當(dāng)光線穿過(guò)鏡頭，快門打開(kāi)后，最終成像會(huì)落在傳感器上，對(duì)于現(xiàn)代的數(shù)碼相機(jī)，這些光線會(huì)在傳感器中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，最后將最終成像存儲(chǔ)在相機(jī)的存儲(chǔ)卡中?？赐晗鄼C(jī)的基本工作流程后，我們不難發(fā)現(xiàn)，數(shù)碼相機(jī)的靈魂在于它的傳感器，它決定了相機(jī)的整體性能和圖像質(zhì)量。那什么是相機(jī)傳感器呢？

什么是相機(jī)傳感器？

在傳統(tǒng)相機(jī)時(shí)代，是使用一個(gè)35毫米的膠片來(lái)曝光和存儲(chǔ)圖像，而數(shù)碼相機(jī)則采用CMOS傳感器進(jìn)行曝光，存儲(chǔ)照片時(shí)使用的是存儲(chǔ)卡。這是一個(gè)簡(jiǎn)單的處理過(guò)程，上面也提到過(guò)，但傳感器更復(fù)雜的在于它的處理過(guò)程。眾所周知，CMOS傳感器是用很多個(gè)發(fā)光二極管組成的，當(dāng)我們拍攝一張照片時(shí)，光線進(jìn)入到CMOS傳感器進(jìn)行曝光，然后讀取圖像數(shù)據(jù)信息，之后這個(gè)數(shù)據(jù)信息被發(fā)送到一個(gè)協(xié)處理器或者后端控制器中進(jìn)行處理，最后才被壓縮并且保存到存儲(chǔ)器中。

圖像傳感器的性能同時(shí)也決定了相機(jī)的性能?？扉T速度和光圈定義了相機(jī)傳感器接收光信息的時(shí)間長(zhǎng)度和多少，ISO確定了光信息的放大倍數(shù)。特別實(shí)在弱光條件下，傳感器的尺寸對(duì)圖像質(zhì)量的影響尤為重要。

決定圖像質(zhì)量的主要因素之一是傳感器的物理尺寸。通常較大的傳感器在高ISO情況下會(huì)有比較好的表現(xiàn)。不同類型的相機(jī)，它們的傳感器大小也不同，傳感器的物理尺寸通常以毫米（mm）為單位，看下圖：

傳感器的尺寸越大就會(huì)有更大的表面積，從而在標(biāo)準(zhǔn)間隔(稱為曝光時(shí)間)上可以提供更多的用于接收光信息的區(qū)域。我們可以把傳感器比喻成船帆，帆越大，表面積越大，它就能接收更多的風(fēng)，從而船走的越快。對(duì)于相機(jī)傳感器而言，傳感器越大，表面積越大，它就能接受更多的光(光子)。這代表什么？光越多，對(duì)我們的圖像質(zhì)量影響就越大，這一點(diǎn)會(huì)在后面詳細(xì)敘述。

前面是一些基礎(chǔ)的知識(shí)和傳感器是如何影響相機(jī)性能的，下面我們就要詳細(xì)講訴傳感器尺寸到底是如何影響圖像質(zhì)量的。

傳感器尺寸對(duì)噪點(diǎn)和畫質(zhì)的影響

如果我們放大看相機(jī)傳感器，會(huì)發(fā)現(xiàn)相機(jī)傳感器是由數(shù)百萬(wàn)個(gè)小方格組成的矩形網(wǎng)格，這其中的一個(gè)小方格就是一個(gè)像素。每一個(gè)像素都有一種顏色，數(shù)百萬(wàn)個(gè)像素最終組成了一張圖片。如下圖中，這是一張普通的圖片，當(dāng)我們將這張圖片放大后，會(huì)看到這種圖片中包含了許多小方格，這就是圖片中的像素。

數(shù)碼相機(jī)中的傳感器將收集到的光信號(hào)光轉(zhuǎn)換為一個(gè)個(gè)像素，每個(gè)像素都包含了顏色和亮度。理論上說(shuō)，傳感器尺寸越大，包含的像素就越多，照片的清晰度就越高。但實(shí)際情況卻不是這樣的，當(dāng)像素密度過(guò)大的時(shí)候，單個(gè)感光像素獲取到的光線量會(huì)變少，所以要提高感光度才能獲取到與原來(lái)單個(gè)像素相同的進(jìn)光量，而高感光度會(huì)對(duì)圖片產(chǎn)生噪點(diǎn)。所以，我們的一般經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于全畫幅相機(jī)，2000萬(wàn)左右的像素為宜。

總的來(lái)說(shuō)，當(dāng)像素相同時(shí)，傳感器尺寸越大，畫質(zhì)越好；而在傳感器相同的情況下，像素與畫質(zhì)就不一定會(huì)成正比的關(guān)系了，因?yàn)閭鞲衅鞒叽缦嗤?，增加像素密度，畫面的感光度也?huì)變?nèi)?，隨之就產(chǎn)生畫面的噪點(diǎn)，從而影響畫質(zhì)。

傳感器尺寸是如何影響景深的

對(duì)于景深，影響它的因素通常有三個(gè)：光圈、焦距、相機(jī)與主體之間的距離；但還有一個(gè)因素，經(jīng)常被大家忽略，就是傳感器的尺寸，它對(duì)景深的影響沒(méi)有前三個(gè)要素那么大，實(shí)際是它對(duì)景深沒(méi)有什么影響，實(shí)際影響的是裁剪系數(shù)和有效焦距，是我們感官上的錯(cuò)覺(jué)。

那什么是裁剪系數(shù)和有效焦距呢？

當(dāng)我們?cè)诎敕鄼C(jī)上安裝全幅鏡頭時(shí)，最終得到的畫面，相機(jī)會(huì)為我們進(jìn)行裁剪，而這個(gè)裁剪多少的倍數(shù)就是裁剪因子。那么這個(gè)數(shù)是如何得出來(lái)的呢？

將全畫幅相機(jī)傳感器上的對(duì)角線距離與特定相機(jī)傳感器上的對(duì)角線距離進(jìn)行相除得出，具體計(jì)算方法如下：

我們知道傳感器的寬度和高度（以毫米為單位）后，可以使用勾股定理輕松計(jì)算出對(duì)角線距離。

對(duì)角線距離 = SQRT（（寬度^ 2）+（高度^ 2））。其中SQRT是平方根。

例如，可以找到36mm x 24mm全幀的對(duì)角線距離或斜邊，如下所示： = SQRT （（24 ^ 2 ）+ （36 ^ 2 ））。結(jié)果大約是43.3mm。

相機(jī)裁剪因子= 43.3 /相機(jī)傳感器對(duì)角距離

全畫幅相機(jī)的裁切因子為1，即43.3mm / 43.3mm。

例子：在下圖中，傳感器尺寸為23.5x15.6mm，根據(jù)勾股定理可得出對(duì)角線為28.21mm：

裁剪系數(shù) =43.3/相機(jī)傳感器對(duì)角距離= 43.3mm/28.21mm= 1.5

快速參考，標(biāo)準(zhǔn)相機(jī)傳感器裁剪系數(shù)：

• 全畫幅傳感器裁剪因子= 1
• APS-C傳感器的裁剪系數(shù)= 1.5至1.6（取決于型號(hào)）
• Micro 4/3傳感器裁剪因子= 2

對(duì)于給定的傳感器尺寸和焦距，有效焦距（也稱為35mm等效焦距）是將在35mm相機(jī)上產(chǎn)生相同視場(chǎng)的焦距。它是通過(guò)將鏡頭的實(shí)際焦距乘以傳感器的裁剪系數(shù)而得出的。

有效焦距=焦距x裁剪系數(shù)

想象一下，您使用尼康D7100 （傳感器尺寸23.5x15.6mm，裁剪1.5x）拍攝，焦距為35mm，光圈為f / 1.8。

由于此相機(jī)的裁剪系數(shù)為1.5倍，因此其有效焦距為50毫米（1.5 x 35毫米）。換句話說(shuō)，對(duì)于全畫幅相機(jī)需要使用50mm的焦距才能獲得相同的視角。所以實(shí)際情況是在我們使用尺寸小的傳感器時(shí)，它不是為我們?cè)黾恿司吧?，而是將圖片“放大了”，欺騙了我們的視覺(jué)而異。

例如看上圖：在使用相同光圈f2.8的情況下，同樣是50mm的全幅鏡頭，安裝在全畫幅相機(jī)，它的焦段是50mm，安裝在半畫幅相機(jī)上，它的有效焦距成為75mm，而得到的景深是一致的（這里涉及到混亂圈的問(wèn)題，在以后的文章中會(huì)講解）。

傳感器尺寸與動(dòng)態(tài)范圍

何為動(dòng)態(tài)范圍：動(dòng)態(tài)范圍是相機(jī)所能包含的最亮到最暗之間的范圍，它的范圍越大，圖像中所呈現(xiàn)的層次越豐富，這意味著，較大的動(dòng)態(tài)范圍可以捕捉大陰影中的細(xì)節(jié)，同時(shí)又不會(huì)使高光區(qū)過(guò)度曝光。

請(qǐng)注意，動(dòng)態(tài)范圍并不完全由傳感器尺寸確定。相反，較大的像素比較小的像素能獲得更好的動(dòng)態(tài)范圍。但是，較大的傳感器具有更大的表面積，因此它們的像素通常比較小的傳感器多，因此動(dòng)態(tài)范圍更好。

數(shù)碼相機(jī)使用傳感器作為光敏元件。因此，對(duì)于最終圖像中的每個(gè)像素，都需要一個(gè)特殊的光電二極管亮，它將從鏡頭接收的光子數(shù)量轉(zhuǎn)換為電荷。光電二極管越多，電荷越高，并且如果它們超出了傳感器的動(dòng)態(tài)范圍，則像素分別為黑色或白色。所以對(duì)于低動(dòng)態(tài)范圍的相機(jī)，在高光或者陰影處，相機(jī)拍攝不出細(xì)節(jié)。

在前面關(guān)于像素的章節(jié)中也已經(jīng)說(shuō)過(guò)：當(dāng)像素相同時(shí)，傳感器尺寸越大，畫質(zhì)越好，畫面噪點(diǎn)越少；在這一點(diǎn)的基礎(chǔ)上，我們也可以得出這樣一個(gè)結(jié)論：

光圈大小和快門速度控制著每個(gè)像素能獲得多少光亮，從而增加或降低了信號(hào)強(qiáng)度。

ISO確定信號(hào)和噪點(diǎn)的放大率。ISO還確定在最佳曝光時(shí)需要多少光。

ISO值越高=需要的環(huán)境光越少=信噪比越小=動(dòng)態(tài)范圍越小=圖像噪點(diǎn)越多。

ISO值越低=需要的環(huán)境光越多=信噪比越大=動(dòng)態(tài)范圍越大=圖像噪點(diǎn)越少。

總的來(lái)說(shuō)：較大的傳感器通常代表著相機(jī)性能也越好，也可以為我們提供更廣泛的創(chuàng)作空間，但與此同時(shí)，也帶來(lái)了昂貴的費(fèi)用。