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《1英寸4K简史》，我们用了三次连载的篇幅，就是为了说清楚为什么必须基于比1/2.3英寸成像面积更大的CMOS研发制造专业手持4K摄像机。
做出这个判断，并非我轻视1/2.3英寸这种小尺寸CMOS成像器件。事实上2010年至今，索尼作为最重要的CMOS供应商，最先进的成像器件技术都是最先在1/2.3英寸（到1/3英寸，实际上尺寸非常接近）CMOS上量产，包括Exmor R（背照式）、ExmorRS（堆栈式）、片上相位对焦等。
另一个事实是，使用索尼1/2.3英寸到1/3英寸CMOS的影像产品，如大量的手机、运动摄像机（狗4/5/6和酷拍等）、Handycam入门级4K摄像机等，早已提供了4K视频拍摄功能。
如前文所述，专业手持摄像机，除了尺寸和重量小巧便携、自动化程度高操作便捷外，就是要在各种光线、各种场景下都能够开机即拍。
回想一下你使用手机拍照、拍视频的体验。在光线充足的室外环境，随意按下拍照键，就可以得到一张细节丰富的照片；按下录像键，也可以记录一段层次分明、清晰自然的视频。但是在夜晚，手机拍照、拍视频不晃不抖、清晰的几率就小了很多。
——这些问题，是1/2.3英寸CMOS从“娘胎”中带来的。
这个“娘胎”，指的是CMOS上每一颗像素的面积。
同样尺寸的CMOS，如果是高清分辨率，像素总数量为207万；如果是4K分辨率，就需要4倍像素，为829万。也就是说，单颗像素的面积只有1/4！而像素面积决定了吸收光的能力，像素面积越小，高感会越差。
手持专业摄像机在标清和高清时代大都采用3片1/3英寸CCD/CMOS。从标清摄像机的40万像素，到高清的207万，几乎耗尽了成像器件厂商的研发制造发展潜力。索尼为了进一步解决高清手持机因像素密度变大、面积缩小带来高感能力下降的难题，2007年新开了一条3片1/2英寸Exmor CMOS手持高清摄像机生产线，这就是EX1/EX3及其后续机型。EX命名即源自采用Exmor技术CMOS，得益于更大的像素面积和Exmor技术A/D转换前后两次降噪处理，才达到索尼内部认可的“广播级专业手持高清摄像机”技术标准（虽然之前推出的3片1/3英寸成像器件高清机型如Z1C、Z5C也顶着“广播级”的名号）。
来自镜头的光在CMOS上转换为电信号。数字摄像机中，电信号必须转换为数字信号才能进入图像处理环节，所谓A/D转换，就是把模拟电信号转换为数字信号。Exmor技术在A/D转换前后两次降噪，即模拟电信号阶段做了一次降噪处理，转换为数字信号后又做了一次降噪处理，以获得更纯净的高清视频画面。
索尼EX1、EX1R到EX280，再到目前市场上销售的X280，经历四代进化，依然是目前电视台新闻采集、制作领域记录类节目拍摄的主力机型，证明了索尼采用3片1/2英寸成像器件打造高品质手持高清摄像机策略取得了巨大的成功。
这个故事在4K时代又重新演了一次。本文连载③介绍的索尼Z150，并不是第一款“手持专业4K摄像机”；但这款以尺寸更大的1英寸Exmor RS CMOS为开发平台搭建的机型，才被索尼内部加封为真正的专业4K手持机。就像计算机行业的摩尔定律一样，成像器件行业的“像素面积正义论”在视频设备领域将继续一路绿灯。
我们来看一下索尼AX1/Z100这两款“悲摧”的兄弟款单片1/2.3英寸专业4K手持摄像机。
图中上为索尼Handycam部门推出的FDR-AX1，下为索尼专业部门销售的PXW-Z100，外观除了是否标配外置话筒外，就是丝印的Handycam和XDCAM图标的差别。单看图片，双兔傍地走，安能辨我是雄雌?
不同于Z150的双SD卡记录，这两款初代4K手持机都采用了规格更高的双XQD卡，均支持机内4K 50/60P记录。FDR-AX1记录格式为XAVC-S，8bit量化420采样、3840×2160 50/60P时码流为150Mbps。PXW-Z100则采用XAVC帧内压缩记录格式，10bit量化422采样、最高支持4096×2160 50/60P，此时码流为500/600Mbps。
Z150只有高清格式提供10bit量化422采样的XAVC-L帧间压缩记录格式，码流50Mbps，记录4k同样是XAVC-L帧间压缩记录格式，最高支持3840×2160 24/25/30P，8bit量化420采样，码流为100/60Mbps可选。这和索尼4K微单、黑卡记录4K视频时采用的规格相同，只是Z150封装方式为XAVC-L而已。
这几款4K机的区别见上表，图表单击可放大。
对于索尼在2013年底发布的初代4K手持专业机FDR-AX1和PXW-Z100，我个人判断是产品研发部门被市场部门，甚至是更高级别的大佬逼出来的结果，主要就是为了配合大索尼、特别是电视机部门的4K概念。原因有三：
一是连载①中提及的2013年初CES展上展示的4K原型机，这在索尼产品摄像机产品发布历史上，极其罕见；
二是我于AX1发布前的2013年8月份拿到工程样机，之后频繁的更新了几个版本的固件，这种情况我也是在这款机器上遇见过；
三是记录格式和存储介质在这两款机器和后发的Z150之间，呈现了“降级”的现象，从高规格XQD卡到性价比更高的SD卡，从最高4096×2160 50/60P演变为最高3840×2160 24/25/30P，从10bit 422到8bit 420，从帧内压缩到帧间压缩，同级别的机器，我也只见过这一次。
这都说明AX1和Z100是索尼匆忙应对大索尼4K战略的结果，而摄像机研发部门甚至没有时间规划好最重要的成像器件，就匆匆在前代高清摄像机的基础上，把3片1/3英寸CMOS单元换成当时索尼为手机设计的一款1/2.3英寸Exmor R背照式CMOS。大家看索尼官网的截图：
虽然这块CMOS总像素为1890万，但拍摄4K时只使用了CMOS中央的一个3840×2160像素的窗口，实际上有效成像面积比1/3英寸更小！也因为这个原因，使得AX1和Z100虽然和前代高清摄像机AX2000/NX5使用的变焦镜头同为4.1-82mm，但35mm镜头转换倍率却更大（从7倍变成8倍），因此广角端（35mm等效）从28.8变为31.5mm！
索尼官网AX1产品页面上这张图片，可能最有代表性：在2013年索尼力推4K电视的年代，但消费者并没有4K视频内容，索尼这款AX1至少可以在光线良好的环境拍摄一些高品质4K素材，连接4K电视机就能体验4K了。
所以，虽然AX1和Z100在外形、价位上是专业手持机，但由于匆忙推出并没有来得及进行周全的产品设计。我第一次拿到AX1，在室内外分别拍摄了一些素材，当时就对室外光线充分条件下拍摄的4K素材之高画质激动不已，又对室内素材甚至不如高清机的模糊细节迷惑不已（低光条件下暴力降噪造成细节丢失）。
后来更新了几次固件，有些固件在室内光线条件下噪点更多，画面“沙化”严重；有些固件显然降噪做得更好，但细节损失大、并且画面内物体运动或者摇摄时拖尾严重。最终上市时的固件版本，索尼选择了细节更好（清晰度更高一点）的方案，但画面沙化的问题始终没有解决。
我在2013年10月使用AX1拍摄的《4K绽放》实际上是索尼电视机部门委托拍摄的，帧频选择了24P，是为了兼容当时电视机部门使用的4K播放机。基于之前两个月对AX1的试用，我选择了在室内打光、大部分为固定机位拍摄的方案。这种拍摄方式实际上并不是手持机典型的应用场景。
从AX1开始，我就对基于小尺寸成像器件实现4K视频录制持怀疑态度，同时也对小尺寸CMOS的成像能力越来越好奇。恰好宾得推出的Q系列可换镜头相机使用的是1/2.3英寸和1/1.7英寸的CMOS器件，并且提供照片RAW记录功能，为我探讨这种小尺寸成像器件记录的原始信号提供了可能性。
上图是我做测试用的宾得QS-1和索尼A7S2，两机均为约1200像素，但CMOS器件尺寸天壤之别：QS-1是指甲盖大小的1/1.7英寸，A7S2是35mm全画幅。同环境都使用“狗头”级别镜头广角端拍摄类似构图照片，记录格式都选RAW+JPG。
宾得QS-1使用其套机02号变焦镜头5-15mm的广角端拍摄，35mm等效焦距为24mm。在Photoshop中使用Camera Raw打开，首先就发现右侧大楼边缘变成弧线了（桶状畸变）。
启用镜头配置文件后，大楼直了。1/2.3英寸、1/1.7英寸这种小尺寸CMOS一般都是用来做不可更换镜头的机型，并且绝大部分是JPG直出，直出前都对镜头变形进行了修正，所以我们很难见到上图这么明显的桶状畸变。有了RAW，光学焦距5mm的镜头终于露出真容。
把两机拍摄的RAW文件解出后，同样放大到1600%并列对比，能够看到一个个像素结构了。左侧是A7S2+FE24-240mm镜头广角端拍摄的局部，右侧是宾得QS-1局部。拍摄参数都是ISO100、F8、1/160秒、自动白平衡。
给张大图，A7S2局部。
宾得QS-1局部。放大到像素级别，我们发现，即使在光线充足的室外，采用小尺寸CMOS的宾得QS-1，像素之间的相关度很差，本该光滑的玻璃幕墙相邻像素的色值区别很大。画面右侧相对均匀的天空，QS-1呈现的结果依然有明显的颗粒感。
我们再看宾得QS-1照片400%的截图。这就是我之前在AX1连接4K电视机看到的“沙化”的感觉。一旦光线照度下降，这种沙化，其实就是严重的噪声颗粒了！
作为对比，我们再看A7S2照片400%显示的照片局部，即使放大显示，画面的纯净感依然一目了然。
我用的华为P9手机，主摄像头1/2.9英寸，正好也是1200万像素，在专业拍照模式下可同时拍摄RAW+JPG。使用Photoshop打开手机拍摄的RAW文件（扩展名为DNG），发现要比手机直出的JPG文件亮很多。我使用相机模拟了一下，大约比JPG照片曝光要多1-2档。
原因可能有两个：一是华为P9为双摄像头结构，这个DNG文件可能包括了彩色主摄像头+单色副摄像头的叠加信息；二可能是华为的小伎俩，RAW文件向右曝光在处理过程中，高光部分是可以被拉回的，同时由于暗部曝光充足，可有效减少画面整体的噪点。
打开这个华为的DNG文件时，并没有出现类似宾得的桶状畸变，应该是机内已经进行了优化的结果。手机拍照，目前国内外厂商都在使用各种机内图像优化技术，包括HDR多张照片堆栈获得高宽容度、在HDR拍摄时识别皮肤分区域处理提升逆光人像效果、单颗或双颗CMOS模拟浅景深等等。但对于4K视频而言，由于手机处理能力尚不足，我发现这些照片优化已经做得非常优秀的机型，在4K视频拍摄时并没有太惊艳的画质表现。
借用PCPOP一张华为P9摄像头的照片。
由于手机CMOS的生产规模大、迭代速度也很快，再加上手机厂商在历经几年拍照大战后，势必会关注视频画质的竞争，iPhone8更优秀的视频功能将引领这一趋势。我认为未来两三年，采用小尺寸CMOS的手机，将会在4K视频画质和功能上有一个大幅度的跨越。
2013年
索尼AX1/Z100
基于小尺寸CMOS
没有做到令人满意的4K视频功能
我们
可能很快在手机上
看到
梦想照进现实