技术贴！关于镜头光圈与相机像素之间关系~

burningstar

      其实高像素和高像素密度不是什么新鲜事，早在数年前小卡片机就突破1000万像素，实现小于2微米/每平方微米。不过针对高清DC的发展，高像素大战一直没有停止过，而且这也是相机与摄像机发展不同的特点之一。相比起普通DV停留在几百万像素上的静止状态，相机总不停在像素上你追我赶。
      2010年10月松下发布GH2，像素达到1600万，为M43系统最高级别，也创造了可换镜头数码相机中像素密度最高的记录。

      2011年8月25日，索尼发布旗下新品a77、a65和NEX-7，这三款相机采用APS-C画幅有效像素高达2430万，这之后9月1日三星发布NX200微单相机，与索尼一样采用APS-C画幅，有效像素也达到2030万。这标志APS画幅正式进入2000万像素级！

      而相比全画幅相机，至今最高像素的仍然是索尼的A900，佳能的5D2和1Ds III紧跟其后，而现在据可靠消息称，明年春季，索尼将发布3600万像素级别的全画幅相机A9X。
      但是高像素就意味着好么？高像素就意味着很好的分辨率么？

      近日我在网上找到一篇相关报道，得出了一个挺有趣的结论。先在这里整理出几款市面上较高像素的相机对比资料：

相机型号	上市时间	有效像素	传感器尺寸	画幅	像素密度
索尼A900	2008	约2460万	35.9x24mm	全画幅	5.9μm
佳能1Ds mark III（与5D2相同）	2007	约2110万	36x24mm	全画幅	6.4μm
索尼SLT-A77	2011	约2430万	23.5x15.6mm	APS-C	3.9 μm
三星NX200	2011	约2030万	23.5x15.7mm	APS-C	4.3 μm
佳能EOS-7D	2009	约1800万	22.3x14.9mm	APS-C	4.3 μm
索尼A580	2010	约1620万	23.5x15.6mm	ASP-C	4.8μm
松下DMC-GH2	2010	约1605万	17.3x13mm	APS-C	3.8μm

       然而随着像素不断攀升，纵使高像素高密度的图像传感器能够在抑制噪点上有所突破（数字降噪和虚拟降噪），但还是有人提出新的问题——镜头的衍射临界光圈（DLA）对高像素的限制。《中国摄影》中《数字相机的光圈与摄影分辨率的关系》一文对该问题做了详细论述，数码相机中随着芯片像素量的增加，两个相邻像元的间距也越来越小，感光材料的分辨率开始影响图像的综合分辨率了。像素的增加导致像元间隔的减少，大孔径时的镜头像差与小孔径下的衍射将成为影响像质的主要矛盾，导致镜头实际分辨率不能随像素量的增加同步增长。比如佳能1Ds Mark Ⅲ用f/19的光圈时，由于艾里斑的半径已经与像元的间距几乎相同，导致一个光斑可能在两个像元上成像，处于极限状态。一旦光圈再缩小，艾里斑将大于像元间隔，分辨率将恶化。采用1/2.5英寸800万像素的松下FZ18用f/4.5的光圈就出现分辨率恶化。

       衍射临界光圈=像素密度/（1.22x光波波长）。从公式不难看出，像素密度越高衍射临界光圈越大，成像面积越大，衍射极限光圈越小。总之像素密度越大，越不适合用小光圈。分辨率在临界光圈之后下滑明显，但俗话说得好，“瘦死的骆驼比马大”，因为低像素低密度图像传感器分辨率同样也会下滑，只不过趋势更缓，高像素高密度图像传感器依然占据优势，只不过随着光圈缩小，这种优势只是在缩小而已，所以这个问题目前APS-C画幅倒不用过于担忧，倒是今后像素继续增长，其负作用日趋明显。
      
       总之该问题就像个隐疾，图像传感器面积越小发病就越早，如今1/2.3英寸传感器已经达到1600万，今后1800万、2000万时，镜头最小光圈画质将成为问题，光圈范围也将缩小。相比APS-C画幅，M4/3阵营由于面积偏小，今后像素大战将处于尴尬境地，像素不提升，分辨率上输给对手，像素提升，DLA和噪点抑制问题难以解决。而那些比M4/3更小画幅的可换镜头相机（比如宾得Q）面临的困难将更为严峻。
       像素相对不同的面积总要有其平衡点，当然越大的面积承载能力越强，但这也带来了机身体积大便携性下降的问题。所以无论是像素与CMOS面积还是CMOS面积与机身体积，这都需要寻找一个最佳的平衡点。

点评：高像素会导致大光圈下的画质锐度劣化，需要缩小光圈才能提高~一般按文中：衍射临界光圈=像素密度/（1.22x光波波长），这个公式计算出每台相机最大的可用光圈值。
       但是每台相机和每个镜头都有他自身最佳的光圈值，这个跟相机像素密度有关系之外还跟镜头做工有关系，所以比较复杂，不过凭借我看过的大多数镜头评测来说，光圈值在4-8的时候可以达到一个镜头最好的解析度了。超过8的话可能开始下降。同一个镜头，在随着光圈逐渐减小，相机锐度也随之降低，只不过像素较高的相机比像素较低的相比，降低的趋势缓一些。像素密度较高的相机此时就凸显优势~总体来说，像素提高带来好处和坏处，我们各位摄像师都要清楚。如果你的相机像素密度太高那还是建议你尽量少用小于3.2的大光圈~


关于《数字相机的光圈与摄影分辨率的关系》的资料链接：http://bbs.photoker.com/thread-22765-1-1.html

ip333

光圈与分辨率寻求平衡。

雷爷

Mark，晚点点看

burningstar

我再整理一下结论吧~
高像素会导致大光圈下的画质锐度劣化，需要缩小光圈才能提高~一般按文中：衍射临界光圈=像素密度/（1.22x光波波长），这个公式计算出每台相机最大的可用光圈值。
但是每台相机和每个镜头都有他自身最佳的光圈值，这个跟相机像素密度有关系之外还跟镜头做工有关系，所以比较复杂，不过凭借我看过的大多数镜头评测来说，光圈值在4-8的时候可以达到一个镜头最好的解析度了。超过8的话可能开始下降。同一个镜头，在随着光圈逐渐减小，相机锐度也随之降低，只不过像素较高的相机比像素较低的相比，降低的趋势缓一些。像素密度较高的相机此时就凸显优势~总体来说，像素提高带来好处和坏处，我们各位摄像师都要清楚。如果你的相机像素密度太高那还是建议你尽量少用小于3.2的大光圈~