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【玩转器材】佳能传感器的那些事（上）
图像传感器自从1961年被发明出来后经历了一段很长的时间。它们在现代相机中被用来替代胶片，但其任务仍然是捕捉来自镜头的影像。下面我们来了解一下它们的功能和未来的发展方向。
佳能经常被批评在传感器的设计上没有进展，而这些批评通常都是来自互联网上的论坛中那些对传感器知之甚少的人们。
例如，有人就不屑谈论佳能新推出的EOS 1200D，因为它只有1800万像素的传感器，很明显他并不知道其前辈（EOS 1100D）的传感器是1220万像素。
在数码相机时代初期，曾经有一场像素大战。每一台新推出的相机的像素都要比它所替代的前辈要高。如果这种情况仍然还存在的话，我们现在用的相机的传感器大概可能会在5000，7000，甚至1亿像素了。这将会是一只难以控制的有着巨大的文件体积和极慢的处理速度的怪兽。幸运的是，在1800万到2000万的时候，这场战争停战了，而这个像素对于大多数摄影师来说已经足够了。佳能现在更关注的是传感器的性能。
传感器并不是独立作战的。它需要一个处理器来处理大量的数据，并将它们转换成影像文件。在EOS相机中，这个任务由DIGIC处理器来完成，而它在这些年的发展过程中也得到了很大的改进。
数码怪事
关于数码传感器的怪事之一是它并不会以数码的形式生成数据。落在这些微小的光电元件上的光线产生的电流实际上是模拟信号。只有当这些信号被传输到图像处理器（在EOS相机上是DIGIC）后，每个信号的强度才被转换成了二进制的数码信号了。
更奇怪的是，照相胶片可以被看成是数码的。胶片乳剂里有几百万个卤化银颗粒。每个被曝光的颗粒都“潜伏”着，在进行处理（显影）后它们会转变成黑银。所以这些颗粒都有“开”和“关”的能力，就像二进制的“0”和“1”一样。
别忘了DIGIC
佳能专有的影像处理器被称作DIGIC，是专为其数码相机设计开发的。它将图像处理和相机功能的控制合并到一个芯片中。
DIGIC的速度让它能够在改进缓存性能及更少的使用电池电量的同时整合更高质量的信号处理算法，因为以单张图像为基础的信号处理完成的更快。
但是，DIGIC能做的比图像处理要多得多。因为它是专为数码相机设计的，所以它还能处理数码相机的几乎所有功能包括JPEG的压缩和展开，记忆卡控制，自动曝光，自动白平衡控制和大多数其他的相机功能。
EOS相机中DIGIC已经是第五代了。虽然我们没有发现任何直接的速度对比，但DIGIC4号称比第一代DIGIC快了50倍，而DIGIC5+ 则比DIGIC4快17倍。相信不久的将来，DIGIC6就会出现在EOS相机里了。
CCD和CMOS传感器
最早用于数码相机的传感器是CCD，它们在1960年代被发明出来用于计算机数据的存储方式。但并不很成功，不过人们很快发现CCD对于记录影像非常好。
第一批用CCD而不是胶片的相机出现在1980年代中期。第一批使用CCD的EOS相机是DCS系列（1995-1998）。该技术大多来自于柯达公司，相机的硬件由佳能提供。
第一台（也是最后一台）完全佳能生产的，用CCD的EOS相机是EOS 1D。所有其他的EOS数码相机都使用的是CMOS。
1969年末George Smith和WillardBoyle发明了CCD，他们当时在美国新泽西州的AT&T贝尔实验室工作。2009年，他们二人因此获得了诺贝尔物理奖。
CMOS传感器
COMS最先由C. T. Shah和FrankWanlass于1963年的一个科学会议的论文中提出。1970和1980年代，CMOS传感器用于航空航天业和汽车制造业，后来出现在用电池供电的消费品，如电子表中。
对数码相机来说，CMOS并不是一个很明显的选择。但是佳能发现了它的两个主要优点-比CCD的生产成本低以及电能消耗特别小。
以佳能的风格，他们决定将CMOS传感器用于EOS相机内-从2000年的EOS D30开始。多年来，他们改进了传感器的质量和性能。不像别的厂家那样，佳能自己生产自己的CMOS传感器，在生产的每一个步骤中都对其进行监控。
谁更好？
作为一个EOS用户，我们很少有机会来进行CCD与CMOS的对比。除了2001年的EOS 1D外，其他所有的EOS相机用的都是CMOS传感器。
前面介绍过，CMOS相对来说生产成本低的多，而且耗电量比CCD传感器小了大约100倍。
每个CMOS像素都有一个自己的晶体管线路来放大来自于光电元件的微弱电子信号。这让传感器将数据传送到DIGIC处理器的效率非常高，但每个像素之间需要一定的空间。佳能已经通过使用微透镜来在每个像素上对焦光线的方法解决了这个问题。
早期的CMOS传感器在微透镜之间有缝隙，这样会降低传感器对光线的敏感度。（图右）
佳能通过增加微透镜的大小，这就减少了它们之间的缝隙的方式解决了这个问题。这意味着所有抵达到传感器上的光线都能聚焦于光电单元上。（图左）
CMOS的缺点是CMOS生来其噪声就比CCD大。其表现就是在图像中的像颗粒一样的图案，特别是在高ISO时。但是，佳能花费了很多时间和金钱用于CMOS传感器的降噪和画质，所以现在已经和CCD一样好了。
结果就是，在现在的EOS相机中，CMOS和CCD不再是一个问题了。
CMOS传感器是如何记录你在你的电脑监视器上看到的图像的？
一个CMOS传感器是由千百万个非常小的光敏单元组成的。这些单元就是图像的元素，或者叫“像素”。
当镜头将一个图像投射到传感器上时，每一个像素都会根据主体在那个区域亮度产生相应的电流。例如，像素对高光部分会产生比阴影部分更多的电流。每一个像素本身都有自己的放大电路来将这些电子信号增强到可用的水平。
曝光后，信号数据会从传感器清除并传送到DIGIC处理器。在这里，这些信号将被转换为一个图像文件，并被存储到存储卡上。
当你在电脑上打开图像文件时，就开始了反向的流程。你的电脑会注意到每个像素的位置和信号强度，然后在监视器上重现图像。
CMOS传感器上的像素是对光线敏感的，但并不对颜色敏感。要让一个数码相机产生彩色图像，传感器上的每个像素都被覆盖着或者红色或者绿色或者蓝色的彩色滤镜。一个像素只能检测到它上面的滤镜的颜色的光。如果每个像素只能检测到一个原色，那么传感器的敏感度按逻辑来说就应该减少1/3。但并不是这样相机的处理器会用从每个像素最近的像素的信息来计算每个像素的完整的色彩信息。传感器在边缘有额外的像素来进行这种计算。额外的像素不会用来组成最后图像-其唯一的任务就是提供额外的色彩信息。这也就是有效像素（形成图像的像素）和总像素（包含了传感器边缘的额外像素数）的区别了。
传感器上每个像素都被一个滤镜覆盖着。每一个红色或者蓝色滤镜都有两个绿色滤镜。这个比例符合人类的视觉，因为人类的视觉对绿色最敏感。滤镜是按被称为拜耳阵列的方式排列的。
传感器尺寸
全幅
大约36X24mm，全幅传感器和传统的35mm胶片一样大。如果其他因素都一样，传感器越大，画质越好，这就是为什么这些传感器都用于专业的EOS 1Ds系列和高级的消费级别如EOS 5D系列和EOS 6D上。
全幅传感器的生产成本比更小的传感器的生产成本要大的多，这也就是为什么这些相机要比别的相机贵的多的原因之一。
对于从35mm胶片相机转到数码相机的人来说，全幅传感器的优势是所有已有的镜头的视场是不变的。
APS-H传感器
大部分EOS 1D系列的相机用的都是APS-H传感器-大约29X19mm。这是因为当时图像处理相对较慢。处理一幅全幅图像的时间很长，无法满足新闻和体育摄影师，而处理一个较小的图像的速度则快得多。
现在的处理速度快了很多，所以新闻和体育摄影师们都很乐意使用全幅的EOS 1 X。EOS 1D Mark IV是最后一台APS-H相机。
APS-C传感器
大约22X15mmAPS-C传感器在EOS系列中是最小的。传感器越小，制造起来越便宜，这也就是为什么APS-C传感器都用于入门和中级型号的原因。
相机用全幅（红色框），APS-H（黄色框）和APS-C（白色框）传感器的相对视场。所有的EF镜头都能用于全幅的传感器。当使用较小传感器时，图像的部分会被裁切掉。图像中的北极熊并没有被APS-C传感器放大，它只是充满了更小的传感器。你用全幅传感器然后裁切图像也能得到完全一样的结果。
为什么有些摄影师说APS-C或者1.6x的裁切系数的相机可以拍的更远？我们将其责任归咎到生产商。
当最早的APS-C数码相机出现时，它们大多被用35mm全画幅胶片相机转拍数码的摄影师们购买。为了帮助这种转型，佳能解释用APS-C相机看到的视场相当于35mm胶片相机用同样的镜头乘一个1.6的系数看到的一样。迷糊了吧？我们认为现在是停止这种比较视场的时候了，特别是现在很多摄影师在使用数码前根本就没有用过35mm胶片相机。
高级照相系统（Advanced Photo System-APS）
APS是Advanced PhotoSystem，高级照相系统的缩写。它是1996年推出的，使用一种比35mm胶卷盒更容易装到相机里的胶卷盒，但是你必须使用兼容APS的相机。EOS系列有两台APS相机，EOS IX和EOS IX7。
APS系统在一个相机中提供了3种不同的格式：
H（High definition，高清）-30.2X16.7mm，长宽比为16：9；
C（Classic，经典）-25.1X16.7mm，长宽比为3：2；
P（Panoramic，全景）30.2X9.5mm，长宽比为3：1
这样很容易导致一些误解，因为所有的图像都是按完全的H格式拍摄的。你选择的格式被记录在胶卷上，然后用胶卷出片的机器会根据这个信息来制作出H，C或者P格式的照片。
曾经有人说APS系统的部分目的是为了让摄影师为数码传感器相机做准备的。这可能有些道理，因为有两种数码传感器用的就是APS的名字。
1.2亿像素CMOS图像传感器
佳能花了很多时间致力于降低CMOS图像传感器上的像素大小。这些努力导致了令人惊异的结果，让每个像素小到了2.2微米，在一个传感器上可以做到大约1.2亿像素。这个超级高分辨率的APS-H尺寸（大约29X20mm）的CMOS传感器将现存的相同尺寸的产品的传感器的像素数提高了7.5倍，分辨率提高了2.6倍。到目前为止，据我们所知，这个传感器还没有任何商业用途。
CMOS传感器会进行平行处理来支持高速读取大容量像素，通过改进使用的方法来控制读出电路的时间，佳能成功的完成了传感器信号的高速读出。其结果就是这个传感器实现了最高输出速度约为每秒9.5幅，支持超高分辨率图像的连续拍摄。
这个CMOS传感器捕捉到的图像即使在裁切后或者数码放大后仍然保持了高水平的保真度和清晰度。
因此，这个传感器为许多工业应用提供了潜在的可能，如拍摄大画幅广告图像的相机，精密部件检测用的相机，太空相机和全像视觉相机（Omnidirectional Vision Camera）等等。
佳能1.2亿像素超高分辨率的CMOS传感器可能会实现在过去只能想像的史无前例的工业应用。
分辨率和打印尺寸
你能用你的图像文件打印出最大尺寸为多少的照片？到网上查一下，有不少相关的信息。有图表，数学计算和无数的其他选项。唯一稀少的，是真正被摄影师试验过的数据。
| 照片尺寸 | 最低 | 最好 | ||
像素数 | 像素（万） | 像素数 | 像素（万） | |
6X4英寸 | 750X500 | 38 | 1500X1000 | 150 |
7X5英寸 | 875X625 | 55 | 1750X1250 | 210 |
A4 | 1500X1060 | 159 | 3000X2115 | 635 |
A3 | 2250X1600 | 360 | 4000X2850 | 1140 |
这个表是基于柯达的介绍制作的。我们提供这个表的目的是给你自己测试一个起始点。
“最低”的意思是结果大概能够满足大多数人的眼光。但摄影爱好者们可能会更喜欢“最好”
你完全可以不相信上表的数据，但是你一定要自己做试验，以发现你的图像文件可以给出好结果的最大尺寸。千万不要跟着那些从表格中得到数据的人那么干。
有一个人，David Pogue，他是一位美国的技术作家也是一位经常在电视上做演讲的人。在他的电视节目“It’s all Geek to me”中，他制作了3幅16X24英寸的照片。一幅来自于1300万像素的文件。他同时还制作了同样的图像的照片，但是将它们分别降低为800万和500万像素。这些照片挂在纽约时代广场的一面墙上，请过路人看能否看出差别。95%的人看不出来差别，其他的就是瞎猜，而且都猜错了。只有一位指出了照片的顺序，而她恰巧是一位摄影教授。
很少人在谈到打印尺寸时很好考虑到观看距离。如果你看一幅更大的图像时，你的眼睛是否会离得更远些？图形越大，你离的就应该越远。这意味着分辨率可以很低。
我们都会用相机的最高分辨率来拍摄照片，为的是拍下最完美的照片，同时我们还想着这些照片能打印成一面墙那么大。但是，我们要记住，所有EOS相机还可以让我们选择比最大质量设置更下的设置。比如EOS 650D，“大/精细”和“RAW”的选项是1800万像素，但用别的设置，我们可以拍摄8百万，4百50万，2百50万和35万像素的照片。你可以为了节省计算机的存储空间选择合适的设置。
欧了，内容太多，关于佳能传感器的那些事（下）请参见【玩转器材】佳能传感器的那些事（下）
