一台CCD卡片机与一台智能手机拍照效果的对比

一台CCD卡片机与一台智能手机拍照效果的对比

随着智能手机拍照功能的日益强大，许多人已经不再携带传统数码相机。然而，对于一些摄影爱好者来说，智能手机的拍照效果仍然无法满足他们的需求。本文通过对比尼康Coolpix S30 CCD卡片机和iPhone 12 Pro Max CMOS传感器在不同场景下的拍摄效果，探讨了CCD和CMOS传感器在色彩表现上的差异。

最近由于感到智能手机的拍照品质不能满足一些日常需求，于是产生了购买一台轻便数码相机代替手机拍照的想法；我的要求有三点：足够便宜、镜头拥有实用的变焦范围、使用起来方便。于是我买了这台尼康Coolpix S30，它除了满足了我的所有要求，还额外提供了防水功能，它的外部结构让我不由得想起了尼康曾经著名的潜水相机NIKONOS系列；它的镜头是6片5组，拥有3倍变焦比，负正两群结构，也是尼康的发明，应用在几乎所有广角变焦镜头上。除了以上的几点，这台相机还有一个特征是我意料之外的，并马上引起了我的关注，那便是它采用了“老旧的”CCD传感器。

CCD和CMOS之争在摄影圈内由来已久；其实有关二者的基本差异在专业网站上都能查到；但争论的核心较为主观，并且只有一个，那便是很多人认为，CCD相机拍出的色彩比CMOS相机更好看；甚至最近还掀起了一股购买CCD相机的热潮，尤其是结构和手机摄像头相似的小型CCD相机。

于是我拥有了这台CCD小相机，迫不及待地想要一探究竟，CCD的色彩是否比CMOS更好？我对比了在同样情况下Coolpix S30与iPhone 12 Pro Max（搭载CMOS传感器）成像的差异。对比有几个前提条件，首先是在光线足够亮的情况下，因为在阴暗环境下相机会自动提升感光度，会使传感器（CCD、CMOS）的成像性能大打折扣；其次是在毫无遮拦的，近乎直射阳关的条件下，或是天光条件下，这种光源比D65标准光源箱能提供更完美的照明环境，对物体拥有最好的显色性。当然这个测试由于还有很多条件不可控，并不严谨，仅能提供主观判断，但在大量样本下，能够看出其中的区别。我挑选了四组。

（以下所有对比照片，第一张由Coolpix拍摄，第二张由iPhone拍摄）首先是第一组对比，阳光直射的蓝雪花花团，这两张照片最直观的区别就是第一张的反差比第二张显著的多，这是因为Coolpix传感器的动态范围没有iPhone大；在相机领域，CCD传感器的动态范围普遍比CMOS小得多，因此会产生反差更大的照片。

如果同时参照第二组和第三组对比，会发现另外一个显著的区别便是色彩不一致。

可以明显的看到，Coolpix似乎对品红色和绿色的感知能力特别强，导致照片中这两种色彩格外突出。最后一组照片是在天光条件下拍摄的蓝雪花，这组照片景物的亮度反差较小，并且不在直射阳光下，因此是所有对照组中效果最接近的，iPhone似乎对蓝色的感知能力更强一些，而Coolpix拍摄的绿叶色彩更突出。

Coolpix所呈现的品红和绿色都很突出的效果非常令人喜爱，它能让红色的花朵更鲜艳；如果拍摄人像，人的肌肤会散发健康的红晕；植被的绿色看着更苍翠。那么，iPhone可以模拟出Coolpix的拍摄效果吗？在CIE1931色度图中，色调曲线是一条由品红色至绿色的曲线，所以品红色与绿色是相对的，在后期调整照片的时候进行色调调整，照片要么偏向品红色要么偏向绿色；因此如果想用iPhone拍摄的照片模拟这种效果，进行色调调整，并不能二者兼顾，因此无法模拟。

这种色彩效果是因为CCD导致的吗？我没有深入研究过相关的专业知识，并且情况非常复杂，因此无法给出确切的答案，只能说，也许是，也许不是。先从也许是的角度推断，其实无论是CCD还是CMOS，它们是无法感知色彩信息的，单一像素只有两个最基本的参数：动态范围和色深。前者是该像素能够容许的最大与最小亮度的比值，后者是灰度的级数；之所以能够拍摄彩色的照片，是由于在像素前覆盖了不同颜色的滤色镜，根据滤色镜的特点，每种滤色镜仅允许特定波长的光线透射，比如红色滤色镜仅允许红色透射，蓝色滤色镜仅允许蓝色透射，还有一些特殊的滤色镜，比如某种程度的品红色滤色镜，允许红色与蓝色光粒子按照一定比例透射。每个像素前都有一种特定颜色的滤色镜，每个像素只接收该种颜色的光的粒子，再经过和其它不同颜色滤色镜像素所获取的其它颜色信息综合计算，最终得到彩色图片。假设Coolpix和iPhone的传感器都采用的是拜耳阵列（像素为正方形，RGB滤色镜，以四个像素为一组，对角线的两个像素搭载绿色滤色镜，其余两个其中一个搭载红色滤色镜，另一个搭载蓝色滤色镜），那么它们获取颜色信息的途径是一样的，如果产生了差别，也许是由于两块传感器对于不同波长光的感知能力有差别。再从也许不是的角度推断，传感器除了最常见的拜耳阵列，还有其它形式，比如柯达的一些数码相机，如DCS 720x用的是Xena CMY阵列，即青色、品红色、黄色滤色镜；富士Super CCD每个像素（包括滤色镜）的平面是一个八边形，其像素阵列犹如蜂巢一般排列；Foveon X3 CMOS传感器的每一个像素都有完整的RGB滤色镜，因此可以获得更具体的颜色信息…… 因此，像素以及滤色镜的排列方式，也会对色彩产生影响。

总之，通过这个小小的实验，可以清晰地看出Coolpix和iPhone拍照呈现效果的区别了，也许有人觉得Coolpix呈现的色彩更有艺术感染力，有人觉得iPhone呈现的色彩更真实……

虽然我的实验不够严谨，但从表面来看，Coolpix似乎的确能够带来一些非凡的效果。CCD和CMOS之争，也许会继续下去。