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01圖01.

一、前言
      本篇聊攝影,幫大家一次好好的整理二個有關相機規格、技術的名詞,即是「感光元件」與「畫素」之間的關係,在照片中到底影響我們什麼層面。

     底下的文章我們會這麼來談,首先介紹相機中最重要的元件之一 「感光元件」 究竟是個什麼樣的東西? 又有何重要功能與地位,其次再介紹相機「畫素」 是什麼,畫素在照片中又是什麼功能?

     當談完這兩個後,再進一步談這兩者之間的交互關係可能是什麼,來讓大家簡單了解一個單純的觀念「畫素 ≠畫質」這個觀念。

 

二、先了解感光元件

1. 感光元件的功用

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02圖02. 資料來源 YAHOO 購物中心 / Canon 彩虹先進 官方網站
     買相機不免過目一下規格,一點發現零零總總幾十條細項看的眼花撩亂,實在不曉得這些 “規格”與我們 “需求” 之間關係在哪裡? 這就我們買相機最麻煩的地方,所以不斷爬文來了解規格的意義,再思考我們的需求,可能是什麼樣的規格能滿足。

     正因為我們常不了解規格的意義,也不易說清楚我們的需求,所以賀禎才會寫這一篇文章,除了幫你介紹「規格」的意義,再幫你找出你的需求會是什麼,這篇文章就是在做這件事情,但相機規格實在太多,不如就先從一台相機最重要的元件之一「感光元件」開始介紹,即是上圖 02 表格裡頭寫著「影像感應器」這個規格 (底下皆稱作感光元件)

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03圖03.
     「感光元件」的用途很簡單,將來自鏡頭透進來的光線,轉化成 0101001…等數位訊號,如此才能將這些 01 數位訊號加以處理成電腦上可以看到的照片,這個過程稱為 「A / D」 轉換,即是 類比 (Analog) 轉成數位 (Digital) 的過程。

 

2. 了解感光元件規格與差別

04圖04. 主流感光元件規格與比例大小
     既然我們了解感光元件的功能,我們進一步來認識,感光元件其實也有分許多規格,上圖 04 是市面上常見到的規格。 藍色圖示代表我們習慣稱的「單眼相機」感光元件,而黃色圖示為類單眼或是傻瓜相機感光元件,每個圖示裡頭有包含二個資訊,一為黑色字樣,標示了該感光元件的規格名詞 (如APS-C、M4/3) ,以及紅字代表感光元件真實的大小 (單位為 mm)

PS:想進一步了解「單眼」與「類單眼」的差別,請參考這一篇有詳盡的介紹:
[聊攝影56] 類單? 單眼? 傻傻分不出來,簡單教你如何區分

     至於感光元件大小差別,我們可以從一個最常比較的測試基準,來感受出在拍照中的差別 – 高感光度 ISO 表現,這項標準最容易、也最直覺讓每個人透過照片中感受的出來。

 

05圖05.
      上圖 05 則是比較不同面積大小感光元件,在夜間拍攝實際上的差別。 我們先看左側夜景圖,在夜拍時我們為了讓照片足夠明亮,所以使用了高感光度 ISO 3200,雖然提昇了亮度,但付出的代價是讓照片更加粗糙 (即是常聽到的 雜訊 noise) ,感光元件越大,所產生的雜訊也相對較低,在細節表現上越是漂亮,如上圖 05 右側的裁切圖,一眼就能感受節不同大小尺吋感光元件,在夜拍高感光度 ISO 3200 在照片中的差別。

     換句話說,若想要在夜間或昏暗不明的場合下拍的越是明亮、清楚,選擇感光元件面積較大的相機,是有長足且明顯的改進。

 

三、再了解相機「畫素 Pixels」

1. 了解畫素 Pixels 基本定義

你從來不曾看過,這麼齊全的「極光攝影教學」,共 11 篇全在這裡。點我看文章
06圖06.
     所謂的畫素 (Pixels) 指的是一張數位照片最小組成單位,上圖 06 可以看的出來一張照片不斷放大、再放大後的結果,一張照片我們單看圖 06-A 是看不出來像素 Pixels 長什麼樣子,當我們放大至原圖 65% 左右來到了圖 06-B ,照片依舊十分清晰,兩隻蜜蜂十分清楚了。

     當我們持續放大至原圖 1200% (也就是 12倍大) 來到了 06-C ,發現蜜蜂照片已經出現了雜點、不清晰的感覺,最後放大至 3200% 來到了圖 06-D ,我們則看到原來蜜蜂的眼睛,是由一格、一格不同顏色的像素所組成,這就是數位照片最基本組合單位畫素 (Pixels)

 

07圖07. Panasonic GH3 最大記錄畫素為 4608 x 3072 = 1400萬畫素
     當我們說 “XXX畫素”,我們指的是一張數位照片實際大小,「面積」最大為何,如上圖 07 可以簡單解釋,長邊一共有 4608 Pixels ,短寬為 3072 Pixels ,兩者相乘即是 4608 x 3072 = 1410萬像素,代表這張照片總共約為 1410 萬個像素組成的大小。

 

08圖08.
     基本上我們看數位相機最大畫素,只要了解這台相機最大能幫我們輸出多大張的照片而已,與畫質並無完全、單一、直接的關係,我們可以以圖 08 想像一下,去買咖啡選擇你要杯子大小,裡頭的咖啡喝起來基本上是一樣的,千萬別以為畫素越大,畫質就越漂亮。

 

2. 畫素實際觀賞差別

09圖09.
     既然了解畫素 Pixels 為照片最基本的組成單位,接著我們來了解實際使用的差別。 上圖 09-A 則是 1800 萬畫素照片,若將縮小至 800萬畫素,並加以裁切比較,則成為圖 09-B ,我們可以發現若較小畫素 (面積) 數位照片裁切中間停車場照片,低畫素的照片放大看明顯感受到一格、一格馬賽克的感覺,而高畫素 1800 萬原圖同樣裁切成為圖 09-C ,照片仍十分精細。

 

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10圖10.
     同樣的我們再來比較不同像素面積的照片,上圖 10 一共有三種不同像素大小照片,我們再來放大來比較差別。

 

11圖11.
     在相同構圖比較下,較高畫素面積數位照片,的確是能表現較多細節,此時小畫素照片就顯得十分模糊、不清,但相對高畫素照片檔案大小也大上不少,這點也要加以考慮。

 

四、感光元件與畫素

1. 畫素與畫質
     看到這裡我們了解像素只是代表照片記錄單位與數位照片面積,接著我們來談談,如果二台相機都是 1000 萬像素,如果是用不同大小感光元件來記錄的話,畫面表現會一樣嗎? 或許有助於解決一個常聽到的迷思「畫素 = 畫質嗎?」。

12圖12. 不同相機,比例與構圖稍有差異,但皆為 1000萬 畫素大小
     上圖 13 則是採用二台不同相機,同樣是 1000 萬畫素照片局部來比較 (也就是照片面積一樣大),左側為 1/1.7”規格大小感光元件相機所拍出來的照片裁切,右側為 APS-C 規格大小感光元件所拍出來的照片裁切,一比十分明顯的發現,同是 1000 萬畫素照片 (代表照片實際大小是一樣的) 裡頭的細節差上非常多,這也呼應了「畫素 ≠ 畫質」,這究竟是怎麼一回事呢?
2. 像素受光面積比

13圖13.
     我們了解感光元件是記錄光線,將類比光線轉化成數位訊號,而畫素是記錄照片大小的單位,接下來是,如果同是1000萬畫素,放進二個不同規格大小感光元件,照片細節會不同嗎? 從圖 12 的例子我們也知道會差別,但產生這層差別原因為何? 上圖 13 簡單的示意,如果 1000 萬個格子,塞進不同大小感光元件,我們可以用下圖來進一步簡化一些。

 

14圖14.
     我們不可能將 1000 萬個格子給畫出來,我們就稍微簡化有個概念就好。上圖 14 代表一感光元件,裡頭塞滿了許多像素來記錄一張照片,最後輸出成一張數位照片。

 

15圖15.
     以圖 12 例子來說,我們同樣採用 1000 萬畫素記錄,同時用不同二個尺吋感光元件來記錄,其概念就像上圖 15 一樣,感光元件大小不同,但記錄的像素皆為 1000 萬像素。

 

16圖16
     接著,我們再把每一個像素獨立挑出來比較其面積大小,我們不難看出來,若同是記錄 1000 萬像素面積的數位照片,若感光元件越,每一個像素單位面積也隨之越大,受光面積也越大,品質自然會比較好一些,同時也能避免各種像素之間彼此干擾的各種狀況 (雜訊就是其中一個例子)

 

17圖17.
     我們可以再簡化一下剛剛的觀念。 上圖 17 是二個不同規格大小感光元件,同樣是記錄 9 像素,左側較大感光元系,每一個像素面積較大,受光照射的面積較高,且像素之間的距離也較大,較不易產生各種干擾。 反之右側較小感光元件,同樣記錄 9 像素,不但每一像素受光面積較小外,像素間距也十分緊臨,很容受到各種可能的干擾影響畫質,最明顯的就是照片中的雜訊。

 

五、總結

18圖18. 資料來源:ppt.cc/Xe4G
     上圖為 htc 於 2/19 日發表 The New One ,介紹其照相品質時所用的圖片,該圖意思是新款 htc 手機為了提昇畫質做了二件事,其一是加大了感光元件面積,其二為降低手機畫素至 400 萬畫素,目的是為了加大每一個畫素的受光面積。

     圖中有二個方塊,上面較小的方塊 (邊長為 14um) 為一般市售 800萬畫素照相手機裡像素面積大小,下頭為 The New One 每一個像素受光面積,宣稱增大面積,可以提昇受光率 300%,由於感光元件變大與降低畫素,最後結果使得每一像素受光面積增加,如此看來是可以期待手機照相品質是能提昇。

     但這個「品質」得要說清楚,畫素降低代表能記錄的細節也會減少,從圖 06 – 11 不斷的說明畫素與細節之間的關係,雖然還沒有親自嚐試該手機,不過也能預期,The New One 照片不會很大張,放大後細節也會相對較少,但卻可以期待的幾點是受光面積變大,微光、昏暗場合會拍的比其他手機明亮許多,同時也較飽和的色彩表現,這些是額外的好處。

     這也是許多人會不斷提到「像素密度」與畫質之間的關系。相同感光元件大小,像素少些,畫質是會相對提昇,但這兩者之間的變數,絕非我們三言兩語就能道盡,牽涉到許多其他周邊變數 (如製程、科技、技術的變化與進步),且電子產品日新月異,現在 2400 萬的 APS-C 感光元件,與五年後的 2400 萬 APSC 感光元件,也相信未來能有著更多的進步。

     講到這裡以 HTC 手機作結尾的例子,本篇只想單純分享幾個觀念,感光元件的功能、像素的差別,以及感光元件與像素搭配產生的「像素密度」的觀念,這些在照片中影響在哪裡,又該如何看出差別。 記得,本篇僅就簡單觀念做介紹,現實生活中那些觀念可是非常艱深的工程科技,絕非本文三言兩語就介紹清楚,至少下次大家再看到相關字詞時,心中有個簡單的了解即可,本篇聊攝影到這裡告一個段落。