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实时(电子)取景单反相机汇总

无忌论坛
柯纳
marlene
2008-07-11

  最近一年左右数码单反相机厂家都推出了带有实时(电子)取景(LiveView)的数码单反相机,简单统计一下我们发现每一家主流厂家都有支持这个功能的产品。


  简单的整理了一下,发现市面上有Liveview(后面我都翻译为电子取景)功能的单反相机居然有十八款之多,而且还有多种不同的实现方式。


  让我们来看看这些不同相机是如何实现电子取景以及他们的优缺点。



  下面我们对目前已经推出的这些产品做一个汇总并根据个人使用经验进行评论,如收集数据有误或者遗留有请指正。


  1、光学取景方式(OVF)


  照相机都有一个取景器,帮助摄影师根据不同镜头视觉进行取景。因此这个取景器是所有摄影师拍摄时会经常使用。纵观照相机历史,取景器从早期相机后背成像平面磨沙模板取景进化到旁轴、单反和双方镜头,都是以提高取景准确性和舒适性出发。到胶片相机巅峰时期,主流的取景方式基本只剩下两种:旁轴和单镜头反光,前者有导致相机体积小轻便的优势,后者有所看为所拍的优点。因此通常在所谓的傻瓜胶片相机中流行的是旁轴而单反相机尤其是可更换镜头单反相机为专业用户和业余爱好者所喜爱。



  这些取景方式在数码相机年代也基本被遗传下来,尤其是单反相机。然而旁轴取景方式在傻瓜相机中很快就被电子取景方式取代,到最近几年几乎完全没有旁轴取景的数码相机,除了个别高档旁轴可更换镜头相机如Leica的M系列以外。



  严格说大部分数码傻瓜的旁轴取景只是简化的取景器,与真正的测距连动相机(rangefinder)不同,它们充其量只有根据不同焦距和不同对焦距离进行简单的变动,甚至只有不同的线框提升而已。这个不在本文讨论范围内。


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  2、 电子取景方式(EVF)


  到了数码年代,设计师们利用了数码相机上面最重要的一个部件提高另一个功能。这个部件就是电子传感器,它本来的功能是代替胶卷把光学信息转换成电子信息。因为电子传感器最早起源于电视摄像机,数码相机上最早使用的传感器也具备了提供视频信号功能。很显然设计师没有错过这个功能,把视频信号传送到相机后背的一个液晶显示屏(LCD)。


  因此相机用户多了一个取景方式:相机后背LCD。早期的数码傻瓜相机还同时提供(光学)旁轴取景和(电子)视频取景,随着后背LCD尺寸不断增加,到近年来的一些数码相机液晶屏居然占据了几乎整个相机后背的面积,其中一个重要动力就是给用户提供电子取景方式。


  有关光学取景与电子取景之间的优缺点的讨论近年来在网上也开始热闹起来,使用单反相机的用户由于传统习惯还是倾向于光学取景,而电子取景也有其独特的优势,尤其配合可翻转后背液晶屏可以提供一些不寻常的取景角度。


  能有同时支持光学取景也可以电子取景的单反相机显然是一个不错的妥协,它可以满足传统用户的习惯也可以提供新功能。


  在介绍具体产品前我们再接触一个话题:自动对焦。


  3、自动对焦基本原理


  为何要讨论自动对焦?这是因为目前单反相机的基本设计原理所导致的分立对焦模块在实现电子取景时会有一定难度。


  让我们先来了解自动对焦的两个主流技术:相位检测法对比度检测法(反差检测法)。在现代单反相机,包括胶片和数码单反相机,它们的自动对焦模块 位于反光板下方,从副反光板反射得到的光线进行自动对焦。模块通常使用了透镜分离相位检测原理。这个技术经过了过去几十年的改进已经非常成熟,自动对焦速度也达到了惊人的速度。




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  透镜分离相位检测方式为目前绝大多数AF单反机所采用,也是一种通过摄影镜头的方式。透镜分离检测装置由一组分离镜片和一组或多组由感光元件组成的测距组件(或称AF传感器)构成。目前感光元件有三大类:第一类是CCD感光元件,许多厂家都使用这类元件;另外两类是Canon公司自己研制的BASIS(BAse-Store Image Sensor,基存储影像传感器)和CMOS BASIS。测距组件上的感光元件是排成一个阵列(一般是排成一行)。上述感光元件的特点是在光线照射下,会产生一定的电信号。



  分离镜片的作用是将通过摄影镜头的光线分裂成两束并调焦,分别投影到测距组件上。


  下面以CCD感光元件的测距组件来说明相位检测法的工作原理。工作原理见下图。当调焦准确时,经过分离镜片生成的两束光线投影在CCD阵列上的距离是一定的,从而CCD(记住这是一个阵列)上被光束照射所产生的电荷的那一对CCD元件的位置也是固定不变的。这对CCD元件之间的距离在照相机设计时已经 整定好了,作为焦点检测的基准。



  调焦准确时见图中(a),我们用AB来表示作为基准的一对CCD元件之间的距离。当调焦不准时,有两种可能性。一种是镜头焦点在被摄体之前,见图中 (b)。此时受光的两只CCD元件之间的距离短于AB;另一种情况是镜头焦点在被摄体之后,见图中(c),此时受光的两只CCD元件之间的距离长于AB, 根据受光的一对CCD元件之间的距离,就能鉴别出焦点是否准确。两只CCD元件所产生的电信号经过转换电路和模拟/数字转换电路,再送入照相机内的 CPU(中央处理单元),CPU按照厂家所设定的程序及根据这对CCD元件的距离与AB的差值,可计算出散焦量(即实际焦点与准确焦点之差)以及散焦方向。


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  由此可见,使用这个系统的AF相机只要启动电源系统就可以知道镜头对焦状况而决定镜头对焦移动方向。


  对比度检测法(反差检测法)的原理其光学设计非常简单,实际上根本不需要另外的光学通道,直接在传感器上就可以实现。因而这个技术在数码傻瓜相机上非常普及。



  在这个系统里传感器(CCD或者CMOS)集捕捉影象和检测焦点两个功能于一体。系统通过反差算法,多次评价捕捉影象的CCD上的信号,不断调节镜头,检测出反差最大的时刻,就是合焦。


  相比起相位检测法,对比度检测法的对焦速度要慢,因为系统启动时无法得知镜头对焦需要移动的方向,需要前后移动若干次后根据捕捉信号计算才能决定。


  4、里程碑


  鉴于单反相机的自动对焦模块需要反光板落下才能正常工作,而使用传感器取景又需要反光板升起,在数码单反相机上实现电子取景有一定难度,需要改造现有设计或者只提供部分功能。


  从历史意义来说Fujifilm的S3 Pro可以算第一台部分实现了电子取景功能的相机。2004年2月推出的S3 Pro其机身基于Nikon公司的胶片相机F80/N80,因此整个自动对焦系统完全遗传了传统单反相机光学设计:反光板落下提供光线给对焦模块等等。


  S3 Pro上的电子取景功能与其说是取景还不如说是显示,当启动这个功能时反光板升起,后背液晶屏会显示出一个黑白的图像。不过在图像被显示时不能启动快门进行拍摄,也不能进行自动对焦,此外显示时间限于30秒内,估计是为避免传感器发热。显示的图像可以被放大(倍数不详),对辅助拍摄微距静物有意义。


  需要拍摄时要从这个模式退出,然后启动快门,所以说这不是一个完整的电子取景方案。



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  很显然如果给自动对焦模块和传感器同时提供光线是关键,2006年1月Olympus推出的E-330成功地 解决了这个问题,成为第一台真正能够实现电子取景和光学取景的数码单反相机。



  基于一年多前推出的E-300,E-330的内部光学通道与传统单反相机有所不同,主要是为了实现紧凑体积而作出的一个设计,它取消了传统的五菱镜,但保留了反光板和独立的相位检测自动对焦模块。


  为了同时实现电子取景和自动对焦,E-300的光学通道里面增加了一块Porro镜,在自动对焦模块光线通道上再把部分光线分送到一个专用的小CCD传感器,而这个传感器摄取视频图像传送到后背液晶屏上显示。


  这个非常聪明的设计不仅让电子取景和自动对焦同时实现,而且还可以同时实现光学取景和电子取景,因为反光板不需要升起。


  也不知道奥林巴斯工程师不够信心还是太多想法,他们在E-300上面还提供另外一个电子取景模式,称为B模式(前面的是A模式)。在B模式如同富士S3 Pro一样,反光板升起后主传感器成为摄像原件,图像被传送到后背液晶屏显示。


  与S3 Pro不同的是,E-330可以在显示图像是进行拍摄,甚至在后来固件升级后进行自动对焦。实际上拍摄的实现很简单,就是在按下快门后相机自动完成一系列动作:关闭快门-降下反光板-自动测光-(自动对焦)-升起反光板-启动快门-摄取照片-关闭快门-清除传感器内数据-获取视频。


  很显然对比起正常单反相机的拍摄次序这里多了一个“关闭快门-降下反光板“步骤,因为原来相机正在进行摄像。这个额外的延时为快门时滞增加了大约一秒的时间,对单反相机用户来说是一个明显的延时。



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  为何奥林巴斯要提供两个取景模式(A和B)呢?根据提供的技术资料,我们知道A模式和B模式还是有差别,比如在B模式摄像使用的是主传感器,其面积比A模式里面的副传感器大,因此摄像质量有明显不同,包括在B模式有高达10倍的放大功能,可以让用户更清楚地检查对焦精度。此外因为B模式使用的就是获取图像的主传感器,使用景深预示模式可以准确地显示实际拍摄的景深效果,当然在小光圈时图像会比较暗。


  无论是A还是B模式,E-330都可以显示实时直方图,对于获得准确曝光有非常好的帮助。E-300的后背液晶屏可以上下进行翻转,用户可以在比较独特的场合进行拍摄,比如非常低地接近地面或者高举在头上等角度拍摄。



  另外一个里程碑应该要算2008年推出的索尼α-350和α-300。索尼工程师在这两款相机(它们之间规格差别是传感器像素)里巧妙地使用了一个摆动五面镜里面的一块镜片的方式,在电子取景模式时把光线导向一个嵌在取景器里五面镜后面的一个专用传感器。



  从下面左边示意图我们看到,在正常情形下光线进入取景器内的五面镜反射后到达正常眼睛位置。而当用户把机身顶部一个取景模式开关推到电子取景模式时,拨杆把五面镜里面其中一个摆式镜片往后倾斜一些,改变了光线反射方向而把光线导向一个嵌在取景器内部的小CCD传感器。这个传感器把光线变成电子信号后在后背液晶显示器里面把图像显示。



  这个方式与奥林巴斯E-330有点类似但有不完全相同,它们都是通过某种方式把光线传送到一个专用的小传感器。但不同的是索尼的方式把所有从反光板得到的光线都送到取景传感器而奥林巴斯的方式是分流一部分,前者可以得到更多的光线而后者可以同时使用光学和电子取景。


  有趣的是奥林巴斯在E-330后面的机器放弃了这个专用取景传感器的方式而全部使用主传感器实现自动对焦。从前面有关相位检测法和对比度检测法(反差检测法)讨论中我们知道使用主传感器实现自动对焦的缺点是对焦速度慢。


  从我们的实际使用体会中我们也发现索尼的这种对焦方式是所有机器里面对焦速度最快的,因为它继续使用了原有单反相机的相位检测法,电子取景对焦速度与光学对焦速度完全一样。


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