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尼康D800与佳能5D3之争,衍射极限光圈之惑

(2012-03-04 14:41:58)
标签:

尼康

d800

佳能

5d

mark

iii

顶级摄影器材


 

尼康D800和佳能5D3都发布了,如大家预先所料,现在网络上开始进行3600万像素对2200万像素的画质大战。这是一个非常有趣的现象,遥想当年,5D22110万像素带来的优异画质遥遥领先1200万像素级别的D700,受制于CMOS原件的制造能力,尼康只能在提高D700AF性能和操控性上痛下苦功。当然,后来的市场反应来看,“1200万像素够用论”显然不敌5D2的高性价比攻势,被打的一败涂地。

而突然之间,攻守之势异也,现在尼康的D8003600万像素遥遥领先,佳能5D3开始大打“AF性能”大幅提升牌,这实在是件有趣的事情。

有能力造成山河易势的力量实际是背后的索尼。目前看来,全画幅传统CMOS的设计生产能力已经形成索尼和佳能两家独大的局面,差别只在于佳能的CMOS只给自己使用,索尼则可以提供给其他厂家,和两三年前的战略不同,索尼现在愿意把高像素技术和其他厂家共享,包括全画幅,也包括非全画幅。大家开始纷纷和索尼合作“制造”属于自己的CMOS……

呵呵,我们不是什么都知道,但是我们不是什么都能说,所以,这个问题我们也只能阐述到这里为止了。

好了,说回D8005D3。我们可以预见到马上网络上会展开铺天盖地的关于它们俩谁的画质更好的CN大战。而现在之所以大战还没有完全展开,主要原因是这两台相机还没有真正上市,大家就只能先用着各自厂家的官方样张隔空厮杀。

关于厂方发布的官方样张,当然很多时候很难准确表现出画质的实力,不过,还是可以看出不少端倪。各方会有不同的解读,其中,有不少佳能的fans们提到了衍射极限光圈的问题,用以论证D800使用的3600万像素CMOS面临的额外问题/麻烦/挑战(呵呵,或许可以据此提出“2200万像素够用论”?)。这是我们今天要讨论的要点。

衍射极限光圈(Diffraction Limited Aperture,简称DLA),有时候也被称为“像素衍射临界光圈”或者“镜头衍射临界光圈”。指使用光电转换感光元件的数码相机,当镜头的光圈收缩到某一挡后,由于光的衍射作用,会对成像产生严重的影响。

有关衍射极限光圈的原理和测算方式,大家可以上网查查,这里只说结果:衍射极限光圈=像素尺寸/1.22×光波的波长)。

先说明一下,自然光是混合光,可见光波长约为380nm780nm,所以红色光受衍射极限光圈的影响最严重。不过,通常可以以中间值,蓝绿色波长的500nm算出个大概来。

从这个公式来看,衍射极限光圈和像素直径的大小有最直接的关系,同样面积的感光元件,像素数越高(每个像素的直径越小),衍射极限光圈也就越大。也就意味着,同样面积的感光元件,随着像素的提高,小光圈就变得越来越不适合使用了。

其实衍射极限光圈并不是一个新问题,留心观察一下,很早开始,很多袖珍数码相机的光圈都只有f/11甚至f/8。这是因为袖珍数码相机的感光元件很小,但是依靠很小的单像素直径把像素做很高,因此太小的光圈根本就没有实用价值。不过,职业摄影师基本不用那玩意儿,所以大家也不怎么提这事儿。

衍射极限光圈问题上次被专业领域重视是利图和飞思发布8000万像素数码后背的时候。当时8000万像素数码后背的像素密度是要远远超过135数码全画幅相机的,所以,在职业摄影师中有人开始留意关于衍射极限光圈的问题。这些在我们去年出版的《顶级摄影器材》数码卷第3版中,在讲飞思IQ180的章节里有专门的内容论述,细心的读者应该会有印象。

不过,中画幅数码后背的用户非常少,研究中画幅拍摄和器材匹配问题的人呢,更少。所以过去几年大家对于中画幅数码后背和镜头的匹配问题主要集中在之前胶片时代的中画幅数码镜头在分辨率和色差的问题上是否能适应5,000万或者6,000万像素的数码后背。随着罗敦斯德、施耐德、哈苏纷纷开发新系列的数码镜头,这个问题基本上已经尘埃落定。等升级到8000万像素之后,才有人又惦记起了衍射极限光圈问题。

利图的AFi 12和飞思的IQ180都使用同一块近似645规格的CCD感光元件,它的像素密度达到了5.2微米的级别,这个密度要比当时所有顶级的全画幅35mm数码单反相机都要高。所以可以想像,它受衍射极限光圈的影像是相当大的。如果按照衍射极限光圈理论的限制,在使用8,000万像素的数码后背的时候,镜头设定光圈f/8或者更小的光圈就会出现分辨率的下降,甚至有些严谨的摄影师把这个限制控制到f/5.6和更小的光圈。因此,就出现了另外一个问题,如果镜头只能使用比较大的光圈,景深不足的问题就会困扰很多专业摄影领域。当然,在拍摄完全静止的画面时可以靠多拍几张不同焦点的图片,再通过软件的方式解决,但是很多题材是做不到这一点的,尤其是风景、自然和建筑摄影。

要知道在胶片时代,是不存在这个问题的,很多摄影师已经习惯了把他们的哈苏或者禄来相机的镜头收缩到f/22甚至f/32来拍摄!

不久以前,这个问题又开始困扰着索尼NEX-7α77了,谁让它们是目前全球最高像素(2,400)的APS数码相机呢。索尼的NEX-7α77密度要比现有所有顶级的135数码单反相机都要高,比8000万的数码后背也高。所以可以想像,它们受衍射极限光圈的影像是相当大的。从我们的测试结果(请参考我们的《口袋大师索尼NEX-7》,电子工业出版社21日出版)来看,F/5.6F8是大多数镜头在NEX-7上的最佳光圈。前面说过,具体成像质量下降的程度和入射光的颜色有关,不过,推荐大家谨慎的使用比这更小的光圈。

在尼康D800发布之前,35mm数码单反顶级机(全画幅、2,000万像素级别)的衍射极限光圈其实已经基本在f/11左右,只不过,f/11并不是一个不能接受的光圈,大多数人并没有在意而已。所以现在尼康D800的样片都是用大于F/8的光圈拍摄的,也是基于同样的原因。

当然,这里面还有一个问题,不是说比衍射极限光圈小一点的光圈就完全不能使用,只是说使用比衍射极限光圈更小的光圈,它的成像会缓慢下降。对于某些领域的摄影作品,景深很重要,而影像质量少量下降不是太大的问题。但对于需要高素质的摄影领域,这依然是一个绕不开的问题。

那个这个问题怎解决呢?

当然最简单的方式是单个像素不要再缩小了,靠扩大CCD/CMOS的面积来提高像素数获得更高的画质。实际上这样会立刻带来一系列成本、镜头匹配方面的问题,并不容易施行。

对于中画幅相机来讲,比较现实的方法之一是采用镜头仰俯附件,金宝、雅佳等技术相机上采用了类似的思路。改变镜头光轴和CCD的垂直关系是一个可以改善景深的办法,它应用的原理实际是大画幅技术相机上常用的沙姆定律。

沙姆定律是大画幅和中画幅技术相机上常用的技术,它的原理是改变被摄体平面、影像平面和镜头平面的平行关系(实际上就是通过前组和后组的摆动)来获取异乎寻常的景深效果。佳能TS-E这样的专业移轴镜头上的仰俯摇摆功能也是利用了沙姆定律的原理。

但是,这个办法也有它的弊端。一来,数码单反相机使用摇摆功能可不是件低成本的事情。另外,目前技术条件下的CCD感应垂直照射光线的能力非常强,而感应斜射光的能力相当差,这也是为什么很多在胶片时代不错的镜头到了数码时代都出现问题的主要原因。如果使用镜头的仰俯功能,至少远角的光线就会比镜头仰俯之前的斜射更厉害,也就意味着这时候它的成像会出现问题的可能性更大了。虽然这些问题在一定程度可以依靠镜头设计和后期软件来解决,但目前会不会出更大的问题,则还不得而知。

显然佳能、尼康和索尼这样的专业厂商也都在为这事情发愁。D800发布之后,5D3发布之前,佳能还在问摄影师们,你们真的需要3600万像素吗?2000万像素不够你们用的吗?

佳能的忧虑我猜测很大一部分缘来于上面讲述的原因。佳能不是没有能力设计生产更高像素的CMOS,很早之前,佳能已经可以把一块超过1亿的像素的全幅CMOS展出来。而它肯定是一直在犹豫,它需要在像素、画质、可使用的光圈之间寻找一个平衡,另外,别忘了,升级到3600万像素之后,目前大部分尼康镜头都不够用了,佳能也面临同样的问题。佳能或许想,如果摄影师能认可2200万级别像素的分辨能力,它在此基础上进一步提升动态范围、优化色彩、提升画质也是一个稳重求胜的选择。

呵呵,当然,这个如意算盘现在算是被索尼搅了局。看了像素之争很有可能会继续下去了。

而到底D800的画质怎么样,我想随着它的上市,会又很多专业媒体给我们很好的参考意见。另外,我们也会在第一时间入手D800测试,一矣这个测试完成,我们会把它放进我们将要发布的《顶级摄影器材》系列的尼康那本书里(和佳能的《EOS王朝》对应的,尼康的fans们该满意了吧)。

不过,不说测试的事儿,想想能用到更高画质的相机,我们当摄影师的同学们还真是觉得爽啊!

当然,我们也期待佳能赶紧把下一代顶级机发出来,别老捂着自己在自个家里偷偷乐啦,赶紧吧!

 

哦,一句题外话,最近有个4100万像素诺基亚808的拍照手机,我要先说清楚,那东西和数码相机是两回事儿。它使用的是1.4微米级的CMOS,和iPhone 4S是一样的技术,只是画幅大了一些,当然,远远没有单反相机或者微单大大,技术上并没有什么太大的难度。它采用的像素点太小,换来很高的像素,好处主要是光线好的时候数码变焦方便,但是光线不好的时候成像质量比较差。再说一遍,诸位看官千万别在讨论D8005D3的时候提808的事儿,你会被误以为对摄影器材知识一无所知的。尼康D800与佳能5D3之争,衍射极限光圈之惑



说明:上述文字部分来自于《顶级摄影器材/数码卷》(第3版,电子工业出版社2011年8月出版)、《兵书十二卷》(第3版,电子工业出版社2011年8月出版)。商业网站转载请联系作者本人授权,否则电子工业出版社一定会和你打官司。

 

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