數(shù)碼相機的可用像素 華光慎行
ACdPF_Y] "8{A4N1B5 數(shù)碼相機在使用中, 可用
像素并不一定等于它所標定的像素。一是取決于數(shù)碼相機接受面
CCD或CMOS尺寸和拍攝時光圈大小。這是因為它會受到
光學鏡頭衍射的限制!二是取決于數(shù)碼相機所用鏡頭的分辨率。
G~YZ(+V%~ '=n?^EPE3 一、平常說光是直線傳播。其實它是波動傳播,由于可見光
波長極短:0.00039-0.00077mm 。人眼無法辯別,因此感到光是直線傳播。一個物點小到一定程度,通過光學鏡頭成象會產(chǎn)生衍射，成為一個衍射光斑。衍射光斑尺寸取決于鏡頭直徑（望遠物鏡）、相對孔徑（照相機物鏡）、數(shù)值孔徑（顯微物鏡）的大小,為此產(chǎn)生光學鏡頭分辨率的極限。比如使用光學
顯微鏡的專業(yè)人士都知道: 顯微鏡的最高放大倍數(shù)為1500倍, 大于它則是無效的。對于照相鏡頭, 在大學的”
物理光學”、”
應用光學”等教科書中都有清楚的講述:在象面(也就是CCD或底片面)的分辨率為: dY=fx1.22xλ/D 。其中: f 是照相機鏡頭的
焦距。λ是光波波長,通常取λ=0.00055mm 。D 是照相機鏡頭的使用口徑 D = f/A 。 A是光圈數(shù)。
|uqI}6h. 由此可得分辨率dY=0.00067A ,dY 就是此時數(shù)碼相機能分辨的最小像素。像素再小就是無效的。CCD、CMOS的尺寸為L x M; 可用的像素即為K=L/dY x M/dY。
&|~7` 二、鏡頭的分辨率：相機鏡頭中定焦鏡頭質(zhì)量比變焦鏡頭質(zhì)量好。經(jīng)查閱名牌廠家15種F50mm鏡頭分辨率最高的是萊卡鏡頭在最佳光圈處（5.6）的分辨率為133/mm。其它鏡頭都低于130/mm。因此可以認為133/mm是相機的極限分辨率！按此計算單反機全幅（36×24）的可用像素是：36×133×24×133≈1528萬像素。單反機APS-C（7D）的可用象素是：22.3×133×14.9×133≈588萬像素。
hEQyaDD; 下面列舉3種1000萬像素,CCD、CMOS尺寸不同的數(shù)碼相機光圈所對應的實用像素情況。（紅數(shù)字按K=L/dY x M/dY而得；黑數(shù)字按鏡頭的分辨率計算而得）
E)gD"^rex 數(shù)碼相機最高可用像素表
!}#> ky!t 光圈3.5 4 4.5 5.6 8 10 13.8 16
f 7lj,GAZ _>R aw 1/2.3"CCD
Aj4 a-vd. !S#3mT- 6.41x4.27 498 381 301 194 95 61 (單位:萬)
hx$61 E= -}|L<~ 單反機APS-C
ehr-o7]( Wye* ~t 22.3x14.9 588 588 588 588 588 588 388 289
EIg~^xK < $0is:] 單反機(全幅)
|E v|A9J! %
/VCjuV 36x24 1528 1528 1528 1528 1528 1528 1010 752
` 3qf}=Z` , ~O>8VbF 三、幾點說明：
;7QXs 39S fY[Fwjj3 1. CCD或CMOS是一種光電藕合器件，用于將接受的光能量轉(zhuǎn)化為數(shù)碼信號，它對光能量的強弱有識別能力，但識別不了顏色。故要在每個像素上加不同的三基色（紅、綠、蘭）濾光膜。通常都是將紅、綠、蘭濾光膜排列成棋盤形：綠、紅、綠、蘭濾光膜組成一個正方形,兩個綠處在對角位置組成一個成像單元。一個小白點覆蓋一個成像單元時是個小白點，如果白點太小只落在其中一個像素色彩就會失真，因此光電藕合器件上要加低通片，通常是用兩片晶軸相交90度的石英片組成，使一個點像成為4個點落在一個成像單元上達到消除僞彩色的目的！由于4個像素組成一個成像單元，低通片又使一個點像成為4個點；因此不影響到上述分辨率問題的分析。
Z~~6y6p 2. 經(jīng)數(shù)碼相機拍攝后目前觀察圖片的方法及有關問題：
_SAM8!q4, a.通過電腦、電視觀察:目前高清電腦和電視最高像素是1920X1080≈207萬像素。
j|k/&q[St b.用數(shù)碼彩擴機打印輸出相片。富士FRONTIER 570數(shù)碼彩擴機135底片的掃描
精度為64線對/mm。對單反機(全幅)其掃描的像素為36x64x24x64≈354萬像素。至今沒有查到掃描精度更高的數(shù)碼彩擴機。佳能canoscan 8800和EPSON Perfection 4490 兩款專業(yè)底片掃描儀的掃描精度只有32線對/mm。
si]VM_w6 c.人眼受到錐狀視神經(jīng)細胞大小的限制,人眼分辨率國際慣例按2'-4'計算。按2'計算在250mm明視距離的分辨率為250X tg2’ =0.145mm。作為一般觀看,照片使用12 x 8吋:300 x 200mm(大于A4 紙幅面)已足夠大, 此時清晰照片的像素是300/0.145x200/0.145≈285萬像素。作為展覽用的照片雖然大，但觀看的距離必然遠。如2.5米X 1.8米照片在2.5米處觀看，此時清晰照片的像素是：213萬素。
o@e/P;E d.目前網(wǎng)站上交流的照片極大多數(shù)都限制在800K（相當于350萬像素）以下。超過1000萬像素的照片在傳輸中耗時和占用的存儲單元太大也無實際價值。
E1eGZ&&Gd e. 數(shù)碼相機可用像素比電腦、電視觀察和彩擴機打印輸出像素要多幾倍，它有利于數(shù)碼照片裁剪后仍保留可供觀察的高清像素是可以理解的，但多得過分是毫無意義的。
AafS 6]y 3. 長期以來由于人們對數(shù)碼相機存在誤解，認為像素越多越好（與廠家片面宣傳有關換代產(chǎn)品也是以像素增多為賣點）。像素多少應符合科學才對。我們知道：感光器面積越大，在相同條件下，捕獲的光子越多，感光性能越好，就能記錄更多的圖像細節(jié)并且各像素間的干擾也小，信噪比就越低，成像質(zhì)量就越好，也更有利于提高感光度。廠家主攻目標由像素增多轉(zhuǎn)向提高感光器件的質(zhì)量和提高感光度。致使ISO 1600達到目前ISO 200的質(zhì)量水平是有可能的，其意義就更加重大。
S\g9 @g. Z8 # nu 4. 此文討論的僅僅是科技問題，不妥之處敬請指正！
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