满阱、信噪比、画幅、像素数、像元大小综述。

本期主笔：davylee

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上期我们介绍了满阱与信噪比之间的关系，以及它们对成像质量的影响。我们得出的重要结论有：
1.信噪比是衡量画面质量的决定性因素。2.衡量一个相机的感光能力，主要看它的满阱总量。3.当噪声一定时，满阱越大——接受的电子数越多——电讯号越强——信噪比越高——图像质量越好。4.提升相机满阱总量的方法有：增大单个像素的面积、增加总像素数、单位面积内的感光效率。5.“同样的传感器，同样的画幅，满阱大的机器和满阱小的机器的差距近似于全幅单反和卡片机的差距。” 其实并不是个什么重要结论但还挺好玩的所以就记一下吧
而本期我们继续上期内容，补充另外两个概念：像元大小（像素尺寸）和像素数。上期提到过，当芯片面积有限时，像元大小和像素数会形成微妙的平衡。
在通常情况下（指没有黑科技的时候），单个像元的尺寸越大，其满阱容量就越大，灵敏度越高，捕捉弱光的能力越强，强光或长曝光下越不容易过曝。所以单位像素尺寸越大越好吗？不是。在民用市场中流通的传感器的面积也就那么大，当面积被限制之后，如果单个像元很大的话，势必会减少像素总数，满阱总量不一定会有明显的提升。另外即使是外行也会明白，如果像素数过少，分辨率就会打折扣，导致图像缺乏细节。以同样的思考方式，我们自然能够得出另一条推论：像素数也不是越多越好。因为传感器面积有限，像素数太多势必会导致单个像素尺寸的面积被压缩，单个像元太小，像元的满阱容量就会变低，就会导致捕获光的能力下降，宽容度下降。一句话总结，当传感器尺寸一定时，像素尺寸、像素数、满阱容量是处于动态平衡之中的，通常不可兼得。虽然单像元的满阱影响着相机的灵敏度，从总体上看衡量传感器感光能力的依旧是满阱和像素数的乘积——满阱总量。部分硬核的传感器说明中，还会添加“单位面积内满阱量”这一数据来衡量传感器的感光效率。
说到这里，结合上期内容，我们就可以回答常见的手机摄影相关的问题了:

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“我的手机明明有一亿像素，拍照方面甚至还不如入门单反？”

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这就是典型的利用普通消费者”只知其一，不知其二“的状态，极端化某一方面的数据作为噱头宣传的行为，简而言之就是”糊弄外行“。受结构影响，目前的手机不可能装载特别大尺寸的传感器，而在小尺寸的面积上还要强行塞进去过多的像素数，在单像元的感光技术还没有做到根本性突破的时候恐怕只会适得其反。诚然这样的传感器在一众手机中会是优秀的，但想比过专业数码相机还是再等等吧。从另外一个角度考量，苹果凭着一颗祖传单摄像头依旧能在很长一段时间内吊打一众盲目吹像素数的中端机，除了软件方面的优化外，其实硬件上也没差那么多——人家只是比较朴实无华不愿意添噱头罢了。方向错了.jpg

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“我的手机能飙到几十万的ISO，为什么拍夜景还是噪点爆炸？”

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我们上上期提过一句话 “满阱和增益不可兼得”， 增益（也就是ISO）调高会导致满阱（相对）变小。所以即使手机的ISO拉满，但小芯片的满阱总量就那么大，能拍好才怪嘞。结合上期所讲的大满阱和高信噪比的好处，大家可以反推低信噪比的小芯片为何难以提升画质。高ISO不是没有用，它更多的意义在于”拍得到“而不是”拍得好“，能拍下来总比一片黑乎乎强，还要啥自行车。另外拍摄夜景的正确方式是低ISO+长曝光+三脚架，即使相机也不例外，尽可能不要依赖高ISO拍摄夜间的静态画面。总之手机拍照/视频的最大优势还是在于可以最快速记录生活、传递以内容为核心而对质量没有要求的图像、对于不懂后期的用户提供简单的预处理等等，还是便捷性占优势。至于比拼真正硬核的图像质量的话，至少在当下这个年代还是不要对手机期望太多。

还有一个比较有意思的问题：

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假设存在两个满阱总量相同或接近的相机，我应该选单像素尺寸大像素数较少的那款，还是像素数多但单像素尺寸较小的那款？

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答案是各有千秋，各取所需。满阱总量等同时，像素数可以换取更高的分辨率和更多的画面细节。但其在另一方面高像素数的相机的数据量会飙升，对运算的要求会非常高。例如，6000万像素的QHY600M一张RAW格式黑白照片可以轻轻松松达到120MB，这个对电脑和相机的处理速度和内存都有着很高的要求，因此我们给每一台QHY600都配置的2GB的大内存，这对于这个体量的型号来说是十分必要的。所以你看一亿像素的手机拍起照来画质不见得会有质变但是处理器很烫读取很慢倒是真的

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（关于内存的更多解读解读请参考：从零开始的深空摄影10.5：内存、bit与Byte）反之，像素数较大的传感器通常单像元满阱容量大，灵敏度高，在天文摄影中捕捉弱光天体时可能会有奇效，不过大像元的相机往往需要大口径的望远镜加以配合。同时由于总像素数更少，读取方面的压力有所减小，相机的帧率会提升，在天文摄影方面可以玩一些直播天象的花式操作。而如果只是专注静态照片的话，高像素的优势还是要大一些。某种程度上，这和索尼老法师建议”主拍照建议四千多万像素的A7RIII, 主视频建议两千多万像素的A7III"的道理殊途同归。

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来自3600万像素的QHY367C的猎户座广域（by Terry Hancock)。高像素所带来的是惊人的细节，但如你所见，任何高分辨率照片上传至社交媒体上都会有不可避免的画质压缩。所以如果一个人拍照的目的只是分享日常发票圈而没有更多题材上或者美学上的追求的话，手机理应是ta的最好选择。

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在这篇文章刚刚编辑好不久，索尼发布了新机A7SIII，1200万像素。所以定价两万多的旗舰机为什么只有可怜的1200万像素数？在没看到这篇文之前或许你有疑惑，看完了这两期之后，相信你可以明白七七八八了。是的。在样张有限的情况下我们目前还不好判断其拍照性能究竟如何，但仅从参数上看，A7SIII是妥妥的视频领域特化机。全幅的芯片尺寸配合较少的像素数可以在视频录制方面的效率和稳定性大幅提升，由于像素数变少，运算压力大幅降低，这样就可以显著降低相机的发热、耗电问题。同时像素数变少，单像元尺寸更大，单像元满阱up，弱光环境下表现会更好。所以即使目前A7SIII评测视频非常有限，但你还是会在其中找到不少夜景的画面。索尼宣发：计划通

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本期内容讲的既是深空摄影，又不是深空摄影。作为芯片相关的最基础的知识，了解好它们不光有助于天文摄影器材的选择，也有助于理解消费市场中包括手机在内的各种摄影设备。而讲到信噪比，那么就还需要讲到它的分母--噪声。这个深坑我们之后再填。
（未完待续）

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电路板照片下面那行文字好像有错字，“反之，像素数较大的传感器通常单像元满阱容量大，”应该是“像素数较小的”吧?