又双叒叕谈“全画幅”(1802)

peterchiu60 2018-02-07

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(全文约3100字)

画幅是感光元件的尺寸。我们通常说的“全画幅”通常指“135全画幅”，即感光元件的有效区域约为36mm×24mm——基于这个标准而言的“非全幅”，则指比36mm×24mm尺寸更小的感光元件。这里，ET请大家先记住两句话：

① “全画幅”和“非全幅”的最大不同就是尺寸不同。

② 存在比“135全画幅”更大尺寸的感光元件。

▲135全画幅（左）和中画幅（右）感光元件

我们总说：如果两款相机的发布时间相近、除感光元件以外的配置基本相当，通常来说画幅大的那台更好一些。这里强调“时间相近”，是想表达感光元件的技术水平处于同一时期，但如果同时满足以上两个条件，毫无疑问画幅越大、价格越贵——这样完全没必要看画幅了，直接通过价格做判断就好了，毕竟——

所以，我们更多时候是在将价格相近，画幅不同的相机进行比较。它们或来自不同时期，或在感光元件以外的规格上具有明显差异。所以，ET请大家再记住两句话：

③ 画幅只是相机的一个参数，无法代表整台相机的好坏。

④ 比较画幅只能得出与画幅有关的结论。

那么，与画幅有关的结论具体有哪些？如果你觉得阅读大量文字是一件很困难的事情，那么请直接记住下面的3点结论（特别是红字），然后忽略更下面的内容。

⑤ 透视只和距离有关。拍摄距离和等效焦距相同（意味着构图相当），不同画幅相机的透视是相同的。

⑥ 景深主要与距离、物理焦距和光圈有关（暂时忽略画幅带来的弥散圆区别）。

⑦ 计算等效焦距时，等效系数只与机身有关。除了焦距外，可以等效的参数还包括虚化能力、放大倍率，以及弱光信噪比。

* 画面中的直线发生弯曲，这个叫畸变；平行线在远方汇聚或物体近大远小，这个叫透视。畸变是镜头像差，可以通过更换镜头改善；而透视并不是镜头像差。

** 景深中的“距离”，具体指拍摄者到被摄对象的距离，以及被摄对象到背景的距离。想要实现浅景深（明显的虚化），拍摄者应该尽量靠近被摄对象，且被摄对象尽量远离背景。

如果你能充分理解1-6点结论，并且对第7点所提到的内容还有兴趣，那么可以进一步阅读下面的内容。

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）出现时，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的普及而被更多人所知的——从数码相机诞生至今，出现了20多种不同画幅的感光元件。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，而等效系数则是感光元件对角线长度的比值。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。具体来说：

(135)等效系数 = 43mm ÷ 感光元件的对角线长度

(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。

** 'X英寸'感光元件，'X英寸'就是对角线长度，但这里1英寸需要换算为“16mm”而非自然世界的“25.4mm”。比如1英寸CMOS的尺寸是13.2mm×8.8mm，对角线长度为15.86mm。这是一个历史遗留问题，大家不需要深究原因。

前面提到“计算等效焦距时，等效系数只与机身有关”，说得再通俗一些：全画幅镜头和非全幅镜头使用在非全幅相机上，计算等效焦距时都需要乘以等效系数。

可能有朋友会问：同样是50mm F1.8规格，全画幅镜头和非全幅镜头到底有什么区别？答：像场不同——通过非全幅镜头所形成的影像，无法覆盖整个全画幅感光元件，具体表现为图像边缘会有晕影或死黑。

虚化能力的等效

iPhone 7 Plus、iPhone 8 Plus、iPhone X，三星Note 8，小米6、小米Note 3等手机的主摄像头采用了“变焦双摄”方案，长焦镜头可以提供50-56mm等效焦距。问题来了，这些手机的长焦镜头也有F2.8甚至F2.4的光圈，为什么虚化效果远不及全幅单反的50mm F2.8呢？

我们知道，景深主要与距离、物理焦距和光圈有关（暂时忽略弥散圆），物理焦距越大则景深越浅、虚化能力越强。站在同一位置，使用相同的光圈F值进行拍摄，这时候景深只与物理焦距有关。如果这时候等效焦距相同（即构图大体一致），那么很显然画幅越大、物理焦距越大、景深越浅。

不过，现实中我们更多遇到的是物理焦距和光圈F值都不相同的情况。比如M4/3相机配25mm F1.2镜头与全画幅相机配50mm F1.8镜头，它们哪个景深更浅呢？这时候，我们可以把光圈、焦距都乘以等效系数，使用等效焦距、“等效光圈”进行比较。

在上面的叙述中：

- M4/3相机的等效系数是2.0，所以M4/3相机配25mm F1.2镜头与全画幅相机配50mm F2.4镜头的虚化能力大体相当。

- 双摄手机长焦镜头的等效系数约为8.5，所以双摄手机的“50mm F2.4”与全画幅相机配“50mm F20”的虚化能力大体相当。

关于虚化能力，ET还有一个更通俗的说法：总共只有一斤面（通光孔直径相当），你把它搓长了（焦距变长），自然也就变细了（等效光圈变小）。

弱光信噪比的等效

相信只要用过主流单反、无反相机，大家都会有一个很直观的感受：同样使用ISO 1600感光度，手机拍摄照片的噪点远比使用单反、无反拍摄的照片要多。

为什么会这样？因为感光元件散粒噪声的信噪比正比于总能量的平方根。在环境亮度、曝光时间（快门速度）相同的情况下，信噪比正比于镜头的通光孔面积。（这句话看不懂也没有关系）

换言之，在环境亮度、曝光时间相同的前提下，如果两个相机系统的镜头通光孔面积相同，那么它们所拍摄照片的信噪比应该是基本相当的。对于大画幅相机来说，想要让通光孔面积与小画幅相机相同，就需要使用较小的F值。根据曝光三要素，快门速度不变、F值变大（光圈变小），那么感光度就会提高——这与我们的直观感受相同：单反、无反相机在高ISO下拍摄的照片，有时候与手机使用低ISO拍摄的照片噪点水平接近——而这个“有时候”，就是“等效光圈”相同的时候。

▲来自@兰拓相机租赁的样张：三星S7 Edge的ISO 1600与索尼A7SII的ISO 64000画面噪点基本相当。

* 本段，我们是在像素均一化的前提下比较噪点。即把高像素相机拍摄照片，先缩小到和低像素相机一样，再进行比较。这相当于进行同尺寸打印，可以忽略像素密度的差别。

** 对于相机的信噪比，除了受散粒噪声影响外，还会受到感光元件读取/传输噪声等因素的影响，但这并不是本文的讨论重点，所以恕不展开。

如果你还没看懂的话，直接记住结论就好了：我们可以通过“等效系数”粗略比较不同画幅相机+镜头的视角、虚化能力和弱光信噪比。比如下图所示的两款镜头，他们具有基本相同的等效规格（约为50mm F2.1），通光孔大小相同（很直观吧）。虽然对应机身的感光元件尺寸差别很大，但实际拍摄的虚化能力和弱光信噪比是基本相当的。