[聊攝影57] 感光元件規格、像素、畫質 綜合概論與認識

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

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)。

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

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。

[線上課程終生看] 10 堂課 940 分鐘攝影入門全解析 + 480 分鐘 LR 編修入門，限時特價 $6990   點我報名

     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

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)。

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。

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

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。

2019 年數位攝影入門，全文自由開放閱讀，建立起你的攝影基礎與架構 -> 點我看文章

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?」。

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

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。

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。

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。

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)。

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

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。