提升小画幅传感器画质的方法与思路
一、小画幅传感器的应用面
笔者从事计算机多媒体教学多年，常使用各种数码图像设备。随着技术的进步，笔者手中的设备不断升级，从1/3英寸的入门数码相机，升级到了现在的全画幅传感器面积约36X24mm数码单反相机，甚至考虑过使用中画幅数码相机传感器面积约48X36mm,甚至更大;因为同等技术条件下传感器面积越大，单位时间传感器能俘获更多光线信息，从而让采集到的图像质量更高，使摄影摄像作品获得更高的画质(画面质量)。
随着高画质设备的逐渐普及，常规拍摄的作品已开始缺乏应有的视觉冲击，摄影摄像工作者探索其他的特殊拍摄方式;如目前非常普及的手机摄影、航拍、运动摄影等。
运动相机及航拍设备拍摄的角度与画面视觉刺激性，远非常规拍摄设备可及，特别是航拍设备近年大放异彩，现在几乎成为电视台和纪录片的必备，而运动相机在各类电视节目中屡见不鲜。
笔者尝试使用了数款无人机以及运动相机，在使用中发现此类设备无一例外地采用了小画幅传感器(下文中讨论的小画幅传感器范围为APS-C至对角线1/3英寸范围)。这些小传感器的尺寸多为对角线1/2.5英寸，在常规的摄影设备中是入门的规格。笔者以大疆精灵三代(下文简称精灵三)为例，分析一下小传感器的优劣：
第一，与能搭载更大拍摄设备的S900相比，精灵三重量轻，单机起飞重量1480克，滞空时间长达约25分钟;而S900起飞重量约8000克，精灵三的滞空时间(飞机在空中飞行的飞行与停留时间)，以10000毫安电池为例，约15分钟。第二，精灵三控制更为成熟，采用了高清图传与全数字化APP控制，起飞准备时间约3分钟。分体式的S900,模拟控制，图像回传质量很差;搭载的数码单反等设备需要分开充电，只能简单控制快门释放等极少功能,起飞准备时间更长。第三，灵精三仅需一人就可操控，笔者甚至能在水面搭板起飞，用手降落回收。而S900等大型机器起飞降落对场地要求较高。第四，价格差距巨大，S900套件加上相机价格会超过四万人民币，而精灵三入门型号仅3999。
诚然，大型机器固然能获得较高的画质，而一个小小的精灵三对比之下也能显现出诸多优势，特别是价格上的巨大差异，更不用说运动相机与手机的应用面了。在航空拍摄设备的载具与使用条件的限制下，大画幅传感器带来的高能耗、巨大体积、夸张的重量、惊人的价格并不一定受用;特别是即时记录的情况下，大型设备往往需要较长的准备时间，往往会错失良机，这些特征很不适合记录性拍摄。在笔者看来，在今后相当长的时间内，小画幅传感器将广泛存在于各种拍摄设备中，如何提升其画质就成了当务之急。
二、硬件的改变
曰新月异的微电子技术正在改变相机内中央处理器的性能。通过不断进步的算法，目前的全画幅传感器相机已能做到感光度丨S0409600下的曝光，普通的全画幅传感器也能轻易的在弱光环境下拍摄。而小画幅传感器也得到了一定的提升，但超过感光度丨SO800以上，大多数小画幅传感器还是明显的能感觉到图像质量的下降。
而索尼则另辟蹊径，开始改善小画幅传感器的制造结构，如近年来的背照式C0MS结构(背照式传感器与传统正照式传感器相比，最大的优化之处就是将元件内部的结构改变了，即将感光层的元件调转方向，让光能从背面直射进去，避免了在传统传感器结构中，光线会受到微透镜和光电二极管之间的电路和晶体管的影响。此外，把与感光无关的走线与光电二极管分开到芯片的两边或下面，这样不仅可以增加光电元件曝光面积(开口率增加)，而且减少光线经过布线层时的损失，从而显著提高光的效能，大大改善低光照条件下的拍摄效果;以及最新的堆栈式传感器结构ExmorRSCMOS的原理是，它使用有信号处理电路的芯片替代了原来背照CMOS图像传感器的支持基板，在芯片上重叠形成背照CMOS元件的像素部分，从而实现了在较小的芯片尺寸上形成大量像素点的工艺。由于像素部分和电路部分分别独立，因此像素部分可针对高画质优化，电路部分可针对高性能优化。新型的传感器对于小画幅传感器画质的改善较为明显，但是并未达到颠覆性的改变。
目前，大疆最新的悟PRO无人机已开始搭载M43(4/3英寸对角线长度)传感器的传感器;该设备外形十分小巧，已不是数年前常规M43设备的体积可比拟。据大多数使用者认为，大疆精灵系列无人机如果能搭载1英寸对角线长度传感器，同时加强电池续航能力，那将是近乎完美的航拍设备。
三、软件加强方法
硬件厂商的努力有目共睹，但笔者认为，硬件的设计与生产是一个复杂而漫长的过程。很多时候技术难以得到突破性改善，新生产的设备往往价格不菲，却短时间内淘汰;这【科技与管理】12下2015年第36期总第518期使很多使用者难以接受。在这里笔者分享一下使用经验，主要有三个方法。
1.接片法
由于小画幅传感器面积较小，笔者采用软件进行多张照片拼合的方式来合成图片。精灵三的相机参数为1/2.5英寸，1200万像素，合成后得到的结果是惊人的，通过机器固定位置拍摄3到12张以上的图片;使用计算机软件合成后的图像像素高达3000至5000万像素以上，细节部分非常惊人，克服了小传感器细节差的弱点;本方法适合于光线稳定的大场景使用。
2.多次采样法
当光线开始变化的傍晚，采用小画幅传感器的拍摄设备就会出现严重的噪点现象。这种情况下，我们可以考虑多次采样法，目前没有机械快门的小画幅拍摄设备，已能做到每秒10张以上的拍摄能力了;笔者采用精灵三上的拍摄设备开启连拍，其中可设置HDR或包围式曝光连拍;将拍摄好的图片使用专业的HDR图像处理软件合成调节好后，图像质量将远高于单张拍摄的图片。
四、小画幅传感器的未来展望
未来小画幅传感器在制造技术上的进步，我们可以拭目以待各大传感器生产厂商的创意之举。笔者以为目前的条件下，小画幅传感器要想胜过大型传感器，在同等的制造技术下，断然不能以硬件规格盲目比拼画质，而是根据使用环境选择适合的设备。此外，还有一些另辟蹊径的方法，或容易实现却并不昂贵。
1.传统摄影器材品牌宾得(PENTAX)在自家的单镜头反光相机K3丨丨上搭载了COMS像素位移技术，厂方称之为解析功能。原理是使用原有的COMS防抖技术，让相机的传感器位移数次采样;目前已据称单张照片像素超过一亿，画质已达到了中画幅数码相机的成像水准。而这一切的背后仅仅是一块2400万像素的APS-C传感器。2.传统的马赛克式传感器对色彩的获取情况一直被广大摄影者所垢病，后来出现了X3传感器后，却因为各种问题迟迟未能普及。笔者以为，若将传统的马赛克传感器作为黑白来看，配以特别的微透镜设计，拍摄三次，通过机内软件合成色彩图像，也能和X3处理器有异曲同工之妙，却独辟蹊径完成多种需求。3.笔者使用的诺基亚手机有一款智能拍摄以及智能对焦的软件，前者依靠极快的连拍挑选画面内容，后者依靠连拍选择焦点;一次拍摄30张画面，每张不同的焦点，供使用者选择，有点类似光场相机的原理(光场相机有种设计为多个镜头，号称先拍照后对焦)。笔者认为，除了选择的这张照片，其余照片都很有价值。软件可以设置为将其余照片采样合成进选择的图片，这样会大幅度提升手机拍摄画质。