从"芯"而论 浅谈数码相机传感器进化史

　　虽然佳能已经推出多款数码全画幅单反，但是尼康却不为所动，一心认为“APS-C画幅才是最佳的数码画幅”。这个理念也影响很多厂商很多年，至今仍然可以看到很多厂商仍然没有进军或者刚刚进军全画幅领域。不过佳能相机越卖越好，特别是5D与1DS双系列夹击，尼康在F6之后彻底转行进入数码行业，在比佳能晚了6年之后，推出了第一款全画幅单反D3。虽然晚了6年，但是不得不说D3在2007年打了一次漂亮的翻身仗，只可惜这一次的胜利没持续多久，5D2就再一次击败D700，让佳能奠定了数码相机的领先地位。

　　尼康在靠着第一台全画幅D3打了翻身仗，但这时候已经是2007年，第二年佳能5D2问世，结果如何相信大家都非常清楚

　　可以说从2000年左右数码相机走上民用市场，到2007年尼康第一台全画幅单反问世。佳能的成功其实有着一定的巧合，也有这尼康、富士、柯达、美能达等等的不争气。究竟这几年，剩下的厂商在干什么，下一页我们继续聊。

　　3其他厂商在做啥 索尼成就刷机狂魔

　　说了这么多，其实数码相机厂商还有很多，其他厂商都在做什么?柯达和康泰时作为曾经的巨头，基本上死在了数码相机民用化的第一股浪潮上，但是奥林巴斯却一直在不断努力，在数码相机初期有着非常不错的表现。奥林巴斯在曾经推出E系列，主打43画幅，同样是单反系统，但是更加轻巧。不过在画幅竞争中，43画幅逐渐败给了APS-C和全画幅，因此奥林巴斯的43系统一度销声匿迹。近些年才和松下一起，在M43画幅的无反领域重新杀出了一席之地。

　　奥林巴斯早在2004年就推出了43画幅单反E-1，但是可惜受到当时APS-C顶峰论影响，奥林巴斯没有选择更大画幅

　　另外如今的大厂，索尼。其实索尼在数码相机早期，虽然卡片机做的有姿有色，但是高端相机领域一直没有踏足。索尼并没有高端单反相机的制作基础，因此索尼最大的目标是收购美能达，毕竟这时候的美能达虽然仍有雄厚的技术实力，但是公司财务上已经是风雨飘摇。在经历了数年的收购历程后，2006年索尼终于如愿以偿，也开始了索尼大法的刷机狂魔之旅。

　　刷机狂魔索尼在2006-2010年推出了23数码单反，这个记录实在是难以超越，图为索尼第一款全画幅数码单反，A900

　　索尼从2006年开始，疯狂推出α系列单反相机，从最初的a100，一直到2010年最后一款数码单反a580，索尼在四年多时间内发布了23款数码单反相机，而且包括a900、a700、a850等全画幅产品，现在看依然是最强悍的刷机狂魔。从2010年开始，索尼不再生产数码单反，改为两线尝试。A33和A55开启了单电的尝试，而NEX 3和NEX5则开启了微单时代。事实证明，索尼的这一步豪赌，微单系列取得了巨大的胜利。

　　无反相机不是索尼首创，第一台是松下G1，但是索尼的确把无反相机发扬光大了

　　当然，事后的事情大家就比较清楚了，2013年索尼第一次推出A7系列，从推出就备受好评，全画幅的高画质加上微单的轻巧便携，也注定了索尼在无反领域的行业老大地位。

　　4从CCD到CMOS 成本决定一切

　　其实我们说了很多关于相机画幅发展的历史，相机传感器发展的另外一方面，则是从CCD到CMOS的进步。说到CCD，如果您身边有五六十岁，从2000年左右开始使用数码相机的朋友，一定会接触到一个概念：“CCD的画质，特别是色彩，远比CMOS好”。这是，这一点没错。

　　CCD画质有多好，可以看到近两年专业中画幅后背才换用CMOS，而且不是全部更换(图中三款相机，索尼A900为CMOS，适马SD1为X3，而IQ180为CCD)

　　CCD和CMOS，本质上是传感器工艺的不同。简单来说，CCD的感光元件，每行的像素点都只使用一个“放大器”来进行处理，而CMOS则是每个像素都有一个单独的放大器。因此CCD上，从像素点来看，用于感光的区域要远大于CMOS，毕竟CMOS上还要集成许多复杂的电路，所以CCD的画质，的确比CMOS好。

　　如下图所示，CCD传感器中每一行中每一个象素的电荷数据都会依次传送到下一个象素中，由最底端部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放

　　大输出;而在CMOS传感器中，每个象素都会邻接一个放大器及A/D转换电路，用类似内存电路的方式将数据输出。

　　左图为CCD电路输出示意图，右图为CMOS示意图

　　但是CCD有两个天生的缺陷，一个是速度慢，毕竟一个处理器要处理上个个像素点的信息，运算量和发热量是不言而喻的，而且发热量巨大的，导致CCD的热噪普遍很高。另外一个是生产成本高，其实这源自于品控问题，一旦CCD有问题，就是成片的像素出问题，除了作废没有别的办法(很多老相机会有坏掉一条线，就是CCD出问题后整行像素报废)，而CMOS出现坏点，之后要不是太多，算法屏蔽就是了。

　　因为CCD成本高，良品率低，而且速度慢高感差，不能适应高速拍摄需要。所以，随着CMOS工艺的进步，CMOS取代CCD是历史的必然。2001年，佳能推出了D30，是第一台采用CMOS的单反相机。但是当时CMOS的画质还不足与抗衡CCD，所以并没有巨大反响。但是到了2002年，佳能推出1DS，虽然之前已经有几款全画幅数码单反，但是用CCD制造一块全画幅，成本极高，因此并没有得到用户认可。而佳能1DS使用了CMOS之后，售价真正进入了民用能接受的范围，因此CMOS的天下，从此开始。虽然CCD依然有着画质优势，但是到了2007年左右，CCD的保有量已经很少，2010年之后，几乎在没有CCD的135产品。

　　佳能D30是第一台CMOS画幅的单反，而第一台可以用于市场销售的全画幅1DS，同样是CMOS，从而让价格快速下降

　　其实可以看到，从CCD成熟应用，再到CMOS全面崛起，不超过十年时间。为何CCD到CMOS的迭代进行的如此快速，以至于即便是CMOS的画质不如CCD，CCD仍然被快速淘汰。根本原因在于“成本与价值”。CMOS价格便宜，足以让数码相机普及，而另一方面，CMOS具有高速性能，在那个时代，体育摄影决定了厂商的使用取向，因此从这一点来说，具备高速拍摄性能的CMOS，无疑从属性上就碾压了CCD。

　　5未来尽是变数 但全画幅仍是主流

　　我们聊了这么久，说的都是专业相机，从单反到如今无反，大部分机型都是高端机型，即便是入门款，售价也在数千元。我们无法预测长久的未来，相机会以何种形态出现，但是在暂时的三年五年的范围内，我们还是可以对数码相机领域做出较为精准的判断。

　　全画幅在未来很长时间，依然是主流

　　另一方面，虽然相机在朝着全画幅发展，但是如今画质的需求已经并不过于强烈。2400万像素的APS-C画幅对于家用来说不仅够用而且绰绰有余。因此相机发展正朝着另一个方向发展，那就是视频化。从2008年佳能5D2推出全高清视频到如今，相机视频发展飞速，4K已经基本普及，未来的视频发展，将会想着更高帧率更高码流发展，从这个维度来说，M43这些小底相机，有着逆势追上的潜质。

　　对于家用来说，如今的新机器基本都够用

　　从根本来说，如今的相机竞争已经陷入白热化。厂商的竞争早已过了靠技术吸引消费者的时代，大家拼的是相机的综合配套服务，从相机到镜头，从拍照到视频，从产品到销售。从这个层面来说，或许在未来，真正高速发展的，或许是无反相机，是APS-C/M43画幅或者一英寸。而全画幅则更像一种终极目标，面向越来越专业的人群，而家用用户，则会想着轻量化和便携化的角度不断倾斜。

　　未来充满变数，视频领域异军突起，但是全画幅仍然是当下的主流

　　今天说了这么多，其实是让大家对于数码相机的传感器发展有一个新的认知。或许今天的东西说的比较笼统，大家如果有兴趣，可以仔细上网搜索研究一下，也可以在文章下面留言提问，笔者也将第一时间解答大家的疑惑。