图像传感器尺寸和镜头焦距转换系数

摘要: 数码相机的图像传感器尺寸因相机而异. 相同焦距的镜头在不同尺寸的传感器上具有不同的成像角度. 因此，不可能仅将不同相机的拍摄范围（成像角度）与镜头的真实焦距进行比较. 要将在不同尺寸的图像传感器上成像的视角转换为与135相机上相同视角对应的镜头焦距，有必要了解镜头焦距转换系数的相关概念.

人们通常在购买相机时关注价格和像素，一味追求最高像素的突破，但忘记了另一个重要因素，即图像传感器的尺寸. 图像传感器的尺寸越大，它与传统胶片的尺寸越接近，则制造成本越高，价格也越高. 图像传感器的尺寸在一定范围内的减小促使出现不同的透镜焦距转换因子. 不同的制造商具有不同的图像传感器尺寸，从而导致市场上各种具有不同类型光敏元件的数码相机. 这样，出现了焦距转换系数的概念. 那么图像传感器尺寸和镜头焦距转换因子之间的关系是什么？让我们在下面做一个解释.

1个图像传感器尺寸

在数码相机时代，胶卷被取消焦距转换系数，光敏材料成为图像传感器，该材料是CCD或CMOS. 说到图像传感器的尺寸，实际上就是图像传感器的尺寸. 以CCD为例，CCD由许多感光单元组成，通常以百万像素为单位. 当用光照射CCD表面时，每个感光单元会反射组件上的电荷，并将所有感光单元生成的信号加在一起形成完整的图像. 因此，CCD面积越大，捕获的光子越多，感光性能越好，信噪比越低.

大尺寸图像传感器的优点:

（1）. 允许更大的像场，获得更大的光通量，并支持更高的快门速度

像场是指通过使用胶片或图像传感器的有效对角线作为照相机中的直径而形成的圆. 像场越大，在光敏器件上可获得的总光就越多，所得到的图像质量越好，快门速度越高.

例如，数码相机的APS尺寸传感器的长度和宽度尺寸为24 mm×16 mm，对角线为28.8 mm，像场区域为652.9 mm 2，并且传感器光接收区域384 mm 2.的尺寸. 所谓的“全框”尺寸传感器的长度和宽度为36mm×24mm，对角线为43.3mm，像场面积为1470mm2，传感器的光接收面积为864平方毫米全帧传感器的实际光接收能力是APS尺寸传感器的实际光接收能力的2.25倍. 不用说，后者的成像质量高于前者. 确定了被摄体，环境光，光圈大小和感光度后，可以支持更高的快门速度.

（2）. 提高信噪比以获得更好的图像质量

随着单个感光单元的面积增加，捕获的光也增加，从而使图像层次更丰富，色彩更饱满，改善了信噪比，减少了图像噪点并制作了图像清洁工.

（3）. 允许更多像素以获得更清晰的图像

大尺寸图像传感器可以容纳更多像素，并且图像分辨率和清晰度也得到改善. 例如，使用PIMA / ISO12233目标图像进行测试，富士FinePixS3 Pro在使用600万像素时的分辨率约为1800 LPH，而在使用1200万像素进行拍摄时的分辨率则超过2000 LPH.

（4）. 在光线不足的情况下可以获得更高的灵敏度，高质量的图像

当环境光线较差时（例如雨天，舞台或夜景），将使用高灵敏度. 但是，高感光度很容易降低图像质量，这主要是由于缺少图层和增加的噪点，这使图像变脏并且不够清洁和细腻. 这种情况的主要原因是传感器的灵敏度和信噪比不足. 为了在光线不好的情况下实现一定的曝光，需要增加电信号的增益，并且还放大了噪声信号，使得噪声随着灵敏度而增加. 增大，图像质量下降. 因此，当使用小型图像传感器时，不会将数码相机的最大灵敏度设计得很高. 普通消费类数码相机的感光度设计为ISO 50，ISO 100，ISO 200，ISO 400，ISO 800等. 在SLR数码相机中，由于使用大尺寸图像传感器，因此最高感光度为设计得很高，最近的产品一般不低于ISO 1600，最好达到ISO 3200，最高达到ISO 6400. 对于某些SLR相机，即使在ISO 800和ISO 1600的情况下，其图像质量甚至比低至ISO200的普通数码相机还要好.

2普通数码相机的图像传感器尺寸

有两种表示图像传感器尺寸的方法: 一种是直接使用图像传感器水平和垂直边的长度，另一种是从以前的表示CRT尺寸的方法扩展的显示器，即图像传感器，由切割前的圆的直径表示，例如1 / 1.8英寸，1 / 2.5英寸等. 由于制造大尺寸图像传感器的困难，当前市场上常见的图像传感器大致可分为7个级别:

（1）.1 / 3.2英寸: 约5.27mm×4.40mm，例如Nikon 2100，Olympus C-150；

（2）.1 / 2.7英寸: 约6.17mm×5.17mm，例如佳能A70，索尼P72，尼康3500，奥林巴斯C-750，松下F1等;

（3）. 1 / 2.5英寸: 约5.76×4.29mm，例如Casio EX-S3，Olympus C-740，Minolta G400等；

（4）.1 / 1.8英寸: 大约7.176×5.319mm，这是佳能G5，索尼P100，奥林巴斯C-5030，佳能IXUS400，柯达CX-6490等主流产品最常用的CCD规格. 等；

（5）. 2/3英寸: 约9.74mm×7.96mm，这种尺寸的CCD基本用于代表产品形象的主要制造商的顶级民用产品. 例如Sony F717，F828，Canon Pro 1，Nikon 5000、5700、8700、8800、8400，Olympus C8080等;

（6）. APS格式或APS尺寸: 它是全长边长的2/3，即24mm×16mm.

APS帧导出其他两个大小: APS-H和APS-C. APS-H大于APS，约为28mm×19mm，而APS-C约为22mm×15mm. APS被称为“标准APS框架”，APS-H被称为“大APS框架”，APS-C被称为“小APS框架”. APS尺寸，例如尼康D1X，尼康D1H，尼康DX2，尼康D100，富士S1Pro，S2Pro等. APS-H的尺寸为佳能1DMarkⅡ，柯达DCS760. APS-C尺寸，例如Canon 10D，20D，300D焦距转换系数，350D；

（7）. 全画幅尺寸: 所谓的全画幅是相对于传统135胶卷（36mm×24mm）的尺寸. 当前的全画幅数字SLR图像传感器的尺寸通常为36mm×24mm. 例如Nikon D1，D3，EOS -1Ds，EOS -1Ds Mark III，柯达DCSPro 14n，Contax N Digital，佳能EOS-5D，佳能EOS-1Ds.

3镜头焦距转换因子

目前，大多数数码相机的成像设备面积小于普通135相机的成像设备面积. 然而，作为镜头，它不能检测到是全画幅的还是后面的小镜头，也就是说，镜头无法根据其背后的传感器元件的尺寸来调节成像距离. 它们的感光材料的尺寸不同，并且它们的拍摄范围也不同. 为了更直观地说明差异，请通过图1进行可视化分析. 在图1中，我们假设所使用的镜头是28mm定焦镜头，该镜头在传统135相机上使用，并且可以应用于具有不同镜头的单反相机镜头转换系数（其中标记的部分是不同镜头转换系数下的近似视角，不代表拍摄中的实际视角，长宽比与实际拍摄略有不同，这里仅是）

图1不同尺寸的图像传感器的拍摄范围（原始图像为彩像）从图1中，我们可以看到1 / 2.5英寸图像传感器的拍摄范围远小于全画幅，并且镜头的拍摄视野小得多. 镜头的视角和像角也小得多，这相当于焦距的增加，如图2所示（请参阅下一页的图2）. ）.

小于35mm胶片的图像传感器只能获取胶片中央部分的信息，从而导致“缺少视场”. 因此，与普通35mm相机相比，数码相机中使用的同一镜头具有“焦距扩展”. 并且镜头“焦距扩展”的放大率在不同的数码相机上是不同的，这取决于图像传感器的尺寸，尺寸越小，系数越大. 我们将此“焦距扩展倍数”称为镜头的焦距转换因子（Focal Length Multiplier，“ FLM”）.

（1）. 数码相机镜头焦距转换系数的计算

镜头焦距转换系数C = 43.27（35mm胶片的对角线尺寸）/（数码相机成像设备CCD的有效对角线尺寸）

将数码相机的实际焦距乘以镜头焦距转换因子C，即可得到相当于35mm相机的焦距.

例如: 数码相机的实际焦距为7到21mm（通常仅在镜头上标出该值），CCD的有效成像范围是对角线的8.93mm（1 / 1.8英寸CCD）. 然后: 转换系数C =（43.27 / 8.93）= 4.85. 因此: 相当于35mm相机的镜头焦距为（7〜21）×4.85 = 34〜102mm.

例如，尼康D200的对角线长度为28.84mm，而135胶卷的对角线长度为43.27mm. 因此，尼康D200的焦距为1.5. 如果要在35mm相机上实现与D200相同的观看范围，则35mm相机使用的镜头的焦距必须是D200的1.5倍.

（2）. 镜头焦距转换系数的优缺点

由于焦距转换因子的影响，数码单镜反光相机上同一镜头的焦距大于35mm胶卷相机的焦距. 如果将19毫米镜头安装在数码单镜头反光照相机上（是FLM的1.5倍），则其产生的视场仅相当于35毫米胶片照相机的28毫米镜头. 但是，有时广角端的缺点会转化为望远端的优点. 例如，当镜头转换系数为2时，即普通的400mm普通远摄镜头，则数码单镜反光相机将变为800mm的超远摄镜头.

我们知道成像的清晰度在很大程度上取决于人体在曝光时是否稳定. 对于远摄镜头，即使很小的晃动也会被镜头放大到无法接受的水平. 就像握手一样，对200mm镜头的影响要比14mm镜头大得多. 因此，对于转换系数为2的800mm超远摄镜头，手的轻微摇晃可能会破坏一整天的工作.

在通常情况下，数码相机手册会告诉您镜头的焦距转换系数. 您只需乘以该倍数即可找到与传统135相机镜头相当的“真实”焦距. 购买数码相机时，普通消费者会注意数码相机中的像素数量. 但是，随着CCD像素的增加和图像质量的提高，CCD尺寸也将成为人们购买数码相机的重要因素.

作者: 姚雷磊郭根生

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