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你的镜头究竟需要多锐——谈高像素全幅机的镜头搭配
背景：常关注Canon Rumor, Nikon Rumor,或者一些国内的消息网站的朋友会发现，CNS三家都已向外界确认正在研发新一代的高像素全幅单反。尽管未有来自官方的确切消息，但是坊间普遍认为佳能将会为5DM3的升级版配备自产的5200万像素传感器，而尼康的D810升级版和索尼的A7R升级版均会配备索尼较为保守的4600万像素传感器。伴随着解析力越来越强的传感器，业界对于高品质的镜头的需求也越来越强。同时对于高像素全幅单反的争论也从未停止过。本文将着眼于“像素密度”这个核心概念，结合DxoMark网站的数据（http://www_dxomark_com/）来探讨我们究竟需要多锐的镜头，以及究竟需要多少像素的传感器。

基础知识，像素密度（pixel density）：
像素密度是指单位传感器面积上像素的数量。像素密度越高，单个像素的大小就越小，在相同画幅的传感器上就能容纳下更多像素量，从而提高传感器的解析能力。同时高像素密度也有弊端: 每个像素能感应到的光量随着像素密度的减小而减小，相应的ISO能力就会下降。高像素密度的传感器需要更锐的镜头，更少的抖动来保证在100%放大（100% crop）的情况下图象的锐度不会下降。这也是为什么大家有时会抱怨APSC画幅相机的照片不够锐，或者容易因抖动而胡片的原因。（ASPC相机像素密度普遍比全幅要高）
附表（常见相机CMOS参数）
相机名 画幅 像素值 像素边长 像素密度
Nikon D810 全画幅 36.3Mp 4.87微米 4.22 Mp/cm
Nikon D4S 全画幅 16.2 Mp 7.28微米 1.89 Mp/cm
Canon 5DM3 全画幅 22.3 Mp 6.22微米 2.58 Mp/cm
Canon 1DX 全画幅 18.1 Mp 6.91微米 2.10 Mp/cm
Nikon D7100 1.5X crop 24.1 Mp 3.90微米 6.59 Mp/cm
Canon 70D 1.6X crop 20.2 Mp 4.09微米 5.99 Mp/cm

像素密度与镜头锐度的配合：
对于一个绝对理想的镜头（即无限锐），它应该能将一个处于景深内点光源发出的光线聚焦在传感器上，并形成一个无穷小的光斑。当然，这只是理想状况，在现实情况中这个光斑肯定有一定大小的，光斑越小，这只镜头也就越锐。如果光斑的大小小于单个像素的大小，那个这个镜头也就已经足够锐了，继续提升镜头的锐度将无法影响到最终得到图片的锐度。
拿尼康的上一代旗舰D3S做例子，D3S只有1210万像素，因而有极佳的ISO表现，曾被称为控噪之王。根据DxoMark的数据，D3S搭配公认的怪兽级标头蔡司Otus 55 1.4能取得11Mp的解析度，直逼理论上限，也就是D3S传感器的实际像素12.1Mp。（注：DxoMark通过定义一个“感知像素值Perceptual Megapixel”来衡量一套相机镜头组合的实际解析能力，感知像素值以该相机传感器的像素值为上限，感知像素值越高表明图片包含的细节越多，也就越锐。）作为对比，如果搭配入门级的Nikkor AF-S 50 1.8G 其解析度也能达到10Mp。可以发现，一个2k RMB的入门标头对比一个2.5W的怪兽镜头，在锐度表现上竟然只差10%。这足以说明市场上绝大部分镜头的解析能力已经远超过1200万像素（仅适用于全画幅1200万），如果使用这类超低像素全画幅相机的话，搭配任何镜头几乎都有相同的锐度表现，因而在选择镜头时根本不用考虑锐度。（相反，畸变炫光控制则依然重要）
作为对比，如果参考现今最大像素值的全幅单反，尼康D810，我们会发现迥然不同的结论。Otus 55 1.4 在D810身上能取得33Mp的“感知像素值”，而Nikkor AF-S 50 1.8G则仅仅只有22Mp。这1100万感知像素的差别就解释了两只镜头价格上的天壤之别。
在此讲些关于DxoMark这个网站的题外话，可以略过不看。DxoMark对于镜头的评分机制一直备受争议，比如说它通常只测试一个样本，比如镜头的评价过于倚重锐度，而根本不考虑焦外。朋友们如果看过它家的镜头排行榜会发现前几十名几乎被蔡司和尼康霸占，根本看不到佳能。这是一个极为奇怪的现象，我个人也认为佳能的镜头绝对不输尼康。但是仔细一看你就会发现，其实DxoMark评价的并非镜头本身，它评价的是镜头和相机的组合。佳能的镜头诚然很锐，但是受制于5DM3的22Mp像素上限，无法展现出自身的锐度。而DxoMark的评价机制又十分倚重于镜头锐度，这才导致了佳能镜头在DxoMark上评价普遍过低。相信这个状况在佳能推出自己的高像素全幅机之后会彻底改变。
在此小小的总结下：低像素密度下，镜头的锐度无关紧要。只有在传感器的像素密度提升到一定水平后，不同镜头的锐度差别才能展现出来。

正题：你的镜头究竟够不够锐？全画幅相机多少像素以上就不再有意义？
前面我们讲了，对于一个特定的传感器，镜头锐到一定程度之后就失去意义了。同样，对于一个特定的镜头，相机传感器的像素值越高，像素的利用率就越低，像素值高到一定程度后就没有意义了。我的这个观点可以用本文所附的两幅示意图说明。

两图均以适马Art系列35mm为例（具体数据可见下文表格）。
图一中，镜头的感知像素值，也就是镜头相机组合的解析力随着相机传感器像素值的上升而直线上升，但是当传感器像素值高到一定程度后，解析力的上升便开始放缓，最终镜头的解析力将会趋近于一个定值（目前未知）。
图二表示的是 感知像素值 和 传感器像素值 的比值，也就是效用比。在低像素密度的情况下，效用比一直保持在90%左右。随后随着传感器像素值的上升而减小。
这个论点同样可以用DxoMark提供的数据加以辅佐。由于ASPC画幅的D7100事实上拥有更高的像素密度，我们可以将其像素值乘以画幅比（crop factor）的平方，也就是1.5的平方=2.25来取得该像素密度下全画幅相机的情况（54Mp）。事实上该像素密度和佳能将要推出的52Mp传感器十分接近。数据见下表：
实际像素及效用比 D610(24Mp) D810(36Mp) D7100全幅等效(54Mp)
蔡司 Otus 55 1.4 23/24 96% 33/36 92% 47/54 87%
Sigma 35 1.4 A 20/24 83% 30/36 83% 36/54 67%
Nikkor 85 1.4G 21/24 88% 30/36 83% 36/54 67%
Nikkor 300 2.8G 21/24 88% 32/36 89% 34/54 62.5%
Nikkor 400 2.8G 22/24 92% 33/36 92% 38/54 70%
表中罗列的都是极为优秀的镜头，他们在D810上均能达到83%以上的效用比，也就是3000万感知像素。可以从表中看到当传感器像素由24Mp升至36Mp时，各镜头效用比基本保持不变，或小幅下降。但当升至54Mp时各镜头都有显著的下降。这说明很多优秀镜头的锐度阈值都在36Mp左右，一旦传感器像素值上升到54Mp时，绝大部分镜头都只能维持在60-70%的效用比。（注，前文也有提到，DxoMark采用单样本测试，结果有10%以内的偏差也是正常的，例如N家的85mm，在D610上时表现为21Mp这个数据我就怀疑有一定偏差，如果改为20Mp（也就是小于5%的误差）就会更符合我的理论）

结论：其实说到这儿，各位应该也有自己的结论了。如果让我来解读这些数据的话，我的观点如下：各支名镜在D810均有不错的表现，效用比维持在80-90%之间，考虑到90%已经是非常极限的情况了，我认为36Mp是几乎不存在浪费像素这个现象的。对比36Mp和54Mp下镜头的表现（还是以N家85mm为例），花钱买了54-36=18Mp个像素，但实际上只从30Mp提升到了36Mp。我认为性价比不是特别高。当然我们现在还没有46Mp（索尼新传感器）下镜头表现的数据，因而也不太好评论46Mp的情况。
总的来说我希望各厂都能保留36Mp这个级别的相机，我认为这是个非常好的折衷点。它在保证效率不降低的情况下比24Mp级别的相机提升了1.5倍的图片细节。关于54Mp级别的相机，我觉得还是有一定必要的，毕竟有Otus这样的神物存在，而且将来各家也有可能推出比Otus廉价的锐利镜头。但就现在而言，如果不是追求解析度的极致，54Mp级别的相机还是算了吧。
最后再说些题外话，有的朋友可能会说如果不是大幅打印的话，24Mp早就足够。这观点我完全赞同，即使是时下最新潮的4K显示器都只有约9Mp的显示能力，如果仅仅在屏幕上欣赏照片，24Mp早已足够。所以本文也仅仅只是针对那些需要打印，或者有细节强迫症的朋友（譬如笔者）而写。

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