Mavica。



世界上第一台数码相机是柯达的试验品,像素只有8万像素


之后的近20年,出现了诸多数码相机的试验品,也包括了苹果的Quick Take 100。富士,尼康,柯达,卡西欧,索尼,理光,佳能等等都在这段时间推出了尝试性的产品,这一阶段,大家的产品长的千奇百怪,存储介质也是五花八门,从CF卡到硬盘到卡带,或者是3.5英寸软盘,无奇不有。



之后二十余年涉及数码相机的厂商非常多,产品更是五花八门,图为苹果QuickTake 100


不过在这20年内,民用数码相机都是以家用机的形式出现,虽然长的千奇百怪,但是用现在的话说,无非就是卡片机。直到1991年柯达推出了首款数码单反相机,型号为DSC-100,搭载一枚14.3×9mm(大概跟现在1英寸画幅差不多)的CCD传感器,像素为130万像素,这是现代数码相机的鼻祖。但是直到2000年前后,佳能和尼康才推出真正意义的自产数码单反。



第一台数码单反是柯达DSC-100是用尼康F3为基础设计的,传感器不过现在1英寸相机大小


第一台数码相机的画幅,在现在看也就是个卡片机,在当时来看由于高昂的售价和复杂的存储,也没有引起太大的轰动。在1999年佳能推出了第一款数码单反D2000,而尼康则是在2000年推出了D1,也都是采用APS-C或者更小画幅。但是2001年,康泰时推出了第一台全画幅数码单反相机 N DIGITAL,第一次把数码全画幅这个概念呈现在了人们眼前。可惜的是,由于CCD工艺复杂,制作全画幅几乎是天工之作,因此康泰时N DIGITAL不仅售价极高而且供货稀少跳票多月,最后也落得了不了了之的下场。



2001年康泰时推出了N DIGITAL这款全画幅,但是结局并不好


    其实从康泰时N DIGITAL开始,数码相机实现了第一轮的循环,从小画幅到全画幅的过程。但是康泰时N DIGITAL的悲惨结局,并没有让所有厂商对于全画幅都充满信心。这也导致了第二个过程,就是很多尝试了全画幅原型机的厂商重新回归小底,包括柯达、尼康、富士等等。

2“APS-C决胜论” 尼康带大家走弯路

·“APS-C决胜论” 尼康带着大家走弯路


    从康泰时N Digital开始,其实很多数码厂商都认为,APS-C画幅才是数码相机的最佳画幅,最典型的代表就是当时的尼康派系,也就是以现在的尼康为主导的一系列厂商,包括了尼康、当时的老大哥柯达,以及富士等等。尼康在2000-2004年,疯狂的推出了多款D1系列,D2系列,曾经一年推出多款单反,主打高像素、高连拍等诸多领域,但是画幅方面依然是APS-C画幅。


尼康在D1和D2时代,不断推出APS-C机型,把那个时代的APS-C画幅发挥到了极致,2003年的D2H就搭载了Wi-Fi,也算是超前了时代


在画幅竞赛中,真正的赢家是佳能。面对尼康派系(那个年代美能达将死不活,索尼还没有插足高端数码相机的竞争,奥林巴斯专注于43系统,而宾得,宾得是什么?)的疯狂进攻,佳能虽然在在2000年推出了D30企图用CMOS应对尼康诸多单反,但是那个年代CMOS还不成熟,画质远不及CCD,因此也就作罢。但是2002年佳能另辟蹊径,推出了第一款真正可以用于民用的数码全画幅单反1DS,数码单反的全画幅时代就此拉开帷幕。



佳能1DS,第一台真正可以用于民用的全画幅,当然,这是价格上


虽然佳能已经推出多款数码全画幅单反,但是尼康却不为所动,一心认为“APS-C画幅才是最佳的数码画幅”。这个理念也影响很多厂商很多年,至今仍然可以看到很多厂商仍然没有进军或者刚刚进军全画幅领域。不过佳能相机越卖越好,特别是5D与1DS双系列夹击,尼康在F6之后彻底转行进入数码行业,在比佳能晚了6年之后,推出了第一款全画幅单反D3。虽然晚了6年,但是不得不说D3在2007年打了一次漂亮的翻身仗,只可惜这一次的胜利没持续多久,5D2就再一次击败D700,让佳能奠定了数码相机的领先地位。


尼康在靠着第一台全画幅D3打了翻身仗,但这时候已经是2007年,第二年佳能5D2问世,结果如何相信大家都非常清楚


可以说从2000年左右数码相机走上民用市场,到2007年尼康第一台全画幅单反问世。佳能的成功其实有着一定的巧合,也有这尼康、富士、柯达、美能达等等的不争气。究竟这几年,剩下的厂商在干什么,下一页我们继续聊。

3其他厂商在做啥 索尼成就刷机狂魔

·其他厂商在做啥 索尼成就刷机狂魔


说了这么多,其实数码相机厂商还有很多,其他厂商都在做什么?柯达和康泰时作为曾经的巨头,基本上死在了数码相机民用化的第一股浪潮上,但是奥林巴斯却一直在不断努力,在数码相机初期有着非常不错的表现。奥林巴斯在曾经推出E系列,主打43画幅,同样是单反系统,但是更加轻巧。不过在画幅竞争中,43画幅逐渐败给了APS-C和全画幅,因此奥林巴斯的43系统一度销声匿迹。近些年才和松下一起,在M43画幅的无反领域重新杀出了一席之地。



奥林巴斯早在2004年就推出了43画幅单反E-1,但是可惜受到当时APS-C顶峰论影响,奥林巴斯没有选择更大画幅


另外如今的大厂,索尼。其实索尼在数码相机早期,虽然卡片机做的有姿有色,但是高端相机领域一直没有踏足。索尼并没有高端单反相机的制作基础,因此索尼最大的目标是收购美能达,毕竟这时候的美能达虽然仍有雄厚的技术实力,但是公司财务上已经是风雨飘摇。在经历了数年的收购历程后,2006年索尼终于如愿以偿,也开始了索尼大法的刷机狂魔之旅。


刷机狂魔索尼在2006-2010年推出了23数码单反,这个记录实在是难以超越,图为索尼第一款全画幅数码单反,A900


索尼从2006年开始,疯狂推出α系列单反相机,从最初的a100,一直到2010年最后一款数码单反a580,索尼在四年多时间内发布了23款数码单反相机,而且包括a900、a700、a850等全画幅产品,现在看依然是最强悍的刷机狂魔。从2010年开始,索尼不再生产数码单反,改为两线尝试。A33和A55开启了单电的尝试,而NEX 3和NEX5则开启了微单时代。事实证明,索尼的这一步豪赌,微单系列取得了巨大的胜利。


无反相机不是索尼首创,第一台是松下G1,但是索尼的确把无反相机发扬光大了


当然,事后的事情大家就比较清楚了,2013年索尼第一次推出A7系列,从推出就备受好评,全画幅的高画质加上微单的轻巧便携,也注定了索尼在无反领域的行业老大地位。

4从CCD到CMOS 成本决定一切

·从CCD到CMOS 成本决定一切


其实我们说了很多关于相机画幅发展的历史,相机传感器发展的另外一方面,则是从CCD到CMOS的进步。说到CCD,如果您身边有五六十岁,从2000年左右开始使用数码相机的朋友,一定会接触到一个概念:“CCD的画质,特别是色彩,远比CMOS好”。这是,这一点没错。


CCD画质有多好,可以看到近两年专业中画幅后背才换用CMOS,而且不是全部更换(图中三款相机,索尼A900为CMOS,适马SD1为X3,而IQ180为CCD)


CCD和CMOS,本质上是传感器工艺的不同。简单来说,CCD的感光元件,每行的像素点都只使用一个“放大器”来进行处理,而CMOS则是每个像素都有一个单独的放大器。因此CCD上,从像素点来看,用于感光的区域要远大于CMOS,毕竟CMOS上还要集成许多复杂的电路,所以CCD的画质,的确比CMOS好。


如下图所示,CCD传感器中每一行中每一个象素的电荷数据都会依次传送到下一个象素中,由最底端部分输出,再经由传感器边缘的放大器进行放

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关键字:传感器

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/szds/article_2017082312011.html
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