像素越多越好?像元的面积越小越好?为何底大一级压死人?

像素越多越好?像素点的面积越小越好?为何底大一级压死人?

 

像素是:图像最小单元的数量,例如6000*4000,像素数量就是24*10^6。

像素太少当然图像就看不见了,看不清晰了。

但是现在几乎所有手机和相机的像素数都远远符合要求。现在限制图像清晰的,通常来说都不是像素的问题,而是镜头和画幅问题。

 

拍到的图像的清晰程序是镜头和传感器共同决定的。

这个具体怎么共同决定可以看我另一个博客:

https://blog.csdn.net/cashmood/article/details/112799151

 

我们常说底大一级压死人,确实全画幅的相机相对贵不少。

全画幅相机既然面积大,那是不是像素就更多呢?

我找了淘宝的索尼a6000半画幅和索尼a7m3全画幅来比较一下:

 

我们看,他们两个一个全画幅,一个半画幅,像素数却是差不多的。

根据公式:单个像元面积 * 像素数量 = 传感器总面积

所以可以看出来全画幅和半画幅最大的差别本质在于:单个像元的大小面积不同。

显然在上面这种情况下,像元面积越大,越贵,拍照效果越好。实际上,色彩也越鲜艳。

为什么呢?

 

因为单个像素的尺寸很小的时候:(小面积pixel的坏处)

  1. 进光量越小,单个像元接受到的信号变弱,信噪比低
  2. 由于衬底内少数载流子横向扩散导致像素之间的信号会互相干扰。
  3. 传感器cmos上的每个像元上都有一个微透镜增加接受光的能力,当外界光斜着入射时,像元上微透镜之间光信号串扰。
  4. 波动光学和傅里叶光学理解,光的衍射效应更明显,光斜着入射时,高频光入射引起的信号串扰。

 

那是不是像素单元面积越大越好呢,当然不是,如果整个全画幅传感器只有10个像素,够大吧,但是一定啥也看不见。

所以像元越大越好的前提是像素数量足够用了,满足奈奎斯特采样定理了,或者说能接受的频率成分大于镜头获取到的频率成分了。

 

那么有各奇怪的现象,手机厂商为何仍然把像素弄的那么大?比如华为P30Pro的主摄的原始像素是40MP,即4千万像素,但是输出却为1千万像素。

这就是小的像元的另一个很重要的好处:

当高像素的照片缩小为低像素的照片的时候,图像的噪声也随着变小,信噪比提高。

 

总结小的像元面积的两个好处:

1、同样传感器面积下,容易使得像素数量大,则采集高频成分,细节多,奈奎斯特采样定理。

2、当高像素的照片缩小为低像素的照片的时候,图像的噪声也随着变小,信噪比提高。

 

所以,结论是:

在保证像素数够用的前提下,像元面积越大越好,画幅越大越好。

但是画幅也不可能无限大,一方面受限于制作cmos工艺,另一方需要配套对应大的镜头。

 

 

这是我经过各种理解总结的,如果不同想法可留言讨论,转载请注明出处。

 

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