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数码相机的可用像素                      华光慎行

数码相机在使用中, 可用像素并不一定等于它所标定的像素。一是取决于数码相机接受面CCD或CMOS尺寸和拍摄时光圈大小。这是因为它会受到光学镜头衍射的限制!二是取决于数码相机所用镜头的分辨率。

一、平常说光是直线传播。其实它是波动传播,由于可见光波长极短:0.00039-0.00077mm 。人眼无法辩别,因此感到光是直线传播。一个物点小到一定程度,通过光学镜头成象会产生衍射，成为一个衍射光斑。衍射光斑尺寸取决于镜头直径（望远物镜）、相对孔径（照相机物镜）、数值孔径（显微物镜）的大小,为此产生光学镜头分辨率的极限。比如使用光学显微镜的专业人士都知道: 显微镜的{zg}放大倍数为1500倍, 大于它则是无效的。对于照相镜头, 在大学的”物理光学”、”应用光学”等教科书中都有清楚的讲述:在象面(也就是CCD或底片面)的分辨率为: dY=fx1.22xλ/D 。其中: f 是照相机镜头的焦距。λ是光波波长,通常取λ=0.00055mm 。D 是照相机镜头的使用口径   D = f/A 。  A是光圈数。
由此可得分辨率dY=0.00067A ,dY 就是此时数码相机能分辨的最小像素。像素再小就是无效的。CCD、CMOS的尺寸为L x M; 可用的像素即为K=L/dY x M/dY。
二、镜头的分辨率：相机镜头中定焦镜头质量比变焦镜头质量好。经查阅xx厂家15种F50mm镜头分辨率{zg}的是莱卡镜头在{zj0}光圈处（5.6）的分辨率为133/mm。其它镜头都低于130/mm。因此可以认为133/mm是相机的极限分辨率！按此计算单反机全幅（36×24）的可用像素是：36×133×24×133≈1528万像素。单反机APS-C（7D）的可用象素是：22.3×133×14.9×133≈588万像素。
下面列举3种1000万像素,CCD、CMOS尺寸不同的数码相机光圈所对应的实用像素情况。（红数字按K=L/dY x M/dY而得；黑数字按镜头的分辨率计算而得）
                  数码相机{zg}可用像素表
          光圈3.5    4    4.5    5.6   8    10  13.8  16

1/2.3"CCD

6.41x4.27    498   381   301    194   95   61   (单位:万)

单反机APS-C

22.3x14.9    588   588   588   588   588   588  388  289

单反机(全幅)

36x24        1528  1528  1528  1528  1528  1528 1010 752

三、几点说明：

1. CCD或CMOS是一种光电藕合器件，用于将接受的光能量转化为数码信号，它对光能量的强弱有识别能力，但识别不了颜色。故要在每个像素上加不同的三基色（红、绿、兰）滤光膜。通常都是将红、绿、兰滤光膜排列成棋盘形：绿、红、绿、兰滤光膜组成一个正方形,两个绿处在对角位置组成一个成像单元。一个小白点覆盖一个成像单元时是个小白点，如果白点太小只落在其中一个像素色彩就会失真，因此光电藕合器件上要加低通片，通常是用两片晶轴相交90度的石英片组成，使一个点像成为4个点落在一个成像单元上达到xx僞彩色的目的！由于4个像素组成一个成像单元，低通片又使一个点像成为4个点；因此不影响到上述分辨率问题的分析。
2. 经数码相机拍摄后目前观察图片的方法及有关问题：
a.通过电脑、电视观察:目前高清电脑和电视{zg}像素是1920X1080≈207万像素。
b.用数码彩扩机打印输出相片。富士FRONTIER 570数码彩扩机135底片的扫描精度为64线对/mm。对单反机(全幅)其扫描的像素为36x64x24x64≈354万像素。至今没有查到扫描精度更高的数码彩扩机。佳能canoscan 8800和EPSON Perfection 4490 两款专业底片扫描仪的扫描精度只有32线对/mm。
c.人眼受到锥状视神经细胞大小的限制,人眼分辨率国际惯例按2'-4'计算。按2'计算在250mm明视距离的分辨率为250X tg2’ =0.145mm。作为一般观看,照片使用12 x 8吋:300 x 200mm(大于A4 纸幅面)已足够大, 此时清晰照片的像素是300/0.145x200/0.145≈285万像素。作为展览用的照片虽然大，但观看的距离必然远。如2.5米X 1.8米照片在2.5米处观看，此时清晰照片的像素是：213万素。
d.目前网站上交流的照片极大多数都限制在800K（相当于350万像素）以下。超过1000万像素的照片在传输中耗时和占用的存储单元太大也无实际价值。
e. 数码相机可用像素比电脑、电视观察和彩扩机打印输出像素要多几倍，它有利于数码照片裁剪后仍保留可供观察的高清像素是可以理解的，但多得过分是毫无意义的。
3. 长期以来由于人们对数码相机存在误解，认为像素越多越好（与厂家片面宣传有关换代产品也是以像素增多为卖点）。像素多少应符合科学才对。我们知道：感光器面积越大，在相同条件下，捕获的光子越多，感光性能越好，就能记录更多的图像细节并且各像素间的干扰也小，信噪比就越低，成像质量就越好，也更有利于提高感光度。厂家主攻目标由像素增多转向提高感光器件的质量和提高感光度。致使ISO 1600达到目前ISO 200的质量水平是有可能的，其意义就更加重大。

  4. 此文讨论的仅仅是科技问题，不妥之处敬请指正！

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