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「无反相机」是如何发展起来的?

图片:geralt / CC0

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「无反相机」有哪些特点?

无反相机,mirrorless camera,顾名思义,就是没有反光板的照相机系统,广义上的无反相机可以涵盖一切没有反光镜的照相机,譬如旁轴相机、大画幅相机等等,但狭义上,无反相机代指的是近十几年出现的以屏幕或者电子取景器(Electronic View Finder,EVF)取景、可换镜头为特征的相机系统。

无反相机的代表系统有奥林巴斯、松下的 M43 系统,索尼的 E/FE 系统,佳能的 EF-M 系统和 RF 系统,尼康的 Z 系统(1 系统停止开发)、徕卡、适马、松下联盟的 L 系统,富士的 X 系统和 GFX 系统、哈苏的 X 系列、宾得的 Q 系列(停止开发)以及三星的 NX 系统(停止开发)。

无反相机最大的特点,就是没有反光镜。

而无反和其它相机的所有区别,都是因为没有反光镜而导致的。

对于单反相机来说:取景(光学取景器,Optical View Finder,OVF)的时候,光线经过的路径如下:外部环境 - 镜头 - 反光镜 - 五棱镜 / 五面镜 - 目镜。在经过反光板的时候,有一小部分的光线会被分离出去被用作对焦,上图粉红色的部分展示的就是独立的对焦模块。类似地,也有一部分光线被导向了独立测光模块进行测光。

成像的时候,反光镜抬起,这个时候光线不再被反射进五棱镜 / 五面镜,而是通过开放状态的快门,并在传感器上成像。由于传感器成像的时候没有光线经五棱镜 / 五面镜进入目镜,因此从取景器望出去会是一片黑,即所谓的“黑视”(blackout)状态。

对于无反相机来说:取景的时候,快门是全开的,所以光线经过的路径为:外部环境 - 镜头 - 开放的快门 - 传感器,而传感器获得的数字图像信号可以被显示在机身背面的显示屏,或者电子取景器(EVF)上,这俩其实就是切换一下显示屏的事情。对焦则是由传感器上的相位对焦点,或者反差对焦完成,测光则是直接计算 CMOS 给出的亮度信息,因此无反也没有独立的对焦和测光模块。

成像的时候,快门开放特定时间后关闭,传感器进行模数转换,此后继续打开。

部分单反有 Liveview 功能,也就是用背面 LCD 屏幕进行取景的功能,在这个模式下,单反抬起反光镜,工作模式和无反一致。

这里我们可以发现两者的第一个大区别:由于没有了光学取景器的必要,无反得以取消反光镜、五棱镜 / 五面镜等部件,因此镜箱的空间得以被节省,法兰距(传感器平面到镜头卡口平面的距离)得以被缩短。由于这段距离得以缩短,无反可以实现更薄的、更便携的机身。当然短法兰距还可以为镜头设计带来很多方便,但此处暂时按下不表。

第二个区别,CMOS 获取的图像可以实时显示,这意味着 WYSIWYG,所见即所得,你对感光度、光圈大小所进行的调整可以实时显示,同时还能在取景器内实时显示斑马纹,直方图,放大对焦等等信息。打个比方,这和飞机的驾驶舱从传统的仪表板显示进化到全玻璃显示差不多。

而由于 CMOS 需要持续工作以取景,这引出了第三个区别:无反相机的续航与 CMOS 功耗直接挂钩

第四个区别,无反这一结构对 CMOS 读取速度提出了很高的要求。

CMOS 成像,说专业点儿叫模拟数字转换(Analog Digital Conversion,ADC)和读取是需要时间的,在这段时间内不能有额外的光线进入 CMOS,不然就会引起曝光错误。

打个比方,你设定的曝光时间是 1/100s,但 CMOS 需要 1/10s 才能完成成像,那么快门打开 1/100s 后至少需要关闭 1/10s,也就是一共需要 (1/100+1/10)s 后才能再次打开快门,不然拍出来的照片实际曝光时间就不止 1/100s 了。

在进行 ADC 的时候,单反可以放下反光板,让独立测光模块和对焦模块继续工作,这时也可以继续取景,但无反就没办法了,快门帘关上进行 ADC 的时候,无法进行测光、对焦、也无法进行取景。

所以,单反的追焦性能取决于反光板回弹的速度及独立对焦模块的性能,黑视时间取决于反光板回弹的速度,和传感器性能几乎无关。无反则不同,无反的追焦性能与传感器速度直接挂钩,传感器速度越快,完成 ADC 和读取的所需时间越短,意味着有更多的时间给取景、对焦以及测光。

也就是说,当 CMOS 速度不够快的时候,无反的追焦、取景体验都会很烂,这也的确是早期无反相机最为人诟病的事情。但当 CMOS 速度提升上来以后,这些都不是问题,并且还能玩很多单反想都不要想的操作。

第五个区别,也就是无反高度集成化和电子化带来的计算摄影潜力

单反的独立对焦模块和测光模块都是采用极为落后的制程制造的,像素数也很低,以此来降低制造成本。

无反的情况就不同了,由于 CMOS 同时担负了这些工作,其对焦像素可以很轻松地用同样的制程制造,并且做到很广的覆盖面积,就不会出现单反只有中心对焦点好用的情况,中心和边缘对焦点的性能会高度一致,而测光则可以直接读取整块 CMOS 的亮度信息。

同时能输出亮度、图像和对焦信息,就可以玩图像识别了——初步的应用就是各种智能对焦,什么人脸识别人眼识别动物识别飞机火车摩托车识别……高级一点的应用就是平滑反射,模拟流光快门等等。

单反上虽然有类似的用测光信息辅助对焦的功能,比如尼康的 3D 追踪,但它能利用的测光信息只有 18 万像素,还是太少了。

第六个区别,自然就是高速性能了。

刚刚说到,当 CMOS 速度不够快的时候,无反的追焦、取景体验都会很烂,但是如果 CMOS 速度足够快了呢?那无反在高速性能上会一骑绝尘,甩到单反连尾烟都吃不到的那种……

单反的追焦性能取决于反光板回弹的速度及独立对焦模块的性能,黑视时间取决于反光板回弹的速度——而反光板是一个机械部件,发展是很慢的,而且现在看来大有顶到天花板的趋势,在过去 20 年内,反光板的速度只从 12FPS 提升到了 14FPS,而无反 CMOS 的速度提升那可是可以用先进半导体制程来刷的,半导体技术的发展速度可是要快得多。

速度达到一定程度以后,黑视问题也会被解决,实时取景 liveview 也真的是可以所见即所得了。

未来当 CMOS 速度发展可以抛弃掉机械快门和五轴防抖的时候,体积还能再缩小一圈,实现真正的全电子相机,从这个角度来说,现在的无反相机离完全体还有点距离。

说完以上六点区别,相信大家已经发现:无反相机的一切都和 CMOS 挂钩——无论是成像的画质、取景的分辨率和帧数和迟滞、对焦的性能、连拍的速度、续航的时长,都取决于 CMOS。买无反,就是买 CMOS。

而且你还会发现一个事情——除了狭义上的无反相机,还有一类影像系统也是无反光镜的,并且同样对 CMOS 速度和功耗控制有着极高的要求,它就是智能手机。

而还有一类影像系统,同样是无反光镜,对 CMOS 速度要求极高,但对功耗控制几乎没什么要求——它们是摄像 / 电影机。

回到题目,无反相机是如何发展起来的呢?这就要讲到这十几年 CMOS 的发展过程了,以及各个厂家相爱相杀的故事。同时,我们会看到上面这两大类设备是如何深远地影响了无反相机的发展。


无反相机发展过程

  1. 43,到 M43,无反相机的开篇
  2. 尼康、宾得:我们走了一些弯路
  3. 三星:从冉冉升起的新星到黯然离场
  4. 松下:奥巴你阴我
  5. 奥巴:宁可坐在宝马车上哭也不坐在自行车上笑
  6. iPhone——蝴蝶扇动了翅膀,以及无人意料到的龙卷风
  7. 索尼:我全都要
  8. 哈苏、徕卡:我玩我的
  9. 富士:2mm 的错误
  10. 佳能:从勇者到恶龙
  11. 尼康:从被 NTR 到大仇得报……了吗?
  12. 徕卡、松下、适马:一起玩吧
  13. 大疆:另类头号玩家

43,到 M43,无反相机的开篇

很久很久以前,在佳能尼康单反大战的时候,有这么两家厂商在抱团——松下和奥林巴斯。

他们俩一合计做了一个 43 单反,从片幅来看非常劣势,完全没有和 APS-C 和全画幅正面竞争的能力,并且还提了一个很迷的“垂直入射”的概念,直接导致 M43 没法做光圈大于 f/2(等效全画幅 f/4)的镜头,然后这个系统就一直半死不活,就算松下怒而做了“非垂直入射的 f/1.4”的镜头也没捞回来。

但是,松下是一家摄像机厂啊,而且还会自己造 CMOS 的那种,于是自然就想到了无反这条路子上。

如果摄像机可以拿来拍照,那不就是个无反相机——G1 就这么横空出世了。

尼康、宾得:我们走了一些弯路

宾得其实这家厂家这二十年来几乎没什么存在感,这点应该没什么异议,而且脑回路还相当的清奇,它的两个无反系统给整个行业没带来任何经验,带来的只有教训:

如果说宾得 K01 给我们带来的教训是什么,那一定是:沿用长法兰距的无反卡口系统是没有未来的。

长法兰距系统虽然看起来短时间内可以兼容原有的所有单反镜头,但是却放弃了无反的几个核心优势,其中对于消费者来说影响最大的,莫过于体积了——我为什么要买一个体积一样,价钱不见得便宜多少但性能更烂的系统?(在无反系统发展早期,其 CMOS 性能不足以支撑高性能机身)此外,这也意味着未来镜头无法享受短法兰距带来的光学设计红利。

至于宾得 Q,无反快速发展的这十年同时也是智能手机爆发的十年,消费者们对于这种小底可换镜的相机的需求基本被手机满足了——1/2.3” 的可换镜头相机?而且还没有计算摄影加持?认真的吗?体积控制也不算好,自然也是凉了。

尼康的 1 系列也有类似的问题,因此也是一个失败的产品系列。但尼康嘛……对这个系列的情感真的是很深,不信你看看新的 Z 6/7 和 1 系列 V2 的外观……

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