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全画幅、非全幅有何不同(2017-8)

 qdongh 2017-08-12


全画幅、非全幅都是指感光元件(CCD、CMOS或胶片)的尺寸。所有“全画幅”准确来说是“135全画幅”,即有效尺寸为36mm×24mm的感光元件。不符合这个规格的感光元件都可以称作“非全幅”。


所以,全画幅和非全幅有何不同?答曰:尺寸不同


OK,写完收工,大家睡觉吧,晚安……咳咳,ET的文章当然没有这么短啦。我知道和概念相比,大家更关心的是全画幅和非全幅在实际拍摄中的影响。然而,相机是一个由机身、镜头共同组成的整体,感光元件尺寸只是机身的一个参数。单纯说感光元件的尺寸,并不能给两个不同画幅相机的下定论——为了方便不同画幅相机比较视角、景深和弱光画质,我们建立了一套等效算法。下面,ET就把这套“等效算(shen)法(功)”传授给你。


视角的等效



等效焦距的本质是“视角”,它的出现让使用不同画幅相机的用户可以有统一的“焦距-视角”概念。比如,等效焦距在45-55mm之间的镜头可以称为标准镜头。


等效焦距并不是数码时代才出现的概念。在介绍半格胶片相机(比如奥林巴斯PEN)、APS胶片相机(如美能达Vectis S-1)的时候,就已经有“相当于135相机焦距”的说法。但“等效焦距”确实是因为数码相机而被更多人所知的——从数码相机诞生至今,出现了20多种不同尺寸的感光元件。如果没有引入等效焦距概念,我们会在选购和使用中遇到诸多不便。


等效焦距 = 物理焦距 × 等效系数,而等效系数则是两个画幅对角线长度的比值。由于135相机在胶片时代取得了主导地位,所以我们建立了以135全画幅为基准的等效体系,并沿用至今。所以:


(135)等效系数 = 43mm ÷ 对角线长度


(135)等效焦距 = 物理焦距 × (135)等效系数


* 43mm是135全画幅感光元件的对角线长度。


有两点需要再三强调:

- 在以英寸为单位的画幅中,如1/2.3英寸、1英寸、4/3英寸,计算长度时应该将1英寸换算成16mm而不是自然世界的25.4mm。这是一个历史遗留问题,不需要追究原因。


- 无论是全画幅镜头还是非全幅镜头,镜头上标注的都是物理焦距。要不要乘等效系数只与感光元件有关。简单来说,非全幅相机配什么镜头都要乘等效系数


* 全幅镜头和非全幅镜头的差别在于像场大小,这不是本文的重点,不展开说明了。


景深的等效



同样是等效焦距28mm、光圈F2.8,为什么全幅相机拍摄时就有虚化,手机拍摄时就很难获得浅景深效果呢?


我们知道,影响景深的三要素是距离、物理焦距和光圈。距离和光圈相同,物理焦距越大则景深越浅。在前面的对比中,全幅相机和手机的等效焦距相同、物理焦距不同(全幅相机的物理焦距是手机的6、7倍),自然景深上会有很大差异。


现实中,我们可能会遇到物理焦距、光圈都不相同的情况。比如全画幅的50/1.8和4/3画幅的25/1.2到底哪个景深更浅呢?这时候我们可以将焦距、光圈都乘以等效系数,从而得到与135全画幅景深相当的镜头规格。比如:25×2=50,1.2×2=2.4,所以4/3画幅的25/1.2大体和全画幅的50/2.4景深相当。


画质的等效



视角和景深的等效已经得到大家的广泛接受,而画质的等效嘛,基本上每次说都会引发一轮争议。


首先,你得接受缩图比较画质这一基础,即对不同像素的缩小至相同像素后进行比较(相当于使用相同尺寸和精度进行打印)。缩图之后,就不存在大像素、小像素的差别了。


然后,你要知道对于感光元件接收到的有效光线,其散粒噪声的信噪比正比于总能量的平方根。在外部亮度和快门速度不变的情况下,信噪比正比于光圈孔面积的平方根——光圈孔的面积越大,到达感光元件的能量越高,信噪比越高


* 之所以同样是画幅的相机在高感画质上还会有很大差别,是因为实际噪声除了散粒噪声外,还有读取/传输噪声。这并不是本文的重点,这里就不展开了。


你可能不是很确定“光圈孔面积”是什么,但应该知道同样是等效焦距28mm、光圈F2.8的镜头,全幅相机的镜头要比手机大很大。所以在相同条件下,全幅相机得到的能量多,信噪比高,实际表现就是噪点更少。


假如我们让全幅镜头收小光圈,使得它和手机具有相同的光圈孔面积,那么结果会变成怎么样呢?首先,环境亮度和快门速度不变,光圈减小,为了维持正常曝光,全幅相机就需要使用更高的ISO。而在环境亮度、光圈孔面积、快门速度相同的情况下,全幅相机和手机得到的总能量就是相同的,所以散粒噪声的信噪比也应该是一样的——这与我们实际感知到的情况是一样的,全幅相机在高ISO下拍摄的照片,噪点水平和手机低ISO差不多。


如果你还没看懂的话,直接记住结论就好了:我们可以通过计算“等效光圈”来粗略地比较两个不同画幅相机的弱光画质举个例子:


富士GFX 50s中画幅配GF 63/2.8R WR镜头

按0.78等效系数,换算成135全幅是50/2.2


富士APS-C画幅无反配XF 35/1.4R镜头

按1.5等效系数,换算成135全幅是53/2.1


同场景、同构图下全开光圈拍摄,你会发现这两个系统的视角、虚化、弱光画质并没有什么差别。




所以,“底大压死人这句话并不严谨,真正压死人的是“等效光圈”。适马14/1.8、20/1.4、135/1.8,佳能50/1.2、85/1.2等镜头誓死捍卫了135全画幅在“等效光圈”上的优势。所以,从目前的情况看,极限虚化、弱光最好的系统还是135全幅。


* 大尺寸感光元件的相机真正优势在于低感。


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