问题

相机为什么不像现在手机一样堆像素?

回答
相机之所以不像现在手机一样疯狂“堆像素”,这背后其实牵扯到很多相机设计的核心考量和技术瓶颈,而不是简单地“多就一定好”。手机在传感器尺寸、成像原理、以及整体影像系统的权衡上,与传统相机有着本质的区别。

1. 传感器尺寸的巨大差异:一切的根源

这是最核心也是最直观的区别。你想想,手机的传感器有多大?大概也就火柴盒大小,甚至更小。而一台入门级的单反或微单相机,其传感器尺寸至少是APSC画幅(大约23.6mm x 15.6mm),专业相机更是全画幅(约36mm x 24mm)甚至更大的中画幅。

为什么传感器尺寸重要?
单个像素的面积: 在像素数量相同的情况下,更大的传感器意味着每个像素的物理面积更大。更大的像素能够捕捉更多的光线,这直接关系到照片的信噪比。在弱光环境下,大像素能够产生更纯净、噪点更少的画面。小像素在弱光下,为了获得足够的曝光,就需要提高ISO感光度,这会带来明显的噪点,画面会变得“脏”。
动态范围: 大尺寸传感器通常也拥有更好的动态范围。这意味着它能同时记录画面中最亮和最暗部分的细节,避免高光过曝或阴影死黑。
景深控制: 传感器尺寸也会影响景深。在相同的视角下,更大尺寸的传感器更容易实现浅景深效果(背景虚化),这在人像摄影中尤为重要,能突出主体,营造出“奶油感”的虚化。手机由于传感器小,即使有软件算法模拟,也很难达到物理上的那种自然、柔美的背景虚化。
衍射极限: 当像素密度过高时,光线通过镜头成像在传感器上时,会受到衍射效应的影响。这会导致光线扩散,使得画面细节下降。在小尺寸传感器上堆砌高像素,很容易触碰到衍射的“天花板”,即使传感器有那么多像素,也无法真正转化为可用的细节。

2. 镜头的光学素质:画素的“喂食者”

像素再高,也需要镜头来成像。相机的镜头,特别是中高端相机,其光学设计和制造工艺是极其复杂的。

与手机镜头的差异: 手机的镜头为了适应狭小的机身,通常体积很小,光学设计也相对简单。虽然它们也在不断进步,但与为大尺寸传感器设计的专业镜头相比,在锐度、畸变控制、色散控制、眩光抑制等方面,往往存在差距。
高像素的“苛求”: 高像素意味着对镜头的要求也呈指数级增长。如果镜头的光学素质跟不上,即使传感器有1亿像素,最终成像的细节也会因为镜头的“瓶颈”而无法完全展现。你看到的细节,其实已经被镜头“抹平”了。就好比用一根细吸管去吸一桶水,吸管的直径限制了你吸水的速度。

3. 数据处理能力和存储:现实的约束

像素数量直接决定了照片文件的大小。

数据量爆炸: 1亿像素的照片,其原始数据量是多么庞大?一张RAW格式的1亿像素照片可能高达200MB甚至更多。这对于相机内部的图像处理器、缓存和存储卡都提出了巨大的挑战。
处理速度: 相机需要实时处理这么多数据,包括降噪、色彩校正、锐化等等。如果处理能力跟不上,拍摄体验就会变得非常糟糕,比如连拍速度极慢,或者写入速度慢到无法及时拍摄下一张。手机在这方面因为有强大的移动处理器和高速闪存支持,处理小尺寸传感器的海量数据相对更容易。
存储和传输: 如此巨大的文件,对存储卡的速度和容量要求极高,后期的传输和处理也需要更强的电脑硬件。这增加了用户的成本和使用门槛。

4. 目标用户和使用场景:不同的需求

手机和相机的设计初衷和主要使用场景就不同。

手机:便捷、记录生活、社交分享
手机的核心是“随身携带”,随时随地记录生活中的点滴。用户更看重的是“能拍到”、“拍得好看”(很多时候是经过算法美化),然后立刻分享到社交媒体。对于手机用户来说,一张1200万像素、经过优化和美化的照片,可能比一张“原汁原味”的8000万像素、需要后期处理的照片更符合他们的需求。
手机厂商通过算法(如像素四合一、多帧合成)来弥补传感器尺寸的不足,在色彩、白平衡、动态范围等方面做优化,让用户拿到手的就是一张“讨喜”的照片。
相机:专业创作、追求画质、后期空间
相机的用户(摄影爱好者、专业摄影师)更注重的是“可控性”和“后期空间”。他们需要的是原始的、细节丰富的素材,以便在后期软件中进行精细的调整,比如精细的色彩分级、高光和阴影的恢复、以及对细节的二次锐化。
对于他们来说,一张拥有丰富细节、低噪点、宽容度的照片,即使前期看起来不如手机“顺眼”,也更有价值。8000万像素的相机,比如某些中画幅或者高端全画幅相机,就是为了满足这类用户的需求,他们需要的是极致的细节表现力,为商业摄影、大幅面输出等提供可能。

5. 发热和功耗:工程上的难题

传感器工作时会产生热量,像素越高,发热量也越大。

散热问题: 相机虽然比手机大,但散热空间也有限。过高的像素密度和长时间工作,会带来明显的热量积聚,影响传感器的性能,甚至可能导致过热保护。
功耗: 高像素传感器需要更强的电力支持,这会影响相机的续航能力。

总结一下:

手机疯狂堆像素,很大程度上是利用其强大的算法和软件处理能力,在小尺寸传感器上“挤出”更多的信息,并进行优化,以满足用户“拿来就用”的需求。而相机(尤其是传统相机),更看重的是传感器本身的物理特性,通过更大的传感器尺寸、更高质量的镜头、以及为专业用户提供的强大后期潜力来构建其影像系统。

相机不堆像素,不是技术落后,而是出于对光学原理的尊重、对用户实际需求的考量、以及在工程实现上的权衡。它追求的是另一种形式的“好”,一种更深层次、更具创作潜力的“好”。与其说相机“不堆像素”,不如说相机更注重的是整体影像链条的和谐与优秀,而不是单一参数的极致。

网友意见

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本文专注其他答主说得少或者压根不说的部分,如果发现有漏讲,八成是其他答主已经讲烂了,二成是我知识盲区。

1、相机厂堆像素么?

堆,不信看看现在 CSN 三家的画质、均衡、速度旗舰产品像素数量的变化趋势。

大法的 α7r :36MP(α7R)→42MP(α7R II/α7R III)→61MP(α7R IV)

佳能的 EOS :13MP(5D)→21MP(5D II)→22MP(5D III)→30MP(5D IV)→45MP(R5)(怎么混进去了一个奇怪的东西)

鞋厂的个位数:3MP(D1)→12MP(D3)→16MP(D4)→21MP(D5)

毕竟像素数量对于相机来说,在营销上的重要性相当于手机上的 SoC。

而且高像素的确能带来高画质,这很早就体现出来了。

2、像素越高,画质越好?

有一种误区挺普遍的,即以为小像素尺寸或高分辨率会牺牲画面质量,这样的论调通常错误地只考虑一个像素的性能而不是整个相机的性能。

实际上,图像传感器的弱光性能基本只受图像传感器面积影响,两个光学格式相同的图像传感器,像素大小不同(总像素数量不同),大像素的传感器相比小像素的传感器信噪比几乎不会有差距。

虽然用小像素带来的信噪比降低在经过良好设计的图像传感器上完全可以被忽略,但是小像素对画质带来的好处可是实打实的——有限的尺寸里能放入更多的像素,这意味着更高的空间采样频率,可以在控制混叠的情况下获得比大像素更加清晰锐利的细节。

更何况在实际情况下现在的图像传感器制造商为了保证单个像素画质不至于掉太狠,小像素的图像传感器往往拥有更先进的工艺以及更好的优化,这使得小像素的在信噪比或动态范围上可能反而会比大像素更好。比如下图中 0.7μm 像素在改进两代工艺后满阱容量和 1.0μm 像素相同,这意味着同为 1/1.5" 型的图像传感器的话,乘上像素数量 0.7μm 传感器的总满阱容量是 1.0μm 传感器的两倍——这不是画质好还能是什么?

另外,上述例子也说明了并不是只有相机用的图像传感器才会“保证每个像素的成像质量的情况下堆像素”,其实移动图像传感器也这样

3、为啥手机堆起来比相机勤呢?

其实不仅仅是像素数量或小像素,移动图像传感器在背照式、堆栈式以及不同层的制造工艺上都要比大多数专业相机用图像传感器先进。只是像素数量这个词经常被营销术语提到罢了

一方面:手机的相机部分本质上就是画质、成本以及体积之间相互妥协的结果(其实对于相机来说也是如此),所以对于只要牺牲成本就能大幅提升画质或缩小体积的先进技术本来就比使用大尺寸传感器的相机来说更加热衷,况且作为半导体器件还能吃到一点摩尔效应的红利。

同时手机使用的移动图像传感器尺寸较小,所以良率容易做高,成本相对来说相对更低,外加上移动图像传感器碾压般的出货量,能够进一步摊平先进工艺所需要的研发成本。

再加上相对于照相机长达几年的更新周期,手机产品更新换代快,手机厂普遍又有钱给传感器厂定制新品,图像传感器在某些方面的发展进度超过相机自然只是时间问题。

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你找男朋友,有两个人选。一个叫李雷一个叫韩梅梅。

李雷身高一米七,韩梅梅身高一米八。

单就身高来说韩梅梅更有优势。

但是李雷身体健康体型匀称,器大活好,更有文化,经济条件好,而且气质形象俱佳。

综合来说,李雷除了身高略微不足,其他方面比韩梅梅更有竞争力,甚至是碾压。

这个时候韩梅梅想要提升竞争力,就应该改变自己其他方面的条件。

但是韩梅梅没有,他还在努力提升身高,终于他通过各种方法提升到了两米五。

韩梅梅因为身高两米五被人所熟知,人们都知道有个人身高两米五,但是代价就是身体十分虚弱,无法从事基本的日常工作,基本生活都很困难。

心智正常成熟的妹子都知道,这个时候应该选谁。

身高是个很重要的指标,但是达到一定阈值以后一般人就不会有更进一步的需求。

像素就像身高。

面对一群不知所以的人来说,一开口我的男朋友有多高,肯定是越高越唬人,宣传效果越好。然而现实中谁的男朋友实际体验更好其实一目了然。

即便是这样,韩梅梅的身高也还是真实的身高,可现在,还有人通过装高跷,架梯子的方法企图来把韩梅梅的虚假身高提升到六米五。以此来向世人说明这个男朋友更好。

然后有人问:为什么大家不像韩梅梅那样,给男朋友堆身高?!

答案就是:再高了没卵用。

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