- 图解数码相机原理和结构
- (日)神崎洋治等
- 21154字
- 2022-01-28 14:44:01
1.4 数码相机的发展史
马维卡相机和静态视频相机
提到数码相机的历史，我很想从“世界第一台数码相机”开始讲起，但关于哪一台才是世界上第一台数码相机，目前众说纷纭。这是因为，根据对数码相机的定义不同，世界上第一台数码相机也不同。
如果把第一台抛弃了感光胶片，开始使用内存或磁盘记录图片的相机作为第一台数码相机，那么世界上第一台数码相机就是索尼的马维卡（MAVICA）相机。从感觉上来说，数码相机似乎是近年来的发明，但其实早在 1981 年，马维卡相机就已经问世，到现在已经有长达 40 年的历史了。马维卡相机采用了 2 英寸的小型软盘用于记录图片，所以也被称为“软盘相机”。
虽然这对当时仍以胶片为主的相机行业造成了很大冲击，但其在画质和软盘存储速度等方面还有几个亟待攻克的问题，所以并没有普及。但它同时也吸引了专业系统研究者的注意，后来这种方式被“静态视频相机”采用，而 2 英寸的软盘则被用作“静态视频软盘”。
为了赶上索尼马维卡相机发布之后的热潮，佳能于 1986 年 7 月发布了一款可换镜头的单镜头反光式相机佳能 RC-701，这也是第一款商用的静态视频相机（图 1.32）。它采用了专用的镜头卡口，可以自由更换 SV 镜头。
图 1.32 佳能 RC-701
佳能 RC-701 可换镜头单反静态视频相机于 1986 年 7 月在全球首次发布，当时的建议零售价为 39 万日元（约合人民币 24 519 元）。
顾名思义，当时的静态视频相机是以摄像机的方式记录图片的。简单地说，就是通过从视频文件中提取出 1 帧的方式记录图片。众所周知，在 NTSC 制式的摄像机中，共有 525 条扫描线，显示完整的一帧需要扫描 2 次。第 1 次粗略显示的扫描面称为“图场”，第 2 次用于填补其余部分的扫描面称为“影格”。RC-701 搭载了水平方向 780 像素的 CCD，一张软盘上可以记录 50 张图片的图场，同时拥有在 1 秒内拍摄多达 10 张照片的高速连拍功能。
全数码相机的诞生
以马维卡（MAVICA）为开端的静态视频相机虽然是以软盘作为记录媒体的，但图像的记录是用模拟方式进行的，因此也有人称之为“模拟电子照相机”等。如果把首台使用数字方式记录图像的相机定义为第一台数码相机，那么世界上第一台数码相机就是 1988 年富士胶片（当时公司名称为富士写真胶片）发售的 FUJIX DS-1P（图 1.33）。它记录图像的方式为采用 CCD 接收从镜头进入的光，将光信号转换成电信号、数字信号，然后转换为数字数据并存储到存储卡上。这款相机从生成图像到保存图像的工作原理与现在的数码相机基本相同，图像记录方式也是数字的，真正实现了全数字化。
图 1.33 FUJIX DS-1P
图为世界上第一台使用数字方式记录图片的相机 DS-1P 和用于记录图片的 IC 卡。实体大小为宽 105 mm × 高 75 mm × 厚 50 mm，重量为 400 g。
FUJIX DS-1P 搭载了 2 MB 大小的 SRAM 存储卡，支持图场、影格两种记录方式，可以在图场中保存 10 张图片，在影格中保存 5 张图片。但是，由于当时没有大容量的内存，且内存价格昂贵，图片压缩技术也不成熟，所以图片的尺寸过大，能够保存的图片张数很少。
在全数码相机诞生之初，大众报纸报道称：“未来，相机中的照片不仅可以通过 IC 卡显示在电视上，还可以直接用在计算机和打印机上。”可见当时全数码相机得到了很高的关注度。该报道还指出“画质和价格”将成为今后技术发展亟待解决的课题。当时，数码相机的水平远不及胶片相机，所以人们很难想象到数码相机会如此普及，甚至比胶片相机更加流行。
FUJIX DS-1P 所用的 SRAM 存储卡在保存图片时需要由电源或电池供电。如果电池突然没电了，那么已经拍摄的图片就会跟着一起消失。因此，亟待开发一种像现在的 CF 卡或内存卡这样无须担心电池，可以随身携带的记录媒体。
如果把第一台采用无须电池支持的闪存卡的相机定义为第一台数码相机，那么世界上第一台数码相机就是 1993 年的 FUJIX DS-200F（图 1.34）。DS-200F 搭载了 2 MB 的闪存，最多能记录约 40 帧的数字图片，其中还内置了双焦点镜头和播放功能。
图 1.34 FUJIX DS-200F
图为首次搭载了闪存的数码相机。从拍摄到图像记录均已具备现代数码相机结构的雏形。
此外，卡西欧于 1995 年发布的 QV-10 可以说是第一台在画质和价格上都可以让普通用户轻松接受的数码相机产品（图 1.35）。它搭载了可以直接确认图像的 1.8 英寸 TFT 液晶监视器，实现了宽 130 mm × 高 66 mm × 厚 40 mm、重量约 190g（不含电池）的轻量型卡片数码相机，卡西欧宣称其为“可以装进口袋的相机”。
图 1.35 第一台平价数码相机 QV-10
通过其搭载的 1.8 英寸 TFT 液晶显示屏，可以在拍摄后立刻确认图像。可旋转镜头的设计也广受好评。有人甚至认为 QV-10 才是第一台现代数码相机。
●记录方式：数字记录（基于 JPEG）、图场记录●信号方式：遵循 NTSC 标准方式●记录媒体：内置存储器（16 Mbit 闪存）●记录张数：96 张●图像传感器：1/5 英寸 CCD（总像素数 = 25 万）●镜头：定焦镜头，支持微距拍摄 F2 f = 5.2 mm ●光圈：F2、F8（手动切换方式）●拍摄范围（从镜头保护滤镜表面算起）：当光圈为 F2 时，标准 = 60 cm ~ 310 cm、近距离 = 13 cm ~ 16 cm；当光圈为F8 时，标准 = 28 cm ~ 无限远、近距离 = 10 cm ~ 24 cm ●测光方式：CCD 图像传感器区域 TTL 中央重点测光●曝光控制方式：光圈优先 AE ●测光连动范围：EV + 5 ~18 ●曝光补偿：- 2EV ~ +2EV（以 1/4 EV 为单位增减）●快门形式：电子快门●快门速度：1/8 秒~ 1/4000 秒●白平衡：自动●自拍定时器：10 秒●监视器：取景器兼用 1.8 英寸 TFT 低反射彩色液晶屏●输入 / 输出端子：数字输入/ 输出端子、视频输出端子、外部电源端子
QV-10 还搭载了总像素数 25 万的 1/5 英寸 CCD，支持图场记录方式，内置 16 Mbit（2 MB）的闪存，最大记录张数是 96。此外，除了可以在电视机上显示图片的NTSC 视频输出端口，它还搭载了许多方便普通用户使用的功能。比如播放时统一显示 4 画面或 9 画面的多画面显示功能，在播放时将想看的部分扩大 2 倍的放大特写功能，防止误删除重要图片的记忆保护功能，以及可以用自由角度拍摄的镜头旋转功能等。特别是镜头旋转功能，可以让用户在人群中举起相机拍摄，也可以把镜头旋转 180 度进行自拍，创造了新的拍摄方法，带来了新的乐趣。
与此同时，佳能在面向专业用户的高端数码单反相机市场推出了冠名 EOS 的 EOS DCS 3（图 1.36）。它是基于 EOS 系列胶片相机中的顶级机型 EOS-1N 开发出来的数码相机，镜头卡口采用了 EOS 系列胶片相机常见的 EF 卡口，因此胶片相机用户可以使用已有的佳能 EF 镜头。实际焦距为所示焦距值的约 1.7 倍也是从此时开始的。
图 1.36 佳能专业单反 EOS DCS 3
这是与柯达共同开发的佳能首款高规格 EOS 数码相机。当时的建议零售价是 198 万日元（约合人民币 124 482 元）。
佳能 EOS DCS 3 搭载了 130 万像素的 CCD。由于采用了 16 MB 的大容量缓存，所以可以达到每秒 2.7 张的高速连拍，最多可以连续拍摄 12张图片。如果使用当时在售的 170 MB 硬盘卡作为记录媒体，最多可以拍摄约 120 张大尺寸图片。
这款规格较高的相机受到了专业摄影师和新闻摄影记者们的关注。特别是需要把拍好的图片从远程或海外即时发送出去的新闻摄影记者，他们自此爱上了数码单反相机。如今，在奥林匹克运动会或世界杯等大型国际活动的新闻报道中，摄影记者们使用的也都是数码单反相机。
1996 年，Windows 95 操作系统开始普及。这一年，彩色图像和互联网开始走进我们的生活。与传统的 MS-DOS 系统相比，Windows 95 能够方便地处理全彩色图像，人们热衷于使用计算机制作贺年卡和明信片。此外，由于互联网的普及，越来越多的人开始自己制作网页，因此可以直接把图片导入计算机中的数码相机受到了广泛关注。
同年，为了与卡西欧的 QV-10 对抗，富士胶片发售了世界上第一台搭载 SM（Smart Media）存储卡的数码相机 CLIP-IT DS-7（图 1.37）。SM存储卡使用了闪存技术，且厚度仅有 0.76 mm，当时被称为 SSFDC（Solid State Floppy Disk Card，固态软盘卡）。
图 1.37 搭载 SM 存储卡的 CLIP-IT DS-7
图为世界上第一台搭载了 SM 存储卡的数码相机。虽然不支持闪光灯，但也可以在暗光环境下拍摄。当时的建议零售价为 69 800 日元（约合人民币 4388 元）。
CCD 采用了 35 万原色方形像素，图片最大分辨率是 VGA（640 × 480）。而且，它自带了一些处理数码照片的软件，比如简单的数据库软件和图片后期软件等。这是一款突破性的产品，吸引了更多的人关注和购买数码相机。
尽管原色系 CCD 所产生的人像肤色已经得到了大家的认可，但要求更高画质的呼声很强烈，而且很多用户对电量的消耗速度感到不满。于是，同年 7 月佳能发布了拥有 57 万像素的高画质机型 PowerShot 600，在一直以来像素最高只有 35 万的数码相机市场中激起千层浪（图 1.38）。这款相机的图片最大分辨率可达 832 × 608，搭载的 TTL 自动对焦功能可实现 10 cm 的超近距离拍摄。不过，虽然画质得到了大家的认可，但它并没有搭载液晶显示屏，所以相对个人用户来说，它更多地是面向商务用户。
图 1.38 拥有 57 万像素 CCD 的佳能大作 PowerShot 600
PowerShot 600 的高画质得到了好评，但遗憾的是它并未搭载液晶监视器。
自此，数码相机行业开始进入高像素 CCD 急速发展的阶段。同年 10月，奥林巴斯（当时公司名为奥林巴斯光学工业）的数码相机以“高像素和高画质”为卖点展开攻势。其发布的 CAMEDIA C-800L 机型搭载了 81万像素的 CCD，像素远超 PowerShot 600 的 57 万（图 1.39）。而且，CAMEDIA C 系列还有一个特征，那就是外观设计与该公司的胶片相机非常相似，这是为了让以前使用胶片式卡片相机的用户能够顺利过渡。最终，这款 C-800L 因压倒性的高画质而广受欢迎。另外，因为它的电池可以使用 5 号电池或充电式的 Ni-Cd 和镍氢电池，所以即使是较长时间的拍摄也完全没有问题。
图 1.39 采用了 81 万像素 CCD 的 C-800L
采用大众化设计的 C-800L 给人们留下“奥林巴斯＝高画质”的印象，其轻便的机身和极具亲和力的设计成功吸引了热衷于使用胶片式卡片相机的用户。
当时的数码相机虽说画质有所提高，但与胶片相机相比，还是相形见绌，因此人们当时除了使用数码相机拍照，还用它来做记录。比如，用它代替扫描仪拍下杂志或报纸的页面以便保存，或者拍下车站的时刻表或做的笔记等，然后导入计算机或电子邮件中使用。
在这之后，数码相机开始进入百万像素时代。
高画质的百万像素时代
1997 年 7 月，奥林巴斯再次发布了一款足以改变人们对高画质认知的数码相机，即变焦式固定镜头数码单反相机 CAMEDIA C-1400L（图 1.40）。这款相机搭载了 140 万像素的 CCD，采用了较大尺寸的 2/3 英寸超精细原色逐行CCD 图像传感器。与当时大众型数码相机中主流的 35 万像素 1/3 英寸 CCD 相比，C-1400L 拥有其 4 倍的面积和像素。由此带来的高清画质，不管是摄影爱好者还是部分专业摄影师都赞不绝口。图片的最大分辨率也达到了 1280 × 1024。在此之前，数码相机的画质一直是通过像素数比较的，但这款相机让人们知道 CCD 的大小也很重要，可以借此实现更高的画质。
图 1.40 高画质数码单反相机 C-1400L
它搭载了大光圈镜头和 3/2 英寸的大画幅 CCD 图像传感器，其高清画质吸引了很多摄影爱好者。虽然机身略大，但采用的 L 型设计由于握持感很好而广受好评。
【主要规格】●形式 · 记录方式：数码相机（记录 · 播放型）· 数字记录●记录媒体：3.3 V 的 SM存储卡（2 MB、4 MB 和 8 MB）●记录张数：12 张以上（JPEG/HQ/4 MB 卡）●图像传感器：2/3 英寸原色逐行 CCD · 141 万像素（总像素数）●记录图像分辨率：1280 × 1024（SHQ/HQ模式）、640 × 512（SQ 模式）●白平衡：全自动 TTL ●镜头：奥林巴斯镜头，焦距 9.2 mm ~ 28 mm F2.8 ~ 3.9 由 7 组 7 枚镜片组成●光圈：广角＝ F2.8、F5.6，长焦＝ F3.9、F7.8 ●测光方式：基于图像传感器的 TTL 中央重点测光方式、点测光●曝光控制方式：光圈、快门可变程序曝光控制●拍摄范围（从镜头前开始算起）通常模式＝ 0.6 m ~ 无限远、微距模式＝0.3 m ~ 0.6 m ；2.5 m 单点对焦＝约 1.3 m ~ 无限远（广角）约 2.1 m ~ 3.0 m（长焦）、40 cm单点对焦＝约 30 cm ~ 77 cm（广角）约 37 cm ~ 44 cm（长焦）●快门：1/4 秒~ 1/10 000 秒●感光度：相当于 ISO 100 ●取景器：TTL 单反光学（自动对焦标志）视野率 95% ●液晶监视器：1.8 英寸 TFT 彩色液晶屏，约 61 000 像素●自动对焦：TTL 方式自动对焦●检测方式：反差检测方式 焦距：0.3 m ~ 无限远（从镜头前开始算起）
同时，CAMEDIA C-1400L 还搭载了焦距为 9.2 mm ~ 28 mm（进行 35 mm 规格换算后焦距为 36 mm ~ 110 mm）、光圈大小为 F2.8 ~ 3.9 的 3 倍光学变焦镜头。这支镜头使用了包含 1 枚非球面镜片在内的 7 枚大口径玻璃镜片，是真正具有高分辨率的变焦镜头。这款相机的另一大特点在于搭载了很多其他功能来提高画质，比如单反式光学取景器、点测光、曝光补偿功能等。CAMEDIA C-1400L 被誉为“1997 年度最佳数码相机”，在日本获得了 8 个奖项，在美国获得了 49 个奖项。
但同时，或许是由于图片高分辨率和高画质的影响，出现了“拍摄并保存 1 张图片大约需要 10 秒，因而电池消耗过快”等问题。比如，一张大小为 4 MB 的 SM 存储卡，如果拍摄 HQ 模式的图片，只能拍 12 张，即使是 8 MB 的 SM 存储卡，也只够拍 24 张。
与此同时，柯达推出了 DC210 ZOOM。它采用了操作感和画质都广受好评的 109 万方形像素原色 CCD。1998 年，在面向个人的数码相机市场中，100 万像素以上的百万像素机型开始成为主流。
1998 年，富士胶片发布了竖式薄机身的 FinePix 700（图 1.41）—— CCD 像素数高达 150 万的高画质单元搭载在尺寸为宽 80 mm × 高 101 mm × 厚 33 mm、重量仅 245 g 的轻薄机身中。在百万像素级相机中，它是当时世界上最小、最轻量的。此外，这台相机还搭载了两个 RISC-CPU，可以高效处理高分辨率的大尺寸图片，从信号处理到保存至存储卡只需大约 5 秒，时间缩短了一半。FinePix 700 兼顾了便携性和高画质，因而深受欢迎。
图 1.41 具有酷炫外形的 FinePix 700
FinePix 700 是当时世界上最小、最轻量的百万像素级相机。它搭载了拥有 150 万像素的 CCD，机身采用铝合金设计，看上去很高级。富士胶片直到现在还在传承这种竖式机身的产品线。
转眼到了 1999 年，索尼率先发布了拥有 200 万像素的机型 Cyber-shot DSC-F55K。
这时，主流的数码相机制造商各显千秋，产品线开始丰富起来。不仅有小巧便携的卡片数码相机，还有以高画质为特点的面向个人用户的高端数码相机，以及面向专业人士的具有超高分辨率的数码单反相机。另外，随着数码相机用户的增加，用户需求更加分散，对数码相机综合能力（如设计感、质感、操作便捷度和轻便度等）的要求日趋严格。此外，各制造商还在自己的大众化机型中加入各种有趣的想法，试图通过差异化吸引用户。比如可以给拍摄的图片加语音、文字或插图，可以进行分屏显示、幻灯片播放、全景拍摄，带有黑白、暖色等滤镜功能，可以实现相机间通信，等等。此外，搭载了 0.1 秒高速连拍功能（最多连拍 15 张）的数码相机 Multi-z DSCV 100（三洋电机）也开始面市。
还有一些机型可以跟计算机互联，比如尼康的 COOLPIX 100 和东芝的 Allegretto（PDR-2）等。它们在相机的机身上安装了 PC 卡（PCMIA）所用的接口，只要将其直接插到计算机的 PC 卡槽里，就可以传送拍摄好的照片。
当时受到关注的功能之一是直接打印功能，即用数据线连接相机和打印机，直接打印拍好的照片。该功能无须使用计算机，在家就可以方便地打印，很好地发挥了数码相机的特点。但是，当时只能连接相机制造商指定的打印机机型，用户无法自由选择数码相机和打印机。为了改进这个问题，CIPA 制定了可以在数码相机和打印机之间交换数据的标准规格 PictBridge，很多机型可以支持这种规格（图 1.42 和图 1.43）。
图 1.42 可以兼容所有支持 PictBridge 规格的产品
只要支持 PictBridge 规格，那么无论数码相机是哪家制造商的产品，都可以直接连接任何支持 PictBridge 规格的打印机进行打印。
图 1.43 数码相机上的打印设置
可以通过数码相机选择想要打印的图像，然后通过打印机直接打印。
2002 年 12 月，佳能、富士胶片、惠普 10、奥林巴斯光学工业（现在是奥林巴斯）、精工爱普生和索尼这 6 家公司倡议并提出了数字图像打印标准 DPS，在经过 CIPA 的标准化审议后，该标准正式成为 CIPA 标准（CIPA DC-001-2003）。只要是支持 PictBridge 的数码相机或打印机，都可以互相连接并打印已拍摄的图像（图 1.44）。
10 即现在的惠普公司。2015 年，惠普拆分为惠普企业（Hewlett-Packard Enterprise，简称 HPE）和惠普公司（Hewlett-Packard Inc，简称 HP），惠普企业主营企业硬件和服务业务，惠普公司主营计算机和打印机业务。
图 1.44 PictBridge 的徽标
支持 PictBridge 的产品都带有此徽标。关于 PictBridge 的详细信息，请查看 CIPA 的官方网站。
同时，DCF 和 Exif 开始引起人们的注意，成为行业内另一个重要趋势。DCF 和 Exif 相当于规则和指南，能够方便人们高效使用由数码相机拍摄的图像文件和记录媒体。相机专卖店和 DPE 商店等数码相机图像打印服务（数字印刷服务）也渐渐流行起来。1994 年，开展数字印刷服务的大公司富士胶片倡导并提出了数码相机专用的图像文件标准（Exif 的前身）。日本电子工业振兴协会（现在是 JEITA，即电子信息技术产业协会）以此为基础，统一将 DCF 作为数码相机的标准系统格式，将 Exif 作为图像文件格式，对它们进行了规范化。
在这之前，各数码相机制造商使用的是各自的专用格式，图像文件没有兼容性。在这之后，各制造商转而开始使用世界标准压缩文件格式 JPEG。后来为了增加数码相机的可用性，又开始使用标准格式 Exif- JPEG。此外，随着 DCF 的标准化，由某一台数码相机拍摄并保存的图像文件在另外一台数码相机上也可以兼容，我们可以查看图片、继续拍摄，或者使用计算机和打印机输出图像文件（图 1.45）。
图 1.45 实现图像文件兼容性的 DCF 和 Exif 标准
符合 DCF 和 Exif 标准的记录媒体和图像文件可以在数码相机或打印机之间兼容。CIPA 的官方网站上也对 DCF 和 Exif 标准进行了简要介绍。
尽管如此，在 1997 年时，支持 Exif 和不支持 Exif 的数码相机尚且同时存在，并不是像现在这样可以自由、放心地使用图像和记录媒体。关于 Exif 的具体信息，请参照 6.2 节。
蜂窝状排列的 CCD 问世
哪些要素可以让相机实现高画质呢？
答案并不唯一。为了使拍摄的画面更加精细，各制造商纷纷开始追求高分辨率。数码相机使用 CCD、CMOS 等图像传感器取代胶片，用它们接收光并生成图像。缩小每个图像传感器的像素点上搭载的光电二极管，大量凝缩，就可以更加轻松地实现高分辨率的画质。随着像素数的提高，拍出的照片的画质也更高，吸引了很多用户购买。最终，各制造商开始了高像素竞赛。
这倒不是什么坏事儿，不过随之而来的是，人们又发现了另一个问题。
光电二极管上必须设计电路或信号传送路径，但如果布局紧密，那么由于空间大小受限，在相同大小的图像传感器上，像素数越多受光面积就越小。如果受光面积变小，就很难充分地聚集光，感光度和色彩再现幅度也会随之变小。动态范围变小，就意味着容易产生高光溢出和暗部缺失。所以，虽然像素数越多分辨率越高，但此时会引发画质下降的问题。
解决办法之一是尽可能地扩大光电二极管的面积。于是，“蜂窝状排列超级 CCD”应运而生。2000 年，富士胶片发布了 FinePix 4700Z，它搭载了蜂窝状排列超级 CCD。该 CCD 通过将像素点以蜂窝状 45 度旋转排列实现了大尺寸的光电二极管（图 1.46 和图 1.47）。虽然 CCD 的像素只有 240 万，但其记录像素数实际高达 432 万，“动态范围”（即相机还原真实色阶的能力）大幅拓宽。
图 1.46 首次搭载蜂窝状排列超级 CCD 的 FinePix 4700Z
图为世界上第一台搭载 1/1.7 英寸蜂窝状排列超级 CCD 的数码相机。它大幅提升了画质。蜂窝状排列的总像素数虽然只有 240 万，但通过蜂窝的信号处理，实际可以记录的像素数高达 432 万。
图 1.47 蜂窝状排列
为了尽可能地扩大光电二极管的面积，富士胶片陆续开发出了蜂窝状排列或蜂窝形状的图像传感器。
富士胶片此后继续开发了采用蜂窝状排列的图像传感器，发布了由具有更高感光度的 S 像素和更宽动态范围的 R 像素组成的超级 CCD SR。后来，又发布了经过优化的具有高分辨率的超级 CCD HR，并依靠这两种产品开发了适合市场的机型。关于超级 CCD 的详细内容，请参照 4.6 节。
高倍率变焦市场
早在追求高像素的百万像素级数码相机出现之前，追求高倍率变焦的数码相机就已经出现了。例如索尼在 1997 年发布的具有 12 倍变焦的专业旗舰机 DKC-D5 PRO，以及具有 10 倍变焦的搭载了 3.5 英寸软盘的大众型数码相机 Digital Mavica MVCFD7。不过，高倍率变焦数码相机的急速普及是从 2000 年，即防抖功能出现的时候才开始的。
2000 年 6 月，为了开拓高倍率变焦相机市场，一直以来在数码相机市场上表现良好的奥林巴斯开发了 CAMEDIA C-2100 Ultra Zoom（图 1.48）。它搭载了防抖功能和从 F2.8 到 F3.5 的大光圈 10 倍变焦镜头（进行 35 mm 规格换算后焦距为 38 mm ~ 380 mm）。该机型当时也被归为了高级数码相机。
图 1.48 为追求高品质而搭载了 10 倍变焦的 CAMEDIA C-2100 Ultra Zoom
CAMEDIA C-2100 Ultra Zoom 不仅搭载了 C-1400 中广受好评的 L 型机身，还搭载了大光圈的 10 倍变焦镜头（以 35 mm 换算后为 38 mm ~ 380 mm）。当时的建议零售价是 138 000 日元（约合人民币 8676 元）。
由于采用了高倍率变焦，总像素数为 211 万的 1/2 英寸CCD 的高画质受到了广泛关注。不过，由于市场上对于更小巧、更廉价的机型呼声较高，所以奥林巴斯又加以改进，在次年 3 月发布了满足上述需求的CAMEDIA C-700 Ultra Zoom（图 1.49）——它很快成了热门产品。此后，在高倍率变焦相机领域，奥林巴斯一直处于市场领先地位。
图 1.49 搭载了 10 倍变焦的大众型机型 CAMEDIA C-700 UltraZoom
CAMEDIA C-700 Ultra Zoom 保持 10 倍变焦不变，但缩小机身并降低了价格，因而成了极具人气的产品。后来这个机型也被系列化了。
2002 年 10 月，高倍率变焦相机的市场迎来了巨大的变化。松下（当时是松下电器产业）发布了第一台具有 12 倍光学变焦的 LUMIX DMC- FZ1 数码相机（图 1.50）。这款相机的尺寸为宽 114 mm × 高 70.3 mm × 厚 83.3 mm，重量约 320 g（不包括电池和记录媒体），虽然机身很小，但实现了 12 倍的光学变焦，在当时引起了很大范围的讨论。
图 1.50 首次搭载 12 倍变焦镜头和防抖功能的热门相机 DMC-FZ1
图为以小机身实现了大口径、12 倍光学变焦的 DMC- FZ1。镜头搭载了新的徕卡 DC/ARIO-ELMARIT。当时的店面销售价约为 6 万日元（约合人民币 3772 元）。
12 倍光学变焦以 35 mm 规格换算后，相当于具有 420 mm 的焦距，足以与拍摄足球或棒球等体育题材的专业摄影师所用的胶片相机上的体积巨大且昂贵的镜头相匹敌。但是，由于当时并没有以这个变焦倍率实现全域 F2.8 光圈的变焦镜头，所以 DMC-FZ1 虽然是大众型数码相机，但即便是很多摄影师，对它的镜头也知之甚少。
顺便提一下，当时尼康的胶片相机所用的 400 mm F2.8 长焦镜头 Ai Nikkor ED 400 mm F2.8S（IF），其建议零售价为 101 万日元（约合人民币 63 498 元），重量为 5150 g，大小为最大口径 163 mm × 长 378.5 mm，由此可以窥见，DMC-FZ1 在性能上已然超过一般的相机。像这样实现了大倍率变焦的松下，在数码相机的开发上当然是有战略性判断的。在当时的数码相机市场，主流机型都是 300 万~ 500 万像素，但松下大胆采用了 211 万像素（有效像素 200 万）的 1/3.2 英寸小型原色 CCD。由于采用了小型的 CCD，所以机身变得小巧，这就相当于把原本胶片相机上焦距为 420 mm 的长焦镜头成功安装在了小型机身上。
同时，松下采用独有的光学防抖功能抑制了采用高倍率变焦镜头拍摄时一直令人备受困扰的手抖问题。相机内部的陀螺仪传感器检测到手的抖动时，就通过移动镜片对图像进行修复——这就是MEGA OIS 的防抖机制。这款相机可以说是松下贯彻“高倍率小型相机”这一开发思路的成果。
在DMC-FZ1 大卖后，松下相继发布了 LUMIX DMC-FZ2 和LUMIX DMC-FZ10。前者是改良机型，保持了 200 万像素的特点和小巧的机身；后者搭载了大小为 1/2.5 英寸的 CCD，其有效像素升级到了 400 万，虽然画质有了提升，但机身和镜头都变大了。
随着高倍率变焦相机的技术成熟，奥林巴斯于 2008 年 2 月发布了一款搭载 20 倍光学变焦镜头的卡片数码相机 CAMEDIA SP-570UZ（图 1.51）。进行 35 mm 规格换算后，它的焦距范围可以达到 26 mm（广角端）~ 520 mm（超长焦）。这款相机还搭载了图像传感器（CCD）位移式和高感光度拍摄两种防抖方式。
图 1.51 搭载了 20 倍光学变焦的 CAMEDIA SP-570UZ
进行 35 mm 规格换算后，相当于实现了 520 mm 的超长焦。这款卡片数码相机的广角端可以达到 26 mm，还有可以距离被摄体 1 cm 进行拍摄的微距摄影功能，可以让人们享受到各种视角的拍摄乐趣。
高性能与轻薄型卡片数码相机
说到小型数码相机，大家最熟悉的或许就是自带相机功能的手机。虽然在售的数码相机也有机身比手机更小更轻薄的，但自带相机功能的手机更加便利，在旅游景点用手机拍照留念的场景很常见。为此，也有分析家认为小型数码相机的市场是被手机市场抢占了，但其实数码相机一直在追求更简单的操作和更高的画质，以实现与手机或智能手机的差异化。
2000 年 5 月，佳能发售了拥有超袖珍时尚机身设计的 IXY DIGITAL。这款相机采用了高档的不锈钢合金材质，拥有可以轻松放入口袋的全平面机身。最令人印象深刻的是它的设计很时尚，用户可以像装饰品一样随身携带它。同时，它采用了总像素数为 211 万的 1/2.7 英寸CCD，搭载了 2 倍光学变焦镜头（进行 35 mm 规格换算后焦距为 35 mm ~ 70 mm）等，让人觉得它虽然体型较小，但并没有牺牲产品性能。后来，这个系列也出了后续版本，比如 2004 年 3 月发售的 IXY DIGITAL 500。其尺寸为宽 87.0 mm × 高 57.0 mm × 厚 27.8 mm，重量约 185 g，小巧的机身上搭载了总像素数为 530 万的 1/1.8 英寸 CCD，引发了人们的讨论。
索尼在 2000 年 10 月发布了 Cyber-shot DSC-P1，这也是卡片数码相机的代表机型之一。虽然采用的是宽 113.0 mm × 厚 43.8 mm × 高 53.9 mm的小型机身，却搭载了 3 倍光学变焦镜头和有效像素数为 321 万的 CCD，拥有很高的性能。索尼 P 系列产品线延续了小型机身和高性能，其中的P表示 Play（玩乐）、Pocket（口袋）、Portable（便携）和 Pleasure（愉悦）等理念，体现了数码相机特有的乐趣。
2003 年 10 月发布的 Cyber-shot DSC-T1 是索尼在明确了要走轻薄型路线后发布的一款产品。超薄型机身设计最薄处仅有 17.3 mm，搭载了有效像素数为 510 万的 CCD 和 2.5 英寸的大液晶监视器。
后来，索尼又在 2008 年 8 月发布了 Cyber-shot DSC-T77。这是一款轻薄和高性能两全其美的产品，搭载了像素数为 1010 万的 CCD、4 倍光学变焦镜头、光学防抖功能，实现了世界最薄的 13.9 mm 机身（图 1.52）。内置镜头片组自带新开发的防抖功能，与相机机身厚度大致相同，最大程度地实现了轻薄化。变焦结构是垂直设置的，CCD 配置在了变焦结构单元的底部。
图 1.52 搭载了最新轻薄型技术的高性能卡片数码相机 DSC-T77 和镜头单元
尺寸为宽 93.6 mm × 高 57.2 mm，最薄处仅为 13.9 mm 的 Cyber- shot DSC-T77 和新开发的内置防抖功能的镜片单元。
从镜头进入的光被几乎垂直地反射，在通过垂直的变焦结构后，由机身底部的图像传感器接收。
高级卡片数码相机的出现
一直以来，卡片数码相机都在努力实现与自带相机功能的手机的差异化。随着智能手机的出现，市场形势更加严峻。大部分智能手机拥有了与卡片数码相机不相上下的画质，而且通过下载丰富的应用程序，用户不仅可以在拍摄时自由挑选与场景相适应的拍摄模式，还可以在拍摄完成后直接用手机内的修图软件调整照片的颜色和亮度，或进行加工和裁剪等，使照片更加好看。
除此以外，使用智能手机拍摄后还可以直接上传照片到社交软件或博客上，跟朋友们进行分享。社交网站的普及导致普通用户拍照的机会增加，而智能手机便于人们拍照和分享，所以用户在逐渐增多。与此同时，入门级卡片数码相机的使用频率则不断减少，用户需求逐渐下降。
由于这些原因，以轻便和操作简单为卖点的入门级卡片数码相机逐渐被取代，而高级卡片数码相机开始受到关注。因为这类相机追求的是实现智能手机无法实现的高画质和手动摄影模式等，让人们体验到与单反相机同样的拍摄乐趣，轻松实现高画质拍摄。
高级卡片数码相机最初的定位是“搭载 F2.0 以下的大光圈镜头，不仅有全自动拍摄模式，还有快门优先、光圈优先和手动拍摄等模式”的产品，目标用户是有一定摄影技术的爱好者。当时的相机市场仍以价格略高一些的卡片数码相机为主，比如适马的 DP Merrill 系列、理光的 GR、尼康的 COOLPIX A，以及富士胶片的 X100 和 X100S 等，它们都是搭载了与单反相机同样的 APS-C 画幅图像传感器的机型。
以富士胶片在 2013 年 2 月发售的胶片相机 X100S 为例来说，它不仅搭载了大尺寸图像传感器，而且去掉了低通滤镜，以求拍出更高分辨率的图片（图 1.53）。另外，它在图像传感器中嵌入了单反相机上使用的相位检测 AF 传感器，并采用了卡片数码相机上使用的反差检测 AF 和混合 AF，使自动对焦速度最快达到了 0.08 秒。机身设计仿照了以前的旁轴相机，而且取景器的设计也相当有特色：采用了混合式设计，可自由切换光学取景器和电子取景器，在拍摄移动物体等需要更加重视快门速度的被摄体时，就可以切换为无延迟的光学取景器。光学变焦倍率（广角 / 标准）和图像尺寸（多阶段）还可以根据安装的镜头自动变化。
图 1.53 搭载 ASP-C 画幅图像传感器，追求最快自动对焦速度的卡片数码相机
图为富士胶片的 X100S。这是一款追求高性能的高级卡片数码相机。
2012 年 11 月，搭载 35 mm 全画幅图像传感器的卡片数码相机终于出现了，那就是索尼的 RX1（图 1.54，无低通滤镜版为 RX1 R）。它虽然是固定镜头式相机，但搭载了与单反相机 α 99 相同的 2430 万像素 35 mm 全画幅图像传感器。镜头采用了定焦 35 mm、F2.0 的卡尔蔡司 Zoner T*。
图 1.54 世界上第一台搭载全画幅图像传感器的卡片数码相机
图为索尼的 Cyber-shot DSC-RX1（RX1 R）。很可惜，它的价格是卡片数码相机中比较昂贵的。
这些配备了大尺寸图像传感器的高级卡片数码相机搭载的大多是定焦镜头而不是变焦镜头，这也是其产品特点。可见，相比便利性，高级卡片数码相机更注重镜头性能和拍摄性能。
在机身设计上，高级卡片数码相机大多摒弃了卡片数码相机以前经常采用的扁平状轻薄型小机身，转而强调质感，采用铝或镁合金作为材料。另外还可以看到很多机型采用了类似于胶片相机的设计，容易勾起怀旧感，让人感到拥有它本身就是一种乐趣。
在这样的高级卡片数码相机中，有些产品的价格甚至超过了单反相机的套机，可以说形成了一个非常独特的市场。
不过，从既想要随身携带又追求高画质的用户需求来说，高级卡片数码相机和微单相机的市场有一定重合。只是对于那些不想折腾着换镜头的用户来说，固定镜头且整体性能更高的高级卡片数码相机可能更有竞争力（表 1.21）。可换镜头的微单相机和固定镜头的高级卡片数码相机今后将会如何竞争、共存和发展呢？让我们拭目以待。
表 1.21 高级卡片数码相机示例
大众型数码单反相机
佳能从 1995 年开始发售 EOS DCS 3 和 EOS DCS 1，打开了面向专业用户的高级数码单反相机市场，但 EOS 系列的价格区间一直保持在 200万日元~ 400 万日元（约合人民币 125 740 元~ 251 480 元）的高价位。直到 1999 年 6 月，尼康发售了 D1，众多专业用户才感到可换镜头式数码单反相机的价位可以接受。当时，D1 机身建议零售价为 65 万日元（约合人民币 40 865 元），有效像素数为 266 万（总像素数为 274 万），搭载了 23.7 mm × 15.6 mm 的大尺寸 CCD。虽然它的像素与尼康当时的畅销产品 COOLPIX 950大致相同，达到了 200 万，但 COLPIX 950 搭载的 CCD 是 1/2 英寸的，而 D1 的 CCD 约为其 12 倍，这使得 D1 的成像更加漂亮。
专业用户不仅对画质有要求，而且对操作性、连拍速度、快速写入能力、对各种相关设备的兼容性、拍摄信息和直方图显示等也有要求。到了 2001 年 2 月，尼康把 D1 分成了两个产品线。其中一个是 D1H，它采用了与 D1 大致相同的规格，但提高了操作性，降低了销售价格（当时机身的建议零售价为 47 万日元，约合人民币 29 548 元）。
另外一个是 D1X，有效像素数提高到了 533 万（图 1.55，当时机身的建议零售价为 59 万日元，约合人民币 37 093 元）。它受到了很多专业摄影师的追捧。此外，尼康也在那时着手开发高性能低价格的数码单反相机 D100，开拓摄影爱好者市场。
图 1.55 开拓了面向专业用户的数码单反市场的产品 D1X
性能和价格两全其美的尼康 D1 和后续的 D1X 使得专业级数码单反相机成为很多人有条件购买的产品。
2000 年 7 月，富士胶片发售了 FinePix S1 Pro，同年 10 月佳能发售了 EOS D30。从此，可换镜头式数码单反相机的价格终于变得让摄影爱好者也可以接受了。
FinePix S1 Pro 由于采用了尼康的机身，所以在尼康的 F 卡口上可以挂载尼克尔镜头（推荐 D 类型）。同时，它搭载了总像素数为 340 万的蜂窝状排列大尺寸超级CCD，这个 CCD 通过蜂窝状排列处理信号实现了记录像素数高达 613 万。而佳能的 EOS D30 可以挂载 EOS 系列的 EF 卡口镜头，爱使用胶片单反相机的用户还可以继续使用自己以前购买的镜头，所以它也引起了很多人的关注。
同时，佳能 D30 第一次在高级数码单反相机的图像传感器上采用了自主研发的 CMOS 传感器（图 1.56）。此前的 CMOS 传感器被指存在画质降低等各种缺点，因此佳能的这个决定当时受到了整个行业的关注。不过，随着 CMOS 传感器的优点逐渐被大家理解，现在在数码单反相机上搭载 CMOS 传感器已经成为主流。
图 1.56 配备 311 万像素 CMOS 传感器且面向摄影爱好者的单反 EOS D30
EOS D30 是首次搭载佳能自主研发的 CMOS 传感器的数码单反相机。358 000 日元（约合人民币 22 507 元）的价格也很有吸引力。
佳能于 2002 年 2 月发布了 EOS D60，售价与 EOS D30 相同，但搭载的是像素数远高于它的 630 万像素 CMOS 传感器。当时的建议零售价也是 358 000 日元（包括配件，约合人民币 22 507 元）。在 D60 发布的 3 个月后，尼康终于也发布了以摄影爱好者为主要目标客户的数码单反相机 D100（610 万像素），建议零售价为 30 万日元（约合人民币 18 861 元）。此外，包括富士胶片的 FinePix S2 Pro 和适马的 SD9 在内，高性价比数码单反相机陆续问世。
2003 年 10 月，佳能发布了 EOS Kiss Digital，它使数码单反相机市场发生了巨大的变化（图 1.57）。数码单反相机的消费市场一直以来都以专业人士和部分摄影爱好者为中心，但当机身的定价只有不到 12 万日元（约合人民币 7544 元）的 EOS Kiss Digital 一出现，很多只为休闲娱乐而使用胶片单反相机的普通用户也纷纷购买，形成了很大的市场。
图 1.57 接近单反相机的 EOS Kiss Digital
EOS Kiss Digital 使得此前高达 20 万日元（约合人民币 12 574 元）的可换镜头式数码单反相机的市场价格降至 10 万日元（约合人民币 6287 元）左右。由于能使用以前的佳能 EF 镜头，所以预期有不少胶片式 EOS Kiss 用户会置换新机。
此外，EOS Kiss Digital 还准备了相机套机，搭配的是为数码相机专门研发的 EF-S 变焦镜头。这个组合不论是谁，在购买后都可以立即上手使用。因此，EOS Kiss Digital 迅速成为热销商品，冠绝群雄，取得了全球市场份额第一名的成绩。
尼康也于 2004 年 3 月推出了可以使用现有 AF 尼克尔镜头的大众型数码单反相机 D70（图 1.58）。图像传感器搭载的是尼康 DX 格式的 CCD（APS-C 画幅），其有效像素数为 610 万，面积为 23.7 mm × 15.6 mm。此外，还有用于与 D70 配套的专用镜头“AF-S DX Zoom-Nikkor ED 18-70 mm F3.5-4.5G（IF）”，以便普通用户使用。进行 35 mm 规格换算后，这支镜头的焦距变为 27 mm ~ 105 mm（为镜头记载的约 1.5 倍），机身小，重量轻，非常适合作为常用机型使用。
图 1.58 汇聚尼康技术优势的大众型单反相机 D70
D70 搭载了面积为 23.7 mm × 15.6 mm，像素数为 610万的尼康 DX 格式 CCD，经过图像信息高速处理后，可以达到约 3 帧/ 秒的连拍速度。D70 套机当时的建议零售价为 206 000 日元（约合人民币 12 951 元）。
4/3 系统规格的登场
奥林巴斯推出过很多极具人气的数码相机机型。2003 年 10 月，它发布了数码单反相机 E-1。E-1 是首次采用数码单反相机新标准 4/3 系统（Four Thirds System）的可换镜头式数码单反相机。
4/3 系统规格是由奥林巴斯和柯达共同制定的针对可换镜头式数码单反相机的全新规格。该规格规定图像传感器的大小为 4/3 英寸，为数码相机提供了全新的最佳生态。富士胶片、适马、三洋电机和松下等也都支持该规格。
在 4/3 系统中，镜头和机身的挂载都是开放性标准，只要是支持该系统的相机或镜头，就一定可以兼容。针对佳能和尼康的相机产品能够使用从前胶片相机上使用的丰富镜头群这一点，4/3 系统提出了这样的思想：与其使用旧资源，不如使用专为新的数码相机时代设计的完美镜头，使镜头和机身的组合成为一种新的标准。
35 mm 胶片原本用于拍摄电影，从 20 世纪初开始使用。经过了漫长的岁月，这个胶片尺寸才成为一种标准，人们以它为基准设计了相机的机身和镜头，数码单反相机也继承了那个时代的设计。因此，正如 4/3 系统所提倡的那样，如果将相当于胶片替代品的图像传感器的尺寸规定为小于 35 mm，并以此为基准设计机身和镜头，那么从理论上来说，机身和镜头是可以缩小的。比如，因为 4/3 系统的 35 mm 等效焦距转换率为 2 倍，所以一个 300 mm 焦距的镜头装在 4/3 系统的相机上，可以等效于一个 600 mm的镜头装在 35 mm 全画幅胶片相机上（图 1.59）。
图 1.59 以 35 mm 规格换算后焦距为 600 mm 时镜头的大小
按照 4/3、APS 和 35 mm 画幅比较镜头大小的示意图。要想保持相同的焦距，那么 4/3 系统的长焦镜头只需要 35 mm 规格下的一半长度即可。
如果是相同焦距的镜头，镜头的尺寸应该可以更小，价格也可以更便宜。
另外，图像传感器的结构特点导致数码相机与胶片相机不同，需要让图像传感器直接接收从镜头射入的光。数码相机所用的镜头设计也考虑了这一点。
微单相机的普及
数码单反相机继承了胶片单反相机的工作原理和结构。各制造商在投入高性能技术的同时，也陆续发布了一系列将小巧轻便化做到极致的入门机型。
尽管如此，仍然有人说机身和镜头对于女性用户来说太大了，同时也有不少人提出想要一台携带更加方便的小型高性能相机作为备用机。
但是，要想做到更加小巧、更加轻量，有两个方面的问题需要解决。
第一个问题是，为了使胶片相机时代的镜头在数码单反相机上也可以使用，从镜头卡口到图像传感器的距离，也就是法兰距，必须与以前胶片相机上的相应距离保持一致。为此，从相机结构设计上来说，不能大幅缩小相机机身的大小（关于法兰距，详见 3.14 节）。
第二个问题正如前面所说，单反相机的结构非常复杂，它有一个反光镜箱，光需要经过反光镜和五棱镜的反射才能到达光学取景器。这也是阻碍机身缩小的一个重要因素。
此时，我们刚才讲到的 4/3 系统起到了很大作用。奥林巴斯积极地制造支持 4/3 系统的单反相机，并实现了相机的小型化，也得到了市场的好评，但即便如此，第二个问题也仍然没有得到彻底解决。
此时登场的是微型 4/3 系统规格。在 2008 年 8 月公布的该扩展规格中，镜头卡口口径变小，法兰距也被缩短到原先的约 1/2。最重要的是，该系统取消了反光镜或五棱镜，引入了光路直接达到图像传感器的结构，从而实现了相机机身的轻薄化和小型化。于是，不搭载反光镜的微单相机诞生了。
由于没有反光镜结构，所以机身背面没有光学取景器。取而代之的是电子取景器，即与卡片数码相机一样，在液晶监视器上输出影像（在单反相机中，这被称为实时取景 11）。
11 有些相机也将实时取景（live view）称为实时显示拍摄。
微单相机的目标客户一开始是对购买单反相机有些犹豫的用户，以及认为单反相机体积太大的女性用户。2008 年 10 月，松下发布了 Lumix DMC-G1（图 1.60）。
图 1.60 第一台支持微型 4/3 系统的机型
从正面看，它与数码单反相机一样，机身上方是突起的，但它是微单相机，所以没有五棱镜，取而代之的是目镜式的 EVF 取景器，从相机背面可以看到它。在图像传感器受光成像后，图像会实时显示在内部的小液晶监视器上。这样就可以实现与光学取景器一样的功能，一边取景一边拍摄。
2009 年 7 月，奥林巴斯发布了第一台支持微型 4/3 系统的微单相机“奥林巴斯 PEN E-P1”，又从设计上明确了与单反相机的差异（图 1.61）。这台相机没有搭载 EVF 取景器，需要与卡片数码相机一样通过背面的液晶监视器实时取景拍摄。它也没有搭载内置闪光灯，是当时世界上最小最轻量的可换镜头式数码相机。如此简洁的设计，再加上它与饼干镜头组合后，让人不禁想起曾经在 20 世纪 60 年代至 80 年代风靡的胶片相机“奥林巴斯 PEN”系列，因而得到了高年龄层用户的喜欢。它支持 HD 短片拍摄或 PCM 的高音质录音，可以让用户自由选配真皮机身保护壳、真皮肩带、外置闪光灯和光学取景器等，不仅功能齐全，还可以让用户享受到拥有这台相机本身带来的乐趣，所以当时得到了包括复古相机爱好者在内的众多用户的支持。
图 1.61 奥林巴斯 PEN E-P1
可换镜头式相机奥林巴斯 PEN E-P1 小巧轻便，设计有质感，造型复古，开创了全新的风格。
专栏 奥林巴斯 PEN 的发展史
胶片相机“奥林巴斯 PEN”于 1959 年问世，是在“只卖 6000 日元（约合人民币 377 元）的相机”这一理念下诞生的（图 1.62）。这款相机通过半格式（只使用 35 mm 胶片的 1/2 进行拍摄的相机，1 卷胶片可以拍摄的张数是原本张数的 2 倍）的相机设计实现了小型轻量化，在当时掀起了一股热潮。后来，奥林巴斯陆续发布了世界上第一台搭载程序 EE快门的“奥林巴斯 PEN EES”、搭载 F1.9 高性能大口径镜头的“奥林巴斯 PEN D”，以及世界上第一台搭载电子快门的“奥林巴斯 PEN EM”等。其中，奥林巴斯 PEN EM 能够根据被摄体的亮度实现从 30 秒的长时间曝光到 1/500 秒的快门速度。可以说，这个系列的产品给以相机爱好者为中心的用户留下了鲜明的记忆。
在奥林巴斯 PEN 系列问世 50 年后的 2009 年，它以数码相机的形式复活了——这就是微单相机 E-P1。它的机身设计刷新了当时人们的固有印象，与饼干镜头组合后携带起来也很方便，这种具有复古风且设计简洁的产品为当时的微单相机市场带来了新的活力。
图 1.62 奥林巴斯 PEN
奥林巴斯 PEN 是第一代半格胶片相机，也是累计销量超过 1700 万台的 PEN 系列的起点。
微单相机兼具可换镜头式相机的拍摄乐趣和小巧轻便的握持感，因而一下子受到了人们的关注，成为热门话题。虽然微型 4/3 系统是由加盟制造商制定的统一标准，但其他制造商仍然陆续发布了拥有自己标准的微单相机。
其中，索尼的 α NEX 系列进一步奠定了微单相机的地位。2010 年 6月索尼发售了可换镜头式数码相机 NEX-5，其机身是当时世界上最小最轻量的，上面搭载了比微型 4/3 系统采用的图像传感器还大的 APS-C 画幅 CMOS 传感器 Exmor（像素数为 1420 万），画幅与单反相机中最常用的图像传感器相同（图 1.63）。
图 1.63 索尼微单相机 NEX-5
NEX-5 的机身尺寸约为 110.8 mm × 38.2 mm × 58.8 mm（宽× 厚× 高），虽然机身比奥林巴斯 PEN E-P1 和 LUMIX DMC-GF1 更小，却搭载了较大的 APS-C 画幅图像传感器。
一般来说，图像传感器尺寸越大，背景虚化的表现能力就越强，动态范围也越广，不容易出现高光溢出和暗部缺失等。
α NEX 的镜头卡口使用了新开发的 E 卡口，但索尼的老用户拥有很多 A 卡口（旧柯尼卡美能达）的镜头，为了方便这些用户在微单相机上继续使用原有镜头，索尼又另外发售了卡口转接环。只要加上转接环，就可以在微单相机上安装 A 卡口镜头并使用。
如果算上胶片相机时代，单反相机的历史很长，再加上高性能镜头价格昂贵，所以单反相机用户即使换了相机，也很希望能够把以前购买的镜头用在新的相机上。为了满足这样的需求，相机制造商开发了镜头转接环，以便将单反相机的镜头安装在微单相机上使用（图 1.64）。
图 1.64 转接环
要想在微单相机 α 系列上安装 A 卡口镜头，就需要使用另售的转接环。
尼康和佳能在单反相机市场拥有压倒性的市场份额，它们并没有立即拥抱新兴的微单相机市场，而是随着微单相机越来越受欢迎，并开始威胁单反相机市场时，才开始采用各自独有的先进技术开发微单相机。
尼康于 2011 年 10 月发布了 Nikon 1（V1/J1），正式进入微单相机市场。当时，尼康称之为“可换镜头式高级相机”（图 1.65）。Nikon 1（V1/ J1）采用了比 APS-C 和 4/3 系统更小的 1 英寸（13.2 mm × 8.8 mm）图像传感器。由于采用的图像传感器较小，所以专为新开发的 Nikon 1 卡口设计的镜头也比较小巧。另外，尼康还准备了卡口转接环，方便老用户在 Nikon 1（V1/J1）上使用单反相机的 F 卡口镜头。
图 1.65 尼康的可换镜头式高级相机 Nikon 1 V1
Nikon 1 V1 搭载了新开发的 1 英寸 CX 格式图像传感器（有效像素数为 1010 万）。2012 年 11 月，尼康发布了内置电子取景器的升级版机型 Nikon 1 V2（有效像素数为 1425 万）。
值得一提的是，尼康在该产品上进行了革新尝试，新增了混合AF 功能。混合 AF 技术混合使用了单反相机的相位检测 AF 技术和微单相机或卡片数码相机中常用的反差检测 AF 技术。这款相机拥有高速的对焦速度（合焦速度）、最快 10 帧 / 秒的连拍（中央固定自动对焦时），以及按下快门后最高 20 次连拍并存储 5 张最佳照片等功能，其拍摄功能也得到了单反相机用户的好评（关于混合 AF，后文将详细介绍）。
在主要的相机制造商中，佳能是较晚进入微单相机市场的。它在 2012 年 9 月发售的 EOS M 搭载了有效像素数为 1800 万的 APS-C 画幅 CMOS 传感器（图 1.66）。为了实现高速自动对焦，图像传感器的中央部位还搭载了相位检测 AF 传感器（混合 AF）。佳能还新设计了 EF-M 镜头卡口，发布了小型的 22 mm 定焦饼干镜头和标准变焦镜头 EF-M 18-55 mm F3.5-5.6 IS STM。
图 1.66 佳能首款微单相机 EOS M
微单相机 EOS M 搭载了有效像素 1800 万的 APS-C 画幅图像传感器，上图是组装了饼干镜头 EF-M 22 mm F2 STM 后的照片。
佳能拥有从胶片相机时代就存在的 EF 镜头以及数码相机专用的 EF-S镜头，无论哪种镜头都可以通过转接环挂载到 EOS M 上。机身颜色有黑色、银色、白色、红色可以选择（图 1.67）。
图 1.67 EOS M 也可以使用丰富的 EF 镜头群
挂载了单反相机专用的大口径 EF 镜头 EF 70-200 mm F2.8 L IS Ⅱ USM 的微单相机 EOS M。看上去不太协调，但还是相当震撼的。
全画幅图像传感器机型初露锋芒
左右数码相机画质的最大因素是图像传感器（感光元件）的性能。我们可以从产品说明书中看到图像传感器的尺寸和像素数。一般来说，图像传感器越大、越容易拍出漂亮的照片。同时，图像传感器越大，背景虚化效果越明显，所以在人像摄影和微距摄影等需要拍出浅景深照片的拍摄场景中，图像传感器的性能差异比较明显（关于图像传感器，详见第 4 章；关于拍摄景深，详见 3.5 节）。
截至 2013 年 12 月，数码单反相机的图像传感器主要使用如下 3 种画幅（图 1.68）。
- 35mm 全画幅
- APS - C 画幅
- 4/3 画幅
图 1.68 全画幅与 APS-C 画幅图像传感器
图为 35 mm 全画幅（左）和 APS-C 画幅（右）图像传感器。全画幅的面积是 APS-C 画幅的 2.2 ~ 2.4 倍。
35 mm 全画幅是因图像传感器大小与胶片相机时代通常使用的 35 mm 胶片大小相同而得名的。一般的大众型胶片式单反相机采用的是 35 mm胶片（24 mm × 36 mm），所以镜头也是按照这个规格设计的。从数码相机的结构来说，图像传感器替代了 35 mm 胶片，所以按 35 mm 胶片设计的镜头可以直接在搭载图像传感器的相机上使用。
APS-C 可以说是数码相机的标准画幅，其因画幅大小与胶片相机后期流行的盒式胶片 APS-C（C 型）大致相同而得名（除此之外，也有尺寸稍大的 APS-H 画幅）。
不过，关于全画幅和 APS-C 画幅，由于根据制造商或机型的不同，图像传感器的长和宽也不尽相同，所以具体的大小并没有完全规范化或统一化（表 1.22）。另外，对于不同画幅，尼康有单独的称呼，全画幅称为 FX 格式，APS-C 画幅称为 DX 格式。
表 1.22 各主要制造商的全画幅和 APS-C 画幅的大小（实际大小）
即使是同一家制造商，机型不同，图像传感器的大小也不同。
4/3 系统则如前所述，是以奥林巴斯和柯达为中心制定的数码相机专用规格。4/3 系统图像传感器的大小是 4/3 英寸，约为 17.3 mm × 13 mm，比 APS-C 画幅的尺寸小。
在数码相机市场上，搭载 APS-C 画幅图像传感器的相机能够成为主流是有原因的。
一般来说，图像传感器越大，产品制造的成品率就越低，成本就越高。与 APS-C 画幅相比，全画幅的面积比增大了 2 倍以上，而且从镜头进入的图像的成像圈也需要使用全画幅。此外，在需要长时间使用图像传感器的情况下，比如使用实时取景或短片拍摄等拍摄手法时，图像传感器越大，耗电量越大，越容易发热，对此也需要采取应对措施。基于这些原因，全画幅数码单反相机的机身往往很大，价格也很昂贵。在数码单反相机普及时期，全画幅相机大多是售价在 50 万日元（约合人民币 31 435 元）以上的高价产品，所以购买的用户要么是专业摄影师，要么是部分摄影爱好者（关于图像传感器和成像圈，详见 4.2 节）。
单反相机如果搭载尺寸比全画幅小的 APS-C 画幅图像传感器，就可以拥有更加紧凑小巧的机身，价格也会更加便宜。一旦量产，成本会进一步降低，因此在入门机型和中端机型中 APS-C 画幅逐渐成为主流。
但是，APS-C 画幅的机型也有不方便的地方。如果在 APS-C 画幅单反相机上使用 35 mm 胶片规格相机镜头，真实焦距其实是标示焦距的 1.5 ~ 1.6 倍。例如，如果将 80 mm ~ 200mm 的变焦镜头安装在佳能 APS-C 画幅的机型上，焦距就会变为 126 mm ~ 320mm（佳能的真实焦距是标示焦距的 1.6 倍，尼康则是 1.5 倍）。这就是 35 mm 规格换算。对于经常使用长焦端拍摄的用户来说，以往当作 200 mm 使用的镜头变成 320 mm 的镜头（即长焦端焦距变长）当然是很开心的，但对于经常使用广角端拍摄的用户来说，可能就需要更换别的镜头才行。而且，如果最看重画质，图像面积大得多的全画幅机型才是处于绝对有利地位的相机。因此，数码相机市场亟待一款摄影爱好者更愿意购买的全画幅机型。
【全画幅机型的优点】
搭载了 35 mm 全画幅图像传感器的相机一般有如下优点。
- 可以获得动态范围更宽的画质（图像更少出现高光溢出或暗部缺失）
- 更加擅长高感光度拍摄（即使提高 ISO 感光度，噪点也很少）
- 更容易拍出背景虚化效果好的照片（可以拍出浅景深的照片）
- 镜头焦距不变（无须以 35 mm 规格换算；广角镜头可以直接使用）
不久之后，随着制造技术等的改良，尼康和索尼等也加入进来，开发和制造全画幅图像传感器的企业逐渐增多，因而成本逐渐下降。市场上接连不断地出现了价位可以让摄影爱好者接受的全画幅机型，这引起了人们的注意。如今，搭载全画幅图像传感器的中端机型阵容也在增加，用户可以根据自己的预算和相机的功能自由选择是购买 APS-C 画幅机型还是购买全画幅机型（图 1.69 ~图 1.71）。
图 1.69 尼康首款全画幅数码单反 D3
2007 年 8 月尼康发布了 D3，采用的是自家开发的有效像素 1210 万的全画幅 CMOS 传感器（FX 格式的名称也是在此时发布的）。D3 还搭载了实时取景功能，店面销售价是 55 万~ 60 万日元（约合人民币 34 578 元~ 37 722 元）。
图 1.70 索尼全画幅单反相机 α900
2008 年 10 月索尼发布了 α900（DSLR-A900），采用的是索尼自己成功开发并制造的有效像素 2481 万的全画幅 CMOS 传感器，机身内置防抖功能。2012 年 10 月索尼发布了其后续机型 α99，2016 年又发布了 α99 Ⅱ。
图 1.71 全画幅中端机型 EOS 5D 系列
从一开始就致力于开发全画幅图像传感器的佳能发布了中端机型 EOS 5D 系列。它 2005 年 9 月发布 EOS 5D，2008 年 9 月发布其后续机型 EOS 5D Mark Ⅱ，2012 年 3 月发布 EOS 5D Mark Ⅲ（如图），2016 年 11 月发布 EOS 5D Mark Ⅳ。正好当时还流行使用单反相机拍视频，所以全画幅成了热销机型。
尼康产品阵容丰富，入门机型和中端机型有 5 款 APS-C 画幅产品，介于中端机型和高端机型之间的有全画幅的 D610 和 D750，中端机型、高端机型和专业机型有 5 款全画幅产品（图 1.72）。
图 1.72 尼康数码单反相机产品阵容（截至 2017 年 9 月）
中端机型采用的是五棱镜，而入门级的 APS-C 画幅机型有些采用的还是五面镜。不仅如此，中端机型与入门机型在使用光学取景器观察时的亮度、视野率等方面也有差异。
另外，比较 D3400 与 D5300 和 D5600 的图像传感器，可以看出它们的定位比较接近。D5300 和 D5600 的特点在于对焦点多，搭载了可翻转液晶监视器，支持 Wi-Fi（无线局域网）等。
产品阵容丰富的优点在于用户可以自由选择，但在这种情况下，用户也有可能因为不知道哪台相机更加适合自己而感到苦恼。
全画幅微单相机初露锋芒——解读索尼产品阵容
2013 年，索尼推出了世界上第一台搭载全画幅图像传感器的微单相机。与单反相机相比，机身非常小巧轻量是它的特点。自此，索尼确立了利用这一特点及索尼独有的技术能力开发高画质全画幅微单相机的发展路线。
图 1.73 是从 2017 年 9 月索尼全画幅微单相机的最新产品阵容中挑选的 4 款机型 12。了解这个产品阵容，有助于大家学习如何选择数码相机。
12 本书原版出版于 2017 年，故这里使用的是当时最新的信息。目前最新信息请访问索尼官方网站获取。
图 1.73 索尼的 4 款全画幅微单相机（截至 2017 年 9 月）
索尼并没有定位为旗舰机的机型。这里我们就先以购买的容易程度为标准，假定 α7 Ⅱ为标准机型，在此基础上尝试解读索尼的产品阵容。
α7 Ⅱ的售价为 164 880 日元（约合人民币 10 366 元），搭载了约 2430万像素的图像传感器。相位检测 AF 传感器的对焦点数量为 117 个。对焦点越多，画框内可以实现自动对焦的范围就越大。最大连拍速度为每秒 5 帧。也就是说，每秒可以连拍 5 张照片，在拍摄体育赛事、代步工具或宠物等时，往往需要抓拍运动的被摄体，所以需要使用连拍。这里列出的所有机型都搭载了 5 轴防抖功能、有机 EL 电子取景器（液晶屏类型）、翻转液晶屏（能改变液晶屏的角度）和 Wi-Fi 功能等。
α7R Ⅱ是高画质机型，名称中的 R 是分辨率的英文 Resoluson 的首字母。它搭载了约 4240 万像素的图像传感器，即使与其他制造商的单反相机相比，像素数也算是高的。像素高就可以使画面的表现更加精细。相位检测 AF 传感器的对焦点为 399 个，售价 358 880 日元（约合人民币 22 562 元），价格是 α7 Ⅱ的 2 倍以上。
但是，细节表现能力只是形成高画质的一大因素。除此之外，色彩纯度、色彩深度、动态范围和色彩平衡等也是评价画质时的重点考虑因素，判断标准也因人而异。这款机型细节表现精细，可以说是对高画质很有追求的一款机型。
α7S Ⅱ搭载的则是 1220 万像素的图像传感器，像素数比 α7 Ⅱ低。这是为什么呢？原因就在于 ISO 感光度的差异。α7S Ⅱ的最大 ISO 感光度为 102 400，与 α7 Ⅱ的 25 600 相比差异巨大。这表示 α7S Ⅱ即使在比较暗的暗光环境下也可以拍出噪点较少的图片。因此，可以推测出它并没有把感光像素点紧密排列在图像传感器中，而是保持了较宽的间距，或者影像处理器对噪点进行了相关的调整。这个功能正是需要在暗处以较快的快门速度进行拍摄的新闻摄影和体育现场摄影等所渴求的，演唱会摄影等也需要这种功能。
α9 是搭载了新开发的集成内存式 35 mm 全画幅堆栈式 CMOS 图像传感器的机型。集成内存使得最高连拍速度达到了惊人的每秒 20 帧。相位检测 AF 的对焦点为 693 个，大大提高了对焦准确度。图像传感器的像素数为 2420 万，从画质可以看出，它在图像像素和色彩平衡上都有很大提升。
这里介绍的只是可以从以上 4 款机型中发现的特征中的几个，其实每个机型还有更多的优点和特点。不过，仅从这些信息也可以看出各大制造商在产品阵容布局上的意图。本书目的之一就是让大家能够像这样独立解读相机的产品说明书和规格表。
※ 正文中的图像传感器的像素数是近似数。
表 1.23 汇总了搭载全画幅图像传感器的主要机型的发布时间等。
表 1.23 搭载全画幅图像传感器的主要机型的发布时间
※ 值得注意的是，与面向摄影爱好者的机型相比，佳能和尼康发布的面向专业人士的高端机型的有效像素数更少。
※ 表中的像素数是近似数。
搭载 GPS 且具备通信功能的数码相机
在旅游景点，手持卡片数码相机拍照的人越来越少，使用手机拍照的人越来越多。原因在于人们一般会随身携带手机，而且现在手机的拍照性能也得到了较大改善，有些甚至带有 GPS 功能，可以记录拍照地点信息。此外，拍好照片后可以直接上传到社交软件上与大家分享，这种通信功能也非常重要。
希望把拍摄的照片立刻上传到社交软件上和朋友分享的用户居多，因此对于数码相机来说，附带这种功能就显得尤为重要。在此背景下，越来越多的微单相机或单反相机开始搭载 GPS 定位功能，以及可以与智能手机、计算机和互联网等通信的 Wi-Fi 功能，只要靠近手机就可以通信的 NFC 功能等（图 1.74 和图 1.75）。
图 1.74 EOS 6D Mark Ⅱ
佳能的 EOS 6D Mark Ⅱ 是搭载了全画幅图像传感器及可旋转液晶监视器的世界最轻量的单反相机。
它虽然是全画幅单反相机，但也具备 GPS 功能、无线局域网功能、蓝牙和 NFC 等丰富的通信功能，兼顾了高画质和照片使用的便利性。除了美国的 GPS 卫星和俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）卫星，它还支持日本的准天顶卫星 MICHIBIKI。Wi-Fi 支持的是 IEEE 802.11b/g/n 标准。
图 1.75 EOS 5D Mark Ⅳ
佳能的 EOS 5D Mark Ⅳ 也具备 GPS、Wi-Fi 和 NFC 功能。GPS 和 Wi-Fi 的单元模块安装在机身顶部的五棱镜周围，NFC 单元安装在机身右侧。