数码相机分辨率的研究

数码相机中各种分辨率研究

侦查一大队 刑侦二区队 13122083 念君

相机能够捕捉到的细节度称为分辨率，用像素来衡量。相机的像素越多，能够拍摄的细节就越多，照片也就可以越大而不变得模糊或产生“颗粒”。 数码相机的分辨率作为数码相机的一个很重要的性能指标，它是来衡量数码相机拍摄记录景物细节能力的大小的。它的高低既决定了所拍摄影像的清晰度高低，又决定了所拍摄影像文件最终所能打印出高质量画面的大小，以及在计算机显示器上所能显示画面的大小。那么对于数码相机的分辨率我们到底能了解多少呢，例如数码相机分辨率是又什么决定的，它的大小是不是任意可调呢，分辨率的高低对其输出又会产生什么样的效果呢，我们该怎样才能选择分辨率的数码相机呢？

笔者大致从镜头，感光元件，存储器，显示器四方面来探讨： （一）镜头直径比较小（相比单反长焦镜头口径而言），如果拍摄很远距离的景物，镜头小则进入相机的光线较少，同样暴光时间和光圈的情况下照片肯定比较昏暗，这应该叫透光率。想拍明亮的照片只有调大光圈（会缩小景深）、延长暴光时间（没有三脚架很难拍清晰）

分辨率设定在上述范围的显示器每毫米3个点显示的画面，与同样打印成显示器大小，每毫米11个点的照片相比，显然照片要细腻的多。这也是在显示器观看并不起眼的照片打印出来要漂亮许多的原因。我们上传的画面通常需要压缩到横向1024以下，这与ZOL网页的设计宽度有关，为了便于理解，假定像素与显示器分辨率是对应的，当显示器横向也设定在1024时，上传画面是全屏幕显示，设定在1280时，上传画面只占屏幕4/5，设定在1600时画面占屏幕3/5。随着显示器分辨率设定的提高，照片在屏幕中的会变得越来越小，每毫米的点数大概在2.5-3.9变化。这与照片打印输出每毫米11点的差距依然相去甚远，加上色域、灰度等因素，压缩后的照片质量会明显下降。

镜头的解像力也叫分析力、分辨力。解像力反应一只镜头所摄影像的清晰和明锐

度，是衡量镜头好坏的重要指标，胶片时代是利用投影或实拍鉴别率板上的黑白线条来实现。通常以线对/毫米表示，好的镜头中心视场可达50-70线对，边缘视场40-50线对，顶级镜头的该项指标还要高。这里需要强调的是，鉴别该项指标通常用胶片实拍！这意味着胶片的解像力超过镜头，这是因为胶片的银盐感光颗粒是分子级别，反应镜头摄入的信息富富有余，随着胶片和洗印像纸质量的不断提高，迫使镜头厂商不断推陈出新提高镜头品质。今天的数码感光元件的解像力远不及胶片，显示器的分辨率和色彩与像纸相比相差更远。所以，现在出的数码镜头单就本身质量来说不及胶片头，超过传感器所能表现的范围，实际是浪费和多余。当今相机测试分辨率，测试的是传感器加镜头的综合分辨率而不是单一镜头的分辨率，与从前胶片时代的镜头测试，概念是不同的。

（二）提到数码相机，不得不说到就是数码相机的心脏——感光元件。与传统相机相比，传统相机使用“胶卷”作为其记录信息的载体，而数码相机的“胶卷”就是其成像感光元件，而且是与相机一体的，是数码相机的心脏。感光器是数码相机的核心，也是最关键的技术。数码相机的发展道路，可以说就是感光器的发展道路。目前数码相机的核心成像部件有两种：一种是广泛使用的CCD（电荷藕合）元件；另一种是CMOS（互补金属氧化物导体）器件。感光元件是数码相机的核心，也是最关键的技术。数码相机的发展道路，可以说就是感光元件的发展道路。与传统相机相比，传统相机使用“胶卷”作为其记录信息的载体，而数码相机的“胶卷”就是其成像感光元件，感光元件就是数码相机的不用更换的“胶卷”而且是与相机一体，所以称为是数码相机的心脏很确切。

目前市场上主流的感光元件尺寸有：全画幅（36×24mm）、APS-C（23.7×15.6mm或者22.5×15mm）、4/3英寸（17.8×13.4mm）、2/3（8.8×6.6mm）、1/1.8（7.18×5.32mm）和1/2.3（6.2×4.6mm）几种规格，了解市场的人应该知道，相机的价位排列和上面的感光元件尺寸大小排列几乎完全一样，可见，相机的好坏和感光元件的尺寸密切相关。 我们再来谈谈像素和感光元件的关系。开篇说到感光元件相当于数码相机的“胶卷”，像素其实也就是感光元件上的成像点。假设都按照1200万像素来算，全画幅相机单个像素点的面积将会是配备1/2.3英寸CCD“卡片机”的30倍。

在数码相机上有一个光学现象就是镜头光圈孔径越大衍射斑就越大，具体的计算公式为：像素衍射临界光圈=像素尺寸/（1.22×光波波长）。人眼可见光的波长范围为770～390纳米之间，我们按中间值500纳米来计算，1/2.3英寸的CCD做到1200万像素的话，单个像素点的边长约为1.5微米，对于如此微小的面积来说，在 F5.6光圈时一个衍射斑里会有2个像素，这时候分辨率下降就十分厉害，而且光圈越小，分辨率就越低。而现在很多厂商居然还在 1/2.3 英寸的感光元件上做到 1600 万像素，这时候，最小可用光圈已经大于F2.8了（注：光圈越大数字越小，光圈越小数字越大），可笑的是厂商依然在数码相机上做到 F8以下的光圈，就是因为，如果只有 F2.8 一档光圈，这样的相机肯定卖不出去。然而，在仅有28.5mm2的CCD或者CMOS上集成如此之多的像素点，可想而知照片的实际分辨率已经降低到了一个怎样恐怖的程度。

这方面DSLR由于超过1/2.3英寸感光元件15（APS-C）到30（全画幅）倍的面积，则受影响很小，因此常用光圈经常可以达到F11且画质不会有明显的下降，当然，这是在1600万像素以下的情况下得到的结果，如果继续提升像素呢？因为物理现象造成的影响不会改变，随着像素的提升最小可用光圈也得不断增大。

有人会说那用更大的光圈不就解决了？一样行不通，因为光圈大小又和景深扯上关系了——光圈越大，景深越小，背景越虚化。这样拍人像或者特写当然没问题，拍风景或者纵深复杂的场面，如3-4排的大合影之类就力不从心了。

另外一个方面还得考虑噪点的问题，像素间电子会随着温度升高发生迁移而造成噪点，提升像素后，像素间距减小，单个像素面积也减小。一般来说，单个像素面积越大越有利于降低这个像素的噪声水平。噪声水平并不仅仅只是照片上可见的噪点，它会影响每个像素还原实际场景的准确性，对于图像质量来说有非常大的影响。数码单反还有多少潜力在容纳高像素的同时还能保证比较低的噪点表现？

如果把全画幅数码单反的像素做到 4000 万，像素间距就和N年前IXUS3-400万像素的数码相机的像素间距差不多，如果没有降噪手段，恐怕在 ISO400 时就无法令人接受了。这

也是为什么现在几乎所有厂家的数码单反都换用 CMOS 感光元件的原因，因为像素密度增大后，感光元件会大量发热，发热是噪点形成的一大原因，而 CMOS 比 CCD 有更低的发热量。现在很多厂商在做一件事情，就是通过相机内部软件降低噪点的形成，同时以此来忽悠消费者，而实际上消除噪点的代价就是减少了画面的暗部细节，降低了画面质量。

（三）存储器是用来接收、保存数据的，一般包括磁介质、光介质和半导体介质。就像胶片相机是用胶片来存储图像一样，数码相机也需要有一定容量的存储器来储存图像。数码相机已经发展了好多年，存储器技术也同样有了很大的提高；各存储器生产商丝毫未放松创新的脚步，速度更快、容量更大、体积更小的存储器越来越多的进入了我们的生活。 一、CF卡

CF卡是由SanDisk公司于1994年研制成功的，具有重量轻、体积小、速度快、造价低的优点，应用极为广泛。CF卡基于ATA数据传输界面，具有优良的兼容特性，在内置控制器的帮助下可方便地连接到各种计算机系统。从封装方式上来看，CF存储卡可分为Ⅰ型和Ⅱ型，两者均基于普通的50针接口设计，只不过在厚度上有所区别。Ⅱ型要比Ⅰ型厚2-3毫米。

目前CF卡的读写速度已经可以达到20MB/秒，最大容量16GB，在存储卡领域罕逢敌手，但是因为其相对庞大的体积，在时尚类数码相机中就无能为力了。 二、SD卡

SD卡是松下、东芝和SanDisk联合打造的一款存储卡，它的数据传送和物理规范是在MMC卡的基础上发展而来，SD设备完全兼容MMC。一般来说，SD卡的读写速度要优于MMC，可以达到10MB/秒以上。

记忆棒是由索尼独立开发的存储产品，只能用于索尼生产的数码相机、数码摄像机、MP3等产品。目前新版的记忆棒Memory Stick Duo也已经上市，这种新型记忆棒的体积仅有以往产品的一半左右，但存储容量和读写速度却有了显著提升。

三．SM卡

SM卡的全名是SmartMedia，原意为“聪明媒体”，是由东芝、奥林巴斯、富士联合推出的一种专用于数码相机的存储器，它可以算世界上最简单的存储设备了，只是把存储芯片做了简单封装就推上了市场。由于自身并不包含控制电路，数据的读写都要依赖于其他的计算机设备，正是这个先天缺陷决定了其兼容性的不如人意。为了兼容不同的SM卡，生产商必须不断升级SM卡读取设备，开发成本相对高昂。尽管短时间内SM卡还不会马上退出市场，但种种迹象都表明了它极为黯淡的市场前景。奥林巴斯、富士也已联合推出了功耗更低、速度更快的xD卡，看来SM卡的失败是在所难免了。