新技研 | K.O 全副相机 松下 GH5S 用了什么黑科技

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Dpreview 所做的 GH5S、A7S II 视频画质对比测试,在 ISO 25600 下 GH5S 能 K.O 掉 A7S II

要在传感器尺寸不变的情况增强高感光度表现,最简单的做法莫过于降低总像素数量,这样做有两大好处。在像素总量降低后单个像素面积增加,相同时间下能捕捉到更多光子,高感自然更好。而且像素与像素之间存在大量供电、驱动等辅助电路,像素降低后可以减少这些辅助电路占用空间,释放出更多表面空间放置光电二极管,扩大单个像素表面积,或是采用更利于画质表现的独立型像素结构。GH5S 的总像素 / 有效像素从 GH5 的 2177 万 /2030 万降低 1193 万 /1028 万,官方数据称 GH5S 单个像素是 GH5 的 1.956 倍。

每个像素周边存在大量辅助电路,占据了宝贵表面空间

在官网上,松下没有写明 GH5S 传感器尺寸,但从视角描述判断——在使用同一焦距镜头时,GH5S 无论采用 4:3 还是 3:2、16:9 比例视角都保持一变,可以肯定 GH5S 传感器采用了冗余设计,成像面积比 GH5 的 17.3 × 13mm 要大。

在相同焦距下,GH5S 采用 4:3、3:2、16:9 三种长宽比视角都保持不变

不过无论松下做何种努力,始终无法弥补 GH5S 与全副传感器尺寸上巨大鸿沟,单个像素尺寸仍远远低于 A7S II,GH5S 约为 4.77um,A7S II 高达 8.4um。为了 K.O 全副相机,松下把电影机上使用的双原生 ISO 技术下放到 GH5S 身上。

感光度是胶片时代用来描述胶片对光线灵敏程度,ISO 是国际标准化组织规范的制定衡量感光度的标准,也是描述胶片对光线灵敏程度的单位,在数码时代沿用了这一标准。我们知道胶片感光度是固定的,而数码相机采用的 CCD/CMOS 的感光度是可调,事实这个说法并不准确。

上图是索尼 IMX258 CMOS 传感器架构图,在成像时,像素阵列通过光电效应将光子转换为电信号,然后输出到放大器中进行模拟增益(Analog Gain),接下来是模数转换(AD converter)、数字增益(Digital gain),到图像处理器前原始数据已经多次处理。可见数码相机 / 摄像机感光度可调本质上是多次模拟 / 数码增益,一般来说,数码相机 / 摄像机的只有一个原生感光度,其它感光度都是由它扩展而来的,比如说佳能 EOS 1D C 的 ISO 100 至 ISO 51200 感光度范围是由原生感光度 ISO 320 扩展而来的。在实际操作时,胶片也可以通过冲洗时采用迫冲、减冲等技术手段改变 " 感光度 "。

1DC 在不同 ISO 的动态范围图

双原生 ISO 切换菜单

原生感光度越高,越利于提升高感画质,但不利于低感光度画质。然而原生感光度是由光电二极管、放大器与 ADC(模数转换器)三者决定,在今天相机 CMOS 传感器已普遍内置了 ADC,也就说原生感光度完全由 CMOS 传感器决定。GH5S 为了实现双原生 ISO,在 CMOS 传感器中加入了两组放大器,一个是低倍数放大模拟信号,经它输出时原生感光度只有 ISO 400,另一个高倍数放大模拟信号,经它输出原生感光度增加到 ISO 2500。双放大器做法就好比田径比赛,要让一名运动员同时赢得短跑(低感)和长跑(高感)比赛是很难,但安排短跑运动员、长跑运动员两名参加比赛,那赢面就大得多,跑赢全副不是不可能。

GH5S 不是第一款采用双原生 ISO 的相机 / 摄像机,之前松下就发布了 VariCam 35、VariCam LT、EVA1 多款采用双原生 ISO 的电影摄像机。非常有意思的是,根据松下官方描述,在加载 V-Log 时,GH5S 双原生 ISO 分别是 ISO 800、ISO 2500,与 VariCam 35、VariCam LT、EVA1 一样。那是否意味 GH5S 传感器是与上述电影机传感器同生产线生产,动态范围拥有接近 VariCam 35 的 14stops 表现呢?如果是,那恐怕 GH5S 将是视频画质最佳的相机了。

VariCam 35,松下首款双原生 ISO 电影机

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