单反相机的国产技术困境.doc

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1、数码单反相机的国产技术困境先讲个笑话。中日韩三国的国家足球队教练一起去找上帝咨询自己国家的足球队何时能成世界杯冠军。上帝对日本教练说：50 年；日本教练哭道：我是等不到这一天了。上帝对韩国教练说：100 年；韩国教练哭道：我是等不到这一天了。上帝看了看中国教练，自己哭道：我是等不到这一天了。在中国，调侃中国足球队是茶余饭后的一项休闲运动，对之痛阵狠骂更是爱国的一种体现。然而，在我看来，中国队要得世界杯冠军的可能性还是存在的。首先，足球运动就是一项确定性与随机性并存的运动。中国足球的体制改革是根本，这才有可能培育一个适合它生存的环境。中国足球运动员的先天条件决不会比日本韩国差，爆发力也不亚于欧洲

2、强队，只是耐力比较差，这方面的能力可以通过后天训练提高，也可以在比赛中扬长避短靠战术取胜。中国足球运动员的个人技能也可以通过训练得到提高，团队合作精神则由体制来决定。这几点能做到，中国足球走向世界的确定性因素就大大增加，运气良好的情况下（如抽签分组优势、对手发挥失常）夺冠是完全可能的。扯远了，写了近 500 字竟然没提到一句主题。说了半天就是要表明我的立场：我相信 20 年内中国足球得世界杯冠军也不相信国产数码单反相机夺得一席之地。那现在我就来陈述一下国产单反的困境。 （注：时间因素未能广泛调研，也未引参考文献，如有不妥或者错误的地方，请读者海涵）技术瓶颈绝对是第一个因素，可以举个简单的例子来

3、当旁证。全国上下满大街充满了各种山寨电子产品，从手机到 MP3，从数码卡片相机到笔记本电脑，唯独看不到数码单反。说说第一山寨产品- 手机，它能迅速成长起来并冲击以诺基亚、摩托罗拉、索爱这些国际手机巨头，抛开中国的经济与文化因素不谈，一个重要的因素就在于手机的制造技术门槛非常的低。当然，山寨手机只能抢占低端市场，要冲击中高端的技术屏障还是巨大的。然而，对于数码单反而言，想要山寨低端市场来冲击佳能尼康是绝不可能的。数码单反涉及到的科技水平要远高于手机。手机的主要部件：中央处理芯片、信号处理芯片、射频模块、天线、屏幕。任何一个部件都可以在成熟的元器件市场中低价购得，传奇的台湾联发科更是将几大重要部件

4、集成起来，提供一整套通信解决方案出售。这使山寨机的开发成本和周期大大降低。无论山寨机的外观如何，功能如何，它的内部芯片组几乎都是一样的。山寨厂商只是创造性 地设计外围电路以实现不同的功能，比如输出一组大电流去驱动若干只高功率喇叭，就成为标志性的山寨式的大音量手机。手写屏幕的成本更是廉价到低档餐馆一碗牛肉面的价格。让人眼花缭乱的操作界面算是成本比较高的部分，开发新的或者移置修改现成的手机操作系统都需要雇几个高水平程序员来写代码，这个成本可以高到高档餐馆的若干鲍鱼。但总的来说，要山寨一部手机，是非常容易的事情，就像小学生的课外科技活动组装一只收音机一样简单。但数码单反要山寨就不可能了，不仅要山寨不

5、可能，就连大型民族企业也很难做好。08 年爱国者的老大冯军曾经扬言要推出中国第一台国产数码单反，结果不幸食言。中国这么多 IT 数码企业，为什么没有一家敢触碰这个领域？为什么山寨厂商也不敢触碰？原因都是一样的，技术门槛高，市场竞争过于激烈，风险不可控。首先，中国缺乏光电传感器的核心技术。这显然是不争的事实，89 年以后，欧美全面对华封锁传感器技术的出口。我们知道，数码卡片机和手机摄像头的光电传感器（也叫影像传感器）面积非常的小，远远小于 APS 画幅的 23.6 x 15.8 mm，全画幅就更大了 36.023.9 mm。中国要独立制造大面积 CCD 或者CMOS 传感器并非易事。只是做到面积

6、那远远不够，还要考虑到高像素和高 ISO才行。现在主流 APS 画幅的像素在 1200 万到 1400 万。而且要做到 ISO1600 的画质良好，佳能索尼部分机型 ISO25600 的画质也能凑合。国产传感器要做到这一点短期内是不可能的。就像龙芯 CPU，虽然取得了重大突破，但跟 inter 和 AMD 相比，差距甚远。纵观国产数码卡片相机，虽然有几家厂商在做，但取胜市场的重要手段就是低价格，高像素。先不说低价格策略的长远效果，只分析技术面。卡片机的传感器面积很小，大部分都是 1/2.7英寸 5.27mm3.96mm 大小，只相当于全画幅面积的 2.4%。为了一味追求高像素，就无止境地切割传

7、感器，但对于提高画质基本没有帮助。现在主流 1400 万像素的国产卡片机的画质远不如尼康 D40 610 万像素的画质。画质由传感器面积和单位像素的抗噪能力决定。国内企业凭这技术如何去做数码单反？现今高水平的传感器技术目前只有佳能和索尼两家掌握，连尼康自己都搞不定，只能跟索尼买。冰冻三尺非一日之寒，佳能索尼的传感器技术是经过几十年的努力研发和积累才有今天的成就。人家几十年前就生产出当时最先进的光电传感器的时候，我们国家连鞋子的厂能都不足。历史造成的落后现状是任何人改变不了的，国家只能是从战略高度重视基础科学，没有物理学、材料学、光学、电子科学的发展，没有高水平科研人员的奋斗，精密仪表仪器就不可

8、能有自主知识产权的核心技术。其次，高性能影像处理芯片。跟上一点情况一样，芯片技术也是对华禁出口的技术，也是中国明显落后于西方的技术。主流单反相机像素都上千万，保存为 RAW 格式的大小在 10M 左右，要实现高速连拍的话，对数据的处理速度要求非常地高。这项技术主要由 inter, AMD, ARM 等大公司所垄断。中国要自主研发的话，任重而道远。第三，镜头的光学技术。光学技术是中国唯一的有一点点优势的部分。中国的凤凰海鸥曾经风靡世界，在相机领域积累了重要的经验和教训。然而，相机数码化的过程使得它们倒下了，一起倒下的还有更多的相机巨头，如柯尼卡美年达，泰康时，卡尔蔡司等。近年来，很多摄影爱好者对

9、凤凰海鸥重拾相机的呼声屡闻不止。在我看来，这两家公司在光学领域的地位是可以认可的，镜片加工、镀膜、镜头组装都是没问题的。但现在主流的镜头跟几十年前有很大区别了，不仅仅是几块镜片在个筒子里。佳能镜头和尼康尼柯尔镜头近年在数码镜头方面的进步是惊人的。用于胶片机和数码机的镜头的要求是不一样的，另外，在消炫光，消鬼影，强增透方面，凤凰海鸥一时半会估计也赶不上来。第四，机械技术。自动对焦马达现在广泛地应用于镜头中，这一点是凤凰海鸥一时难以掌握的技术。近年流行起来的超声波对焦马达更是国内企业最薄弱的一环，没有任何一家企业能制造出用于镜头对焦的超声波马达。这个技术连镜头大享腾龙也没有信心将它用于自己的产品中

10、。这项技术涉及到微小型机械设计与制造技术，这是中国目前远落后于日本和德国的一项技术之一。第五，机身设计。很多人觉得这一点貌似不难，纵观中国山寨手机，用的芯片和操作系统完全一样的情况下，可以把机身做得像 iphone，也可以像诺基亚 N97，如果市场有需求，也可以像奥特曼。当然，我个人认为这种外观的创造性是极没有科技含量的。单反机身的设计是一个非常复杂而考究的技术。法兰距（不懂的百度一下）不能太窄，太窄的话反光镜放不进去，太宽的话相机的整体体积会非线性地增长。法兰距确定后还要考虑卡口的尺寸与触点设计。尺寸的大小直接影响到未来镜头的最大光圈与镜头尺寸。机身的设计还包括内部电路的设计，这一点不算是技

11、术瓶颈，但依然是个难点。总之，单反相机的工作原理是非常复杂的。比如一个尼康 D60 用户突然看到一只可爱的哈士奇从身边走过，用户拿出单反朝它抓拍一张。这个简单过程背后的工作流程是相当复杂的，我简单的描述一下。用户看到目标后首先会打开电源开关，相机在几十 ms 完成启动，如电路初始化，机械结构带电，超声波清洗影像传感器等。用户将相机对准目标，目标的影像通过镜头传到机身的反光镜，再反射到五棱镜，最后通过目镜传递到用户眼睛里。为了更好的构图，用户可能需要调一下焦距，比如从 18mm 拉到 50mm, 这样能把狗头看得更清楚。假设相机工作模式是光圈优先，为了达到虚化背景的效果，用户将光圈开到最大,如

12、f/2.8。若机身的测光表（一块光能量传感器）的工作模式是中央平均测光，那么测光表就会把当前取景器里的画面分成很多个小块，然后计算每一小块的光量并取均值，根据这个值可以得到一个正确的快门速度,如 1/30 秒。用户看到这个快门速度太低了，因为狗是运动的，这样的快门速度会使得画面模糊，于是将 ISO 从 100 调高到 400. 这时的快门速度就提高到 1/120 秒。于是用户半按快门，镜头的防抖功能启动，我猜是用的是陀螺仪的原理将镜头的镜片稳定住，使之始终对准目标。假设用的是单点对焦模式，在用户半按快门的瞬间，机身会测量对焦点的光波相位，然后给镜头发出指令，使镜头的电机运转，驱动对焦镜片移动。

13、如果光线条件不好的情况下，机身还会点亮对焦辅助灯，使得机身对目标点的光波相位获取更准确。对焦成功后，相机会滴的响一声，对焦点也闪烁一下，以示成功。然后用户就按下快门。这个时候，按下快门的指令会驱动机身内的一个电机运转，把反光镜抬高。然后传感器前的快门帘迅速打开， 1/120 秒后迅速关闭。传感器在光电效应的作用下，将光能转化成了电能，又通过低通滤波器等一系列的处理，由于 ISO 是 400，还要将信号非线性放大。这些初步处理过的信号传递到影像处理芯片中进行计算，转化成含有颜色信息、亮度信息等的多维矩阵。最后输送到机身的存储器中，如 SDHC卡，保存的格式即为 RAW。若要保存为 JPEG，影像处理器就会经常一系列的压缩和优化，再存到存储器中。总之，技术瓶颈是制约中国国产数码单反相机发展的根本因素。要解决这个问题，需要党和政府从战略高度进行全盘规划，重视基础科学，积极发展应用基础科学，加快科技成果的转化速度。这样，中国就不仅能造出一台高质量数码单反，连在军事上的优势也同样能凸显出来。中国造不出 F22 级别的战斗机也有上述的一些原因。