忠民艺轩>影苑丛谈>影事随感 镜头衍射对高像素的限制 郑忠民 |
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拙文《像素竞争是该停止了》主要从信噪比的角度对数码相机像素竞争的弊端进行了阐述。除了信噪比，镜头的衍射对数码相机像素的提升也具有非常大的制约作用。衍射是光学现象，不能通过技术手段来解决。盲目地提升像素，会导致镜头较大的光圈值（即较小的光圈）失去实用价值。 光的衍射（Diffraction）是指光在传播过程中，遇到障碍物、小孔或狭缝时，偏离直线绕过障碍物继续传播的现象。光通过圆形小孔（如镜头的光圈）成像，会形成明暗相间、距离不等的同心圆光斑，其中中央光斑最亮，称为爱里斑（Airy Disc）。如果爱里斑等于数码相机的像素尺寸，感光元件的分辨率就等于镜头的衍射极限分辨率，相机能够充分利用镜头的分辨率。这时镜头的光圈就是像素衍射临界光圈。如果爱里斑大于数码相机的像素尺寸，衍射极限分辨率就会成为瓶颈，使感光元件的分辨率无法发挥——用一个像素点分辨一个成像点和用数个像素点分辨一个成像点有啥区别呢？ 像素衍射临界光圈值=像素尺寸/（1.22×光波波长） 可以看出，像素衍射临界光圈与像素大小，或者说像素数以及感光元件的面积有关。像素数越高，像素衍射临界光圈值越小；感光元件面积越大，像素衍射临界光圈值越大。当镜头光圈小于数码相机的像素衍射临界光圈时，该相机的感光元件将受到镜头衍射的影响，分辨率下降，高像素对提升画面的细节毫无作用。像素密度越大，越不适合用小光圈，而且像素衍射临界光圈对成像的影响是随着光圈收缩而逐级增加的。这就造成使用更小光圈扩大景深时，画面的清晰度同时下降。因此，受制于镜头的衍射现象，数码相机的像素数不可能无限制地提高。 只要相机的像素尺寸相同，其像素衍射临界光圈也相同。非全画幅数码相机的有效像素乘以焦距转换系数的平方，就是相同像素尺寸的全画幅相机的有效像素数。佳能APS-C型数码单反相机的焦距转换系数为1.6。由此可以算出，全画幅数码单反相机的像素提高到约4000万，APS-C数码单反相机提高到约1600万就会遇到瓶颈。此时相机的像素衍射临界光圈约为F8，基本与多数镜头的最佳光圈重合。而佳能公司新近推出的1800万像素APS-C数码单反旗舰7D，相同像素尺寸全画幅相机的有效像素约为4600万，已经超越这一瓶颈了。7D的像素衍射临界光圈约为F7，导致使用F8也不能取得最好的成像质量。很多袖珍型数码相机的像素数早已过高，只能使用最大光圈才能取得最好的画质。如果厂商继续推出更高像素的APS-C后继机型，则很不厚道，纯粹是忽悠高级消费者——使用袖珍型数码相机的消费者早被忽悠了。 总之，数码相机过高的像素对提升像质不一定有所帮助，由于像素衍射临界光圈的影响，实际拍摄中要慎用小光圈，特别是最小光圈。当然，并不是说，小于像素衍射临界光圈的光圈就不能用了。像素衍射临界光圈只是影响成像质量的诸多因素之一。如果你需要大景深、慢门，那就大胆地使用小光圈吧。
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