電子科技對攝影產業做了什麼?

作者 : 黃燁鋒,EE Times China

數位技術的發展是微單眼相機能夠革DSLR命的根本所在,這過程有何曲折,讓本文一一道來…

對傳統媒體工作者來說,相機是新聞採集的必備工具——雖然現在外出參加活動,似乎越來越多的新媒體都直接用手機記錄現場,但筆者是堅持用相機記錄任何發佈會或企業活動的畫面。

微單眼相機(SLR-LIKE)剛誕生時,只能用來拍拍旅遊風景照,到現如今應用於嚴肅生產,實則也體現了電子科技這些年來的神速發展。

DSLR時代之後

從10多年前進入媒體產業,最初筆者主要工作用機是Nikon D300和D7000,這兩台相機都是數位單眼反光相機(DSLR,數位單眼相機)。從業期間,我經手過的DSLR還包括D3、D4、D7100。

單說Nikon D300,最初這就是個部分針對新聞攝影的高階APS-C畫幅DSLR,特點就是「快」,但體積特別大,重量也達到了能隨時鍛煉臂力的程度。DSLR的體積和重量對出差工作基本就是惡夢,總有一種自己是體力工作者的感覺。

所以最初工作那些年,我始終在找尋某種形態更輕盈的相機:一方面要保證畫質,另一方面速度和性能要足夠。要滿足這兩個條件的話,手機和小DC就被淘汰了。自「微單眼相機」開始於攝影市場流行,最有希望替換手上DSLR的,不就是微單眼相機嗎?

攝影器材市場的技術革新速度比消費電子主場還是要慢很多。「微單眼相機」相機是2008年出現。聽名字就知道,它應該比DSLR要小,要不然怎麼叫「微」單眼呢?但「微單眼相機這個詞其實是Sony 2010年才發明——而更早嘗試微單眼相機形態的Olympus、Panasonic等企業後來認為「微單眼相機」這個詞的確不錯,也開始這麼稱呼。

但需要明確的一點是,「微單眼相機」並不是「微型DSLR」。稍後會談到,為什麼從設備定義上,微單眼相機也真的完全算不上是微型DSLR。

大約在2013年前後,筆者發現同業已經有人開始帶著微單眼相機去參加發佈會:輕便的樣子真是令人羡慕,看著手上的DSLR實在是心理不平衡。於是當即就買了一台Sony NEX-6微單眼相機。當時Sony在NEX-6微單眼相機的宣傳上,還特別強調了這台相機的操控性。

微單眼相機受限於體積無法像DSLR一樣在機身上放那麼多的按鈕:攝影工作者也就無法進行各式各樣的快捷盲操作。這就很考驗廠商如何在局促空間內不讓相機操控性有太大程度的妥協,且畢竟NEX-6是工作用,而不是拿出去自拍或旅遊。

後一次去北京出差,NEX-6令人大失所望。畫質放一邊不談,首先是拍攝效率非常低下,開機要等個1~2秒,對焦得聽天由命——新聞發佈會上,演講人的PPT都翻過去3頁了,NEX-6連焦都還沒對上。

其次是成像與取景原理上的根本不同,決定了微單眼相機只要開機取景,就得持續不斷地耗電。原先DSLR上,用一顆電池夠拍400多張照片;在NEX-6時代的微單眼相機上,一顆電池只能拍100+張照片——這還是在省著用的情況下——活動全程只要不拍照就必須將相機關機。最後就是操控體驗極差——連調個ISO參數都要找菜單,更是降低了整體的拍攝效率。

DSLR為底片時代的歷史遺留

自此之後,出差就再沒帶過NEX-6。當時微單眼相機給我留下的印象是:和生產力無緣。當時在很多文章裡唱衰過微單眼相機:用來工作基本是惡夢,要替代DSLR簡直是天方夜譚。

不過DSLR和前期微單眼相機的這種使用體驗差異,整體仍然是可預期。DSLR和微單眼相機的成像與取景原理,決定了這兩者有巨大差別。以下做個簡單總結:

DSLR這個詞的定義就在「Single」和「Reflex」上。Single指的是單鏡頭,以及透過單鏡頭來同時取景和成像——換句話說,就是在取景器裡看到的畫面,基本就等於最終照片拍出來的樣子——這也是DSLR區別其他相機的重要差異;而Reflex則是指,相機內部有反光板(和五稜鏡/五面鏡)。

 

 

DSLR的成像與取景原理如上圖。光線通過鏡頭,最終抵達相機最後方的影像感測器,就實現了成像。不過因為相機還需要取景——也就是讓拍攝者在按下快門前就看到畫面,於是在影像感測器前方還有個反光板,在不拍照的時候,光線會首先通過這塊反光板,將畫面反射到相機上方的取景器裡,這樣攝影師就看到了畫面(像潛望鏡一樣)。

而在需要成像(也就是拍下照片)時,按下快門的一瞬間,這塊反光板會抬起來——如此,光線就到達了後方的影像感測器,並最終實現成像,照片就出來了。

這套系統的基本構成,實則屬於底片時代單眼相機的歷史遺留。除了成像和取景是分開的兩套系統,對焦系統、測光系統也都是獨立的。從上圖中能夠看到,在反光板下方還有個AF感測器——這就是單眼相機中用來自動對焦的核心零件;而在單眼相機最上方還有個測光感測器,簡單來說它是用於評估外部光線的明暗,並自動給出曝光參數的元件。

從這張結構示意圖就不難瞭解,為什麼單相機需要那麼大的體積。一方面當然是因為影像感測器很大,則整個光學系統的體積也必然很大;另一方面則在於反光板、五棱鏡等獨立結構的存在,決定了單眼相機肯定小不了。

都2022年了,某種消費電子產品內部竟然還存在那麼大體積的機械結構(會升起、降下的反光板),以及多個重複獨立系統(對焦與測光),本身就是一件相當匪夷所思的事情。不過從底片到數位相機時代,DSLR的「電子化」也有過一系列演變,最基本的就是底片換成了影像感測器;而AF感測器、測光感測器實則也都是經過了電子化、數位化的元件。

電子技術革命…可能是一部分革命

其實「微單眼相機」的本質,就在於去掉DSLR中「R」的那套機械結構,並將整個系統都做電子化、數位化的大一統。從這個角度來看,DSLR和微單眼相機的關係,很像是傳統燃油車與電動車的關係(或許底片單眼相機才更像是燃油車)。

 

 

上面這張圖來自富士,大略解釋了DSLR和微單眼相機的成像與取景原理差別。後者就是常說的微單眼相機。從這張示意圖可看出最大的差別在於,微單眼相機去掉了DSLR的反光板和五棱鏡結構。如此一來相機整體體積就變小了不少——與此同時,因為影像感測器的尺寸沒有變化,所以畫質並不會因為相機整體尺寸的變小而變差。

所以微單眼相機的正式名稱其實是「無反光板」或者「可換鏡頭相機」,因為比DSLR的最大差異就在於把「R」去掉了。先前提到「R」的機械結構主要是用於取景(部分也用於對焦)。而在微單眼相機時代,去掉R以後,取景就直接透過影像感測器進行了。

也就是說對於微單眼相機而言,在按下快門之前,影像感測器就已經在不停地工作了,因為要讓拍攝者從螢幕能直接看到要拍的畫面——現在的手機相機也是這樣。此時光學取景器也不復存在(雖然現在大部分微單眼相機仍然配有電子取景器,但那和光學取景器又不同)。

值得一提的是,這張圖中沒有指出的,DSLR中的「AF感測器」和「測光感測器」在微單眼相機上也都已經不在。因為對於微單眼相機而言,自動對焦和測光也可以透過主影像感測器來進行——這些工作也無非就是數位影像訊號的分析,並不需要依靠單獨的感測器。

不過微單眼相機剛剛誕生的那些年,應該沒人覺得它能「取代」DSLR。就像用過NEX-6以後,這台相機用來家庭旅遊拍拍照還可以,要用在工作上大概還差得遠了。似乎新事物的誕生,總是伴隨著早期技術上的不成熟,以及舊勢力的碾壓性優勢。

基於前面提到DSLR與微單眼相機的成像與取景原理就不難發現,微單眼相機對DSLR的技術革命要點也正是其前期軟肋所在。例如說去掉了光學取景結構,單純依賴影像感測器來電子取景,最直觀的差異就是「非常耗電」——加上微單眼相機體積變小,電池也跟著變小,續航問題就更為嚴重。

另外,DSLR在結構上雖然多有重複、且複雜,但效率高——比如單獨的對焦系統基於相位對焦,日常拍照真正做到了指哪兒拍哪兒,拍攝高速運動物件也是秒速。微單眼相機已經沒有了獨立的對焦系統,則需要依賴影像感測器把採集到的數位訊號傳給影像訊號處理器(ISP)分析,進行反差式對焦——這對延遲、頻寬、運算力、演算法就提出了要求。

時間解決問題了嗎?

操控性、拍攝速度、續航之類的問題,都是新聞攝影非常看重的。微單眼相機前期的這些軟肋也就決定了,它們幾乎無緣於某些專業市場。即便2013年,Sony推出了當時在攝影產業產生廣泛討論度的SonyA7 (α7)微單眼相機——A7應該是市面上第一個把全畫幅影像感測器帶到了微單眼相機上的產品,即便「全畫幅」一般總與專業、高階掛鉤,但A7用來工作也幾乎和NEX-6一個德性。

不過電子、數位技術有一個特點,就是技術演進速度超快,並總在朝著更快、更高效的方向發展。筆者認為,在電子產業、半導體技術發展之路上,對於微單眼相機普及並逐漸部分取代DSLR起關鍵作用的技術至少包括了以下這些。

首先是CMOS影像感測器(CIS)技術本身的發展,尤其是CIS上大量整合相位對焦畫素。這項技術似乎很早就由佳能在EOS 70D的影像感測器上導入了——Canon稱其為Dual Pixel CMOS AF技術,雖然並不是專為微單眼相機設計的,但著力於提升影像感測器的對焦表現。

 

Canon影像感測器上的dual pixel對焦畫素。

 

在CIS上加入相位對焦畫素(PDAF畫素)的相關技術真正變得眾所周知,應該是2016年蘋果(Apple)特別宣傳了iPhone 6手機相機影像感測器增加的Focus Pixel。此後這一技術似乎就變成了常規,無論是在手機相機上,還是在微單眼相機上。

Sony後續更新的A7系列,包括2014年底的A7II就大量解決了初代A7的問題,尤其大幅提升了對焦性能。並在後續的第三代、四代機型上對各部分軟肋做了針對性的修復和強化。

其次是ISP性能的大幅提升,和運算攝影(computational photography)技術這些年的發展。在畫素數量大幅提升這件事情上,DSLR/微單眼相機和手機在某一時間點還是比較類似;而畫素數量增加就對ISP性能提出了更高的要求,雖說這一點對DSLR和微單眼相機都有價值,但對微單眼相機前行的步伐更有益。

而運算攝影的發展,甚至是AI加入到影像處理流程,都讓拍攝效率不再成為微單眼相機的軟肋。拋開部分專業商業攝影完全倚重手動調參和後期修圖調色不談,拍照前的測光和對焦更多導入運算攝影相關技術,離不開對數位訊號的大量分析和語義理解——這些過程完全依賴影像感測器的即時資料,則DSLR原有獨立的對焦與測光系統就顯得非常多餘。

值得一提的是,雖然大部分DSLR也能拍視訊,但當代視訊拍攝需求的大量湧現,以及各種高規格視訊拍攝要求的提出,實則都讓DSLR的那套系統顯得囉嗦和沒有必要。

從整個系統來看,電子技術的整體進步都在推動微單眼相機這套系統的向前及其體驗的跨越式進步。無論是電池能量密度這些年的提升,還是ISP處理器、顯示面板在能耗、效率上的提升,都使微單眼相機達成更長時間的續航;半導體技術、CV的發展也讓相機能夠玩出更多的花樣。

 

CIPA 2019相機市場報告,2012~2019年DSLR與微單眼相機市場銷售額佔比變化。

 

記得Fujitsu從2015年前後就在做為單眼相機可作為「工作用機」的市場宣傳,當時遭遇過被NEX-6勸退的我,已經不相信廠商的這些宣傳了。直到次年改用Sony A7二代,發現只是一代之隔,差距竟然如此之大。雖說拍攝效率還是不能和DSLR比,但已經遠超此前的體驗了。後續出差和外出取材,基本就帶Sony A7II,應付活動攝影幾乎已經沒有問題。

而DSLR與微單眼相機這麼多年來銷量的剪刀叉趨勢也足夠說明這兩者未來的發展趨勢。不過,最後有一點不得不說,就是雖然起初筆者換微單眼相機的初衷是DSLR太大太重:但其實到現在,微單眼相機在這方面的優勢已經越來越不存在。一部分原因是當微單眼相機正經用於生產力時,它也得套上大長焦或大炮般的鏡頭——這些鏡頭一旦用到微單眼相機上,那出行的便攜性和整機的「輕便性」也已經無從談起。

本文不涉及光學系統和生態,或者說相機鏡頭群的積累問題:像鏡頭這種發展速度極為緩慢的領域,仍然是DSLR會長久存在生命力的組成部分。但如前文所述,數位技術的發展是微單眼相機能夠革DSLR命的根本所在,其他都是次要的。不過如果把智慧型手機也算到攝影器材中,那麼這個產業的變化可能又是另一個故事了。

本文原刊登於EE Times China

 

 

 

 

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