43年歷史與四次像素爆炸 數(shù)碼相機(jī)像素發(fā)展史

第一臺(tái)數(shù)碼相機(jī)誕生于1975年，當(dāng)時(shí)的照片是一張100×100分辨率的黑白照片。從1975年到2018年初，數(shù)碼相機(jī)經(jīng)歷了43年的發(fā)展歷程，相機(jī)的像素?cái)?shù)量在期間經(jīng)歷了數(shù)次爆發(fā)。在這相機(jī)發(fā)展的任何階段，像素發(fā)展一直是數(shù)碼相機(jī)的核心話題，而高像素則是代表了相機(jī)發(fā)展的技術(shù)水平。今天我們就來看一下在數(shù)碼相機(jī)誕生的43年間，像素發(fā)展經(jīng)歷了怎樣的歷程，相機(jī)的高像素又應(yīng)該從何說起。

·數(shù)碼相機(jī)發(fā)展歷史與四次像素爆炸

相機(jī)的核心在于圖像拍攝，因此只要圖像的展現(xiàn)形式不發(fā)生變化，相機(jī)像素多少將會(huì)是不會(huì)改變的話題。首先，我們先來看一下135畫幅之下，民用相機(jī)發(fā)展歷史上的最高像素進(jìn)化過程（表中數(shù)據(jù)僅統(tǒng)計(jì)135相機(jī)系統(tǒng)，1987年以后上市產(chǎn)品為準(zhǔn)，未統(tǒng)計(jì)原型機(jī)）。根據(jù)43年歷程，數(shù)碼相機(jī)的發(fā)展其實(shí)可以分為3個(gè)階段。

第一階段：從1975年到1987年。這是數(shù)碼相機(jī)的發(fā)展初期，相機(jī)發(fā)展以原型機(jī)和卡片機(jī)為主，相機(jī)的形態(tài)可以說五花八門，存儲(chǔ)介質(zhì)也是各不相同，而且很少有真正上市的相機(jī)產(chǎn)品。1981年，索尼發(fā)布了第一臺(tái)真正意義的數(shù)碼相機(jī)Sony Mavica，1984-1986年間，富士、松下、佳能、尼康等等紛紛加入數(shù)碼相機(jī)研發(fā)，為日后數(shù)碼相機(jī)爆發(fā)打下了基礎(chǔ)。在第一階段，相機(jī)像素發(fā)展從最開始的1萬像素，發(fā)展到幾十萬像素，但算上原型機(jī)，最高像素也不過百萬左右。

第二階段：1988年到1998年。在這一階段，雖然相機(jī)發(fā)展在此時(shí)還是形態(tài)各異，但是相機(jī)發(fā)展的大方向得以確認(rèn)。1988年，富士在Photokina上發(fā)布了DS-1P，這是第一臺(tái)采用閃存介質(zhì)的數(shù)碼相機(jī)；1989年，柯達(dá)開始進(jìn)軍數(shù)碼單反行業(yè)，并且設(shè)計(jì)了第一臺(tái)百萬像素級(jí)別的數(shù)碼單反相機(jī)原型機(jī)，專業(yè)數(shù)碼相機(jī)時(shí)代就此拉開序幕。這十年間，以閃存媒介為存儲(chǔ)介質(zhì)，以卡片機(jī)與單反為相機(jī)形態(tài)，這兩件事確定了數(shù)碼相機(jī)的發(fā)展基調(diào)，從1988到1998年，相機(jī)像素從不足百萬，躍升至600萬像素級(jí)別，第二階段，為相機(jī)專業(yè)化和市場(chǎng)化做好了準(zhǔn)備。

第三階段：1999年至今。這是相機(jī)發(fā)展的第三階段，也是我們熟知的現(xiàn)代數(shù)碼相機(jī)時(shí)代。從1999年開始，專業(yè)數(shù)碼相機(jī)市場(chǎng)迎來了佳能和尼康兩大巨頭，數(shù)碼相機(jī)奠定了高端產(chǎn)品為全畫幅單反相機(jī)，入門產(chǎn)品為卡片機(jī)的發(fā)展基調(diào)。隨著CMOS逐步取代CCD，全畫幅成為可能，而且相機(jī)成本快速下降，像素發(fā)展也進(jìn)入了新的時(shí)期。

這一時(shí)期，1999年尼康發(fā)布第一臺(tái)單反相機(jī)D1，262萬像素（同年最高像素為柯達(dá)610萬像素）；2002年佳能發(fā)布全畫幅單反1Ds，采用1110萬像素（同年最高像素為柯達(dá)的1370萬像素）；2008年，索尼發(fā)布A900，而尼康發(fā)布D3X，像素同為2460萬（同期佳能1Ds Mark III與5D Mark II為2110萬像素）；再到2012年，尼康D800/D800E將像素飆升至3630萬，2015年佳能5DSR的5060萬像素成為目前135畫幅最高像素。從1999年到2015年，像素從600萬像素飆升至5000萬級(jí)別，135系統(tǒng)的最高像素水平追平中畫幅入門水平。

1999年尼康D1發(fā)布，相機(jī)進(jìn)入數(shù)碼單反時(shí)代，單反、高像素、全畫幅三個(gè)詞開始密不可分

像素發(fā)展，依托的是技術(shù)進(jìn)步和核心廠商的推動(dòng)?？梢钥吹?，在1998年之前，數(shù)碼135相機(jī)雖然經(jīng)歷了非常重要的發(fā)展歷程，但是像素上并沒有質(zhì)變，并沒有達(dá)到像素爆炸的效果。1998年之后，像素發(fā)展經(jīng)歷了四次爆炸，分別是：

第一次，1998-2000年，從130萬像素飛越至600萬像素，佳能和尼康開始推出數(shù)碼單反相機(jī)，像素競(jìng)賽正式開始；

第二次，2002年，135相機(jī)第一次邁上千萬像素大關(guān)，柯達(dá)、康泰時(shí)和佳能同時(shí)推出全畫幅數(shù)碼單反相機(jī)，數(shù)碼相機(jī)進(jìn)入全畫幅時(shí)代；

第三次，2007-2008年，135相機(jī)達(dá)到2400萬像素大關(guān)，2007年尼康和索尼推出全畫幅，佳能、尼康、索尼最高像素均超過2000萬，數(shù)碼相機(jī)真正意義上進(jìn)入高像素時(shí)代；

第四次，2012至今，135相機(jī)達(dá)到5000萬像素大關(guān)，2017年，佳能、尼康、索尼最高像素均超過4000萬像素。

如今，我們正處在第四次像素爆炸的末期，3000-5000萬像素是現(xiàn)階段相對(duì)穩(wěn)定的像素?cái)?shù)量，以如今的技術(shù)發(fā)展來看，這一代相機(jī)的像素將會(huì)趨于穩(wěn)定，但是未來數(shù)年內(nèi)，必然將會(huì)再一次爆發(fā)。每一次像素的爆發(fā)都伴隨著技術(shù)革新，第一次是因?yàn)閿?shù)碼單反普及，第二次是因?yàn)槿嫹占?，第三次和第四次都是因?yàn)閭鞲衅鞴に囘M(jìn)步和處理技術(shù)革新，暫時(shí)我們難以猜測(cè)第五次像素爆炸的原因我們不好猜測(cè)，但是新一代傳感器工藝，例如背照式、積層式傳感器很可能會(huì)引領(lǐng)下一次的像素進(jìn)步。

·傳感器是核心 像素激增與傳感器進(jìn)步

數(shù)碼相機(jī)的傳感器，是數(shù)碼相機(jī)的心臟，傳感器的技術(shù)工藝平?jīng)Q定了相機(jī)的成像水平，自然也是像素進(jìn)步的先決條件。從1975年數(shù)碼相機(jī)誕生至今，傳感器發(fā)展同樣經(jīng)歷了漫長(zhǎng)過程，下面我們就來總結(jié)傳感器與像素之間的發(fā)展過程。

CCD時(shí)代：1969-1999年。1969年對(duì)于影像行業(yè)是個(gè)大日子，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室正式研發(fā)成功了電荷耦合元件，也就是用于圖像成像的CCD傳感器。1976年，拜耳濾鏡正式問世，從此，以紅、綠、藍(lán)三種顏色通道為基礎(chǔ)的圖像傳感器，奠定了數(shù)碼相機(jī)的發(fā)展基礎(chǔ)。在三十年間，CCD傳感器，從最初的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品，發(fā)展到可用于市場(chǎng)化的21.6×16.56mm的610萬像素APS-C畫幅。

CMOS與全畫幅時(shí)代：2000年開始至今。在2000年，佳能推出了佳能的第一款數(shù)碼單反D30，這款相機(jī)從參數(shù)上并不突出，但是與其他品牌相比，這是第一塊采用CMOS傳感器的專業(yè)數(shù)碼相機(jī)。雖然那個(gè)年代，CMOS傳感器在畫質(zhì)上要遜色CCD不少，但是由于易于制造、成本低等特點(diǎn)，佳能依托于CMOS傳感器得到了快速發(fā)展，2002年便推出了第一款全畫幅數(shù)碼單反1Ds，這款1110萬像素的相機(jī)，由于價(jià)格優(yōu)勢(shì)，迅速走紅。從此，不僅僅是佳能，整個(gè)數(shù)碼相機(jī)行業(yè)開始逐步確立了CMOS傳感器與全畫幅的發(fā)展思路，相機(jī)發(fā)展也真正進(jìn)入了像素發(fā)展新時(shí)期。

佳能D30是佳能第一臺(tái)也是世界第一臺(tái)采用CMOS的數(shù)碼單反相機(jī)，CMOS時(shí)代由此開始

關(guān)于CCD傳感器與CMOS傳感器，發(fā)展歷史不必多說。我們?cè)谥暗奈恼轮杏羞^詳細(xì)的介紹，有興趣的朋友可以查閱筆者之前的文章進(jìn)行深入了解：《從"芯"而論 淺談數(shù)碼相機(jī)傳感器進(jìn)化史》。這里我們來說一下傳感器發(fā)展與高像素的關(guān)系。

對(duì)于傳感器來說，突破傳感器的像素上限，在早期是技術(shù)與工藝限制。對(duì)于早期的電子元件制作工藝，單個(gè)像素尺寸是非常重要的限制條件，因?yàn)槊總€(gè)像素，都是非常復(fù)雜的電子元件構(gòu)成。

另一方面，對(duì)于早期工藝來說，傳感器的整體尺寸同樣無法做大，大尺寸的傳感器生產(chǎn)難度大、成本高，而且良品率很低。一方面整體面積不能增大，一方面單個(gè)像素面積不能縮小，因此可以看到在1998年之前，像素發(fā)展一直處于低速增長(zhǎng)時(shí)期，沒有出現(xiàn)像素大幅增長(zhǎng)的情況。

CMOS的普及，是改善傳感器工藝的重要因素。CMOS制作難度低，而且成品率高，使得大尺寸傳感器可以得到應(yīng)用，而且CMOS普及之后，低成本的優(yōu)勢(shì)使CMOS得到了更快速的發(fā)展。進(jìn)入2000年之后，電子技術(shù)快速發(fā)展，單個(gè)像素面積可以做得更小，因此2000年以后，由CMOS普及帶來的全畫幅普及，加上單位像素尺寸大幅縮小，相機(jī)的像素增長(zhǎng)也變得越來越快。

全畫幅的面積大概是APS-C畫幅的2.25倍，因此2002年像素上限從600萬飆升到1370萬

隨著全畫幅、APS-C畫幅定型，提升高像素的另一個(gè)矛盾，則是像素與畫質(zhì)，也就是高感控噪、寬容度、色彩等等問題的矛盾。我們知道相同技術(shù)條件下，提升像素必然會(huì)導(dǎo)致單個(gè)像素的成像質(zhì)量下降，所以在2000年以后，像素增長(zhǎng)的核心矛盾，在于提高像素之后帶來的成像畫質(zhì)下降問題。這一問題，如今開來一方面在于傳感器技術(shù)的進(jìn)步，而更多得則是依靠于運(yùn)算算法的提升，也就是處理器和控噪算法的進(jìn)步。

可以說43年間，135畫幅數(shù)碼相機(jī)的像素從1萬上升到5000萬像素，數(shù)碼相機(jī)的傳感器大小，從最初的1/3英寸，發(fā)展至全畫幅，像素發(fā)展其實(shí)是傳感器進(jìn)步與處理器進(jìn)步的雙重結(jié)果。

如今，全畫幅數(shù)碼相機(jī)暫時(shí)穩(wěn)定在4000-5000萬像素，第四次像素爆炸時(shí)期即將過去，相機(jī)像素暫時(shí)不會(huì)出現(xiàn)快速突破。在這未來幾年，全畫幅會(huì)逐漸向著3000萬以上級(jí)別靠攏，而高像素相機(jī)的控噪水平將會(huì)繼續(xù)提升，并且隨著處理器進(jìn)步，高像素機(jī)型的連拍也將得到提高。另外一方面，APS-C畫幅在2400萬像素級(jí)已經(jīng)有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間了，APS-C畫幅的像素或許即將迎來提升。

·態(tài)度決定產(chǎn)品 不同廠商如何看待高像素

相機(jī)發(fā)展的另一個(gè)主導(dǎo)因素，就是廠商。雖然提高像素是發(fā)展主流，但是各家廠商對(duì)這高像素有著不同的態(tài)度。在前兩頁文章中我們可以看到，數(shù)碼相機(jī)一開始，最早進(jìn)行傳感器研發(fā)的一共有兩大廠商，一個(gè)是柯達(dá)，一個(gè)是索尼。柯達(dá)1975研發(fā)原型機(jī)后，認(rèn)為會(huì)影響膠片的銷量，因此直到近十年后才重啟數(shù)碼傳感器的研發(fā)，但是即便如此，在最初的時(shí)間內(nèi)，柯達(dá)依然是數(shù)碼相機(jī)行業(yè)的龍頭老大。

柯達(dá)在數(shù)碼相機(jī)發(fā)展初期一直是數(shù)碼相機(jī)龍頭老大

從1988年柯達(dá)研發(fā)數(shù)碼單反原型機(jī)，到1999年尼康推出D1這段時(shí)間，數(shù)碼單反相機(jī)一直是柯達(dá)的天下，準(zhǔn)確說能過做出用于單反相機(jī)使用的數(shù)碼傳感器，并且成功運(yùn)用的，只有柯達(dá)?？逻_(dá)是一個(gè)堅(jiān)定的高像素?fù)碜o(hù)者，柯達(dá)在十多年間做的事情，就是將數(shù)碼相機(jī)的像素從不足百萬，飆升到了1370萬像素（Kodak DSC Pro 14n）。即便在1999年之后，在佳能和康泰時(shí)都推出了數(shù)碼單反之后，柯達(dá)依然在數(shù)年內(nèi)都是135系統(tǒng)最高像素，直到2004的佳能1Ds Mark II才被打破。不過柯達(dá)相機(jī)最大的問題，是柯達(dá)雖然有傳感器技術(shù)，但是沒有機(jī)身技術(shù)，機(jī)身大量依賴尼康、佳能和富士，因此在135領(lǐng)域，在2000年之后很快就被佳能和尼康所超越。

2002年的柯達(dá)DSC Pro 14n,像素達(dá)1370萬像素，柯達(dá)是高像素的堅(jiān)定擁護(hù)者

佳能，也是高像素的擁護(hù)者，雖然不像柯達(dá)這樣一直保持最高像素記錄，但是在佳能、尼康、索尼的對(duì)比中，佳能除了5D3對(duì)陣D800的期間像素落敗，基本保持上風(fēng)。佳能在數(shù)碼相機(jī)快速發(fā)展的年代里，沒有走彎路，所以在2002年到2012年內(nèi)，一直保持較大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在技術(shù)優(yōu)勢(shì)下，佳能的高像素發(fā)展一直沒有停止。相比于柯達(dá)，佳能高像素一直比較親民，特別是5D Mark II，是真正意義上的第一個(gè)親民高像素全畫幅。

尼康，對(duì)于高像素一直有所搖擺。特別是在數(shù)碼相機(jī)之初，尼康認(rèn)為APS-C畫幅是最佳畫幅，直到2007年才推出首臺(tái)全幅，在一定意義上先吃了畫幅上的虧。另外，尼康在D1開始，堅(jiān)持高畫質(zhì)，而不是高分辨率，因此并沒有把提升像素作為首要發(fā)展。因此在很多年內(nèi)，尼康除了D3X之外（傳感器還要感謝索尼），并沒有在高像素上有所作為。直到2012年尼康D800發(fā)布，才扳回一城。

索尼，索尼不是以專業(yè)級(jí)數(shù)碼相機(jī)起家，2006年才推出自己的第一臺(tái)數(shù)碼單反相機(jī)，起步是幾家中最晚的。不過對(duì)于傳感器來說，索尼是最早開始研發(fā)CCD的廠商之一。對(duì)于數(shù)碼相機(jī)整機(jī)來說，索尼入行晚，有尼康作為前車之鑒，入行之后也是全畫幅和高像素的擁護(hù)者，在135相機(jī)上始終保持著高像素研發(fā)，但相比于柯達(dá)，索尼的高像素之路要冷靜很多。不過雖然索尼的起步順利，但由于索尼不是正統(tǒng)的單反相機(jī)廠商出身，因此索尼在發(fā)展中經(jīng)歷了數(shù)碼單反、數(shù)碼單電和數(shù)碼微單的反復(fù)摸索。在如今，雖然索尼的高像素傳感器成績(jī)突出，但是135相機(jī)中，索尼像素?cái)?shù)并不是最激進(jìn)的一個(gè)。

對(duì)于其他廠商來說，高像素的先決條件是大尺寸傳感器，因此相比于佳能、尼康和索尼，其他品牌對(duì)于高像素的發(fā)展貢獻(xiàn)力并不如這幾家大。但是值得一提的是三星，三星在目前依然保持著APS-C畫幅最高像素（NX1和NX500的2800萬像素），不過由于各方面的原因，我們已經(jīng)基本見不到三星的數(shù)碼相機(jī)了。

對(duì)于其他廠商，135系統(tǒng)中沒有全畫幅談何高像素，不過APS-C畫幅最高像素仍是三星

廠商對(duì)于像素的態(tài)度，直接體現(xiàn)在相機(jī)的像素值上。如今看，135相機(jī)中，能稱得上高像素的，依然只有佳能、尼康、索尼三家。在2017年，三家的高像素相機(jī)全部超過了4000萬像素，現(xiàn)在是135系統(tǒng)中像素最高的相機(jī)機(jī)型。

·135之上 全畫幅能否挑戰(zhàn)中畫幅？

對(duì)于這篇文章，我們通篇表述的都是135畫幅相機(jī)。對(duì)于135相機(jī)來說，如今像素最高的相機(jī)，分別是佳能5DS/5DSR，5060萬像素；尼康D850，4575萬像素；索尼A7R III/A99 II，4240萬像素。由于尼康D850和索尼A7R III都是2017年末的新品，究竟新時(shí)代里的高像素三巨頭誰實(shí)力更強(qiáng)，這是現(xiàn)在非常熱門的話題。

但是如果我們放眼整個(gè)相機(jī)行業(yè)，對(duì)于中畫幅相機(jī)來說，中畫幅數(shù)碼相機(jī)的像素2008年就已經(jīng)站上了5000萬大關(guān)（哈蘇H3D II-50），在2016年后更是站上了1億大關(guān)（飛思XF 100MF）。對(duì)于中畫幅相機(jī)來說，高昂的價(jià)格使其不用擔(dān)心成本問題，因此中畫幅基本都采用了低感畫質(zhì)更好，但是成本更貴拍攝性能更弱的CCD傳感器，直到2015年以后，中畫幅相機(jī)才開始逐漸換用CMOS傳感器。

第一臺(tái)一體化數(shù)碼中畫幅單反瑪米亞ZD（左，2004年，2200萬像素）與第一臺(tái)全尺寸數(shù)碼中畫幅后背飛思P65+（右，2008年，6000萬像素）

可以說，從中畫幅的像素與傳感器發(fā)展可以看到，像素發(fā)展的重要影響因素就是成本問題。如果我們不計(jì)成本，高像素和高畫質(zhì)并不是完全對(duì)立的。但是如今依然是2018年，從近兩年的產(chǎn)品可以看出，依托于處理器的快速發(fā)展和傳感器進(jìn)步，135相機(jī)已經(jīng)逐漸逼近5000萬像素，而以44×33mm畫幅CMOS傳感器為主的中畫幅相機(jī)，像素也是5000萬像素。

同樣是5000萬像素，如今的全畫幅能否挑戰(zhàn)中畫幅，這是很多攝影愛好者如今爭(zhēng)論的話題。這一次，為了滿足攝影愛好者的需要，中關(guān)村在線影像頻道在2018年年初，特地收集到如今的135相機(jī)高像素三巨頭，并且加上富士GFX 50S、哈蘇X1D-50這兩臺(tái)5000萬像素中畫幅相機(jī)，以及哈蘇H5D-60這臺(tái)6000萬像素的全尺寸數(shù)碼中畫幅相機(jī)，為大家進(jìn)行一次高像素相機(jī)的全面橫評(píng)。

本次橫評(píng)有兩個(gè)目的，一方面為大家?guī)?35相機(jī)三大高像素機(jī)型的全面畫質(zhì)對(duì)比，另一方面為大家展示現(xiàn)階段135相機(jī)的最高畫質(zhì)水平，與中畫幅相機(jī)相比有何差距，差距究竟是大是小。我們的詳細(xì)橫評(píng)將會(huì)在1月24日正式上線，請(qǐng)您不要錯(cuò)過！

原標(biāo)題：43年歷史與四次像素爆炸 數(shù)碼相機(jī)像素發(fā)展史