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说说数码相机的清晰度

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楼主
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1 2004-07-16 16:37:19

感觉跟在别人发的照片后面讨论不太好,所以另起一个主题。

影响数码相机成像的因素主要有镜头,CCD(感光元件),处理电路。
处理电路大概干些插值,白平衡,对比度,锐度的调整,以及图像的压缩,对于清晰度的影响因该是最小的。如果输出RAW的话,大部分的工作都可以由PS处理,所以,我们可以不考虑它。
对于镜头,影响分辨率的主要有轴外像差和衍射。镜头口径大,轴外像差严重;镜头口径小,衍射的影响就会变大,因此,一般的镜头在光圈处在中间(F/8)的时候成像最好。任何的点,通过镜头后成的像都不是一个理想的点,而是一个小圆斑。如果两个点相隔很近,两个圆斑彼此重叠很多的时候,它们就不可分辨了。镜头的分辨率可以定义为,在像平面上,单位长度内所能分辨的点数。
对于CCD,抛开不同等级的CCD感光性能的差别,我们可以认为CCD的分辨率就是单位长度内的CCD元件数目。同样尺寸的CCD,像素越多,其分辨率越高。
对于整体的分辨率,可以认为有以下关系:
1/整体分辨率=1/镜头分辨率+1/CCD分辨率。

下面说说我对几种说法的看法。
1。几年前2M的DC成像比现在2M的DC好,和5M的DC一样。
几年前2M的DC成像比现在2M的DC好,原因是当时2M的CCD都是用在准专业级的高档DC上。现在2M的DC都是些低档相机,两者的光学性能差别很大。如果把片子都缩小到同样尺寸(比如800*600),2M和5M的片子可能是没有什么差别,因为5M的DC靠像素多获得的细节这么一缩小就都被平均掉了。如果放大成10寸或更大的片子,5M应该比2M清晰。

2。CCD面积越大分辨率越高。
这个是事实,但是原因是,如果CCD的整体面积增加,要获得相同的视角,镜头的焦距就要增加,在保持光圈不变的情况下,镜头的口径也要随之增加。由于衍射,光学器件的最大角分辨率=1.22*l/D,l是入射光波长,D是器件口径。这样,镜头的分辨率就提高了。所以,整体分辨率的提高来自于镜头分辨率的提高,而不是CCD面积的变化。数码相机作为一个整体,是不能抛开镜头的影响而只谈CCD面积的变化。
增加单个CCD元件的面积,可以提高信噪比,但是信噪比并不是影响成像的关键因素。
如果真要说抛开镜头的影响,考虑用同一个镜头,假设它在像平面上成的像是每毫米100对黑白相间的条纹。两个2M的CCD,一个CCD整体面积小,每毫米有200个CCD元件,它成的像应该能基本反映真实的图像;另一个CCD整体面积大,每毫米只有100个CCD元件,那它所成的像只能是50%的一片灰色。

3。数码相机采用的光学镜头的解析能力一定要优于感光元件的分辨率。
要做些简单的计算了。
前面说了,镜头最大角分辨率=1.22*l/D,对应到像平面上,可以分辨的点距为1.22*l/D*f,f是像距,通常情况下物距远大于焦距,所以像距可以近似用焦距代替,f/D=光圈F。光波长取l=550nm,光圈取F/8,得到可分辨最小点距为0.0056mm。由于轴外像差的影响,实际的值还要大一些。
再算CCD的分辨率,sony 828用的2/3"CCD,8.8*6.6mm,8M像素,CCD间距0.0027mm,S7000用的1/1.7" CCD,7.6*5.7mm,6M像素,CCD间距也是0.0027mm。其他的大家有兴趣可以自己算算,可以说,除了DSLR,大多数的DC采用的光学镜头的解析能力要低于感光元件的分辨率。

楼主
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4 2004-07-16 17:21:12

先别说学习,都只是我自己的观点,很多还是有争议的,欢迎讨论。

楼主
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6 2004-07-16 17:50:32


有些是自己瞎琢磨的,基本的公式当然都是课本上学的。

楼主
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9 2004-07-16 22:48:49

多谢捧场,我不是专业人士,所有的分析都只是从基本原理出发的。实际应用和原理肯定是有差别的,有些东西也许是我自己想当然。看不懂的地方很可能是我说错了,欢迎拍砖。

楼主
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13 2004-07-17 19:26:56

我想,你这里说的还是信噪比的问题。提高信噪比是可以提高成像质量,比如说,拍恒星的时候,如果曝光时间短,信噪比不够,就不能把星星从背景里分辨出来。但是,我们通常判断清晰度,是看被摄物的细节是否能被表现出来,两个点离得很近的时候,在照片上是否还能区分出来。这主要被镜头的光学性能和CCD密度决定,提高信噪比影响不大。

楼主
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15 2004-07-17 20:24:05

是一个意思。另外,还有super CCD,sony的4色滤光片,X3技术。

楼主
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17 2004-08-01 14:10:34

SD10用的是Foveon X3 CMOS sensor,在每一个像素点上都有三层感光材料分别对红,绿,蓝感光。理论上,比其他单层CCD,应该能提供更清晰的图像。
如果要算单个像素的大小,还是应该用2268*1512=3.4M,所以像素间距是20.7mm/2268=0.0091mm。

楼主
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29 2004-08-02 11:06:36


1.用小CCD,实际焦距小,可能不是F8最清晰,但是否肯定这样,具体多少最清晰,我不知道。
2.828我没用过。不过,我不太理解为什么sony要设计成“用F8拍摄就成了200万像素”。
如果有兴趣,可以看看这张照片。
http://www.pbase.com/image/31270823
至少它的exif信息里是F/8,8M

我提到828只不过想用它说明镜头的解析能力可以低于感光元件的分辨率。如果用F/4计算,结论是一样的。

楼主
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32 2004-08-02 19:26:13


一样还是不一样,请你用F/4算一算再下结论好吗?
我在第一贴里已经说了,成像受轴外相差和衍射共同影响。两者分别限制了光圈不能过大和过小。你只是在片面强调衍射的影响。

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