主题:请光学专业人士解答,千万像素DC是在欺骗消费者吗?
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资深泡菜
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“1200万像素的数码相机比只有600万像素的数码相机要好”,你可能会信以为真,因为你总听别人说像素越高拍出的相片越好。
但实际上对于卡片式数码相机来说这是错误的!!!我们是“图像工程实验室”(Image Engineering)的成员,这是一家独立的测试机构。除此之外,我们还负责为德国杂志Color Photo and c’t测试数码相机。我们很早就注意到数码照片的成像质量在到达一定像素之后会变得越来越差而不是越来越好。原因是数码相机感光元件被分割成越来越多份。下面我们将解释一下这个问题。
其实我们已经陷入了一个恶性循环,现在必须打破它了。大部分人都听说像素越高相机越好,所以他们总是买最高像素的相机。同时数码相机制造商为了让自己的产品畅销也不断提高相机的像素。但实际上这样做并没有改善图片的质量。 以下是我们的详细解释
600万像素照片可以在图像像素和噪点之间取得平衡,而之后随着像素增加噪点也随之增多
1995-在这一年,世界上第一批数码相机问世(型号有卡西欧 QV-10, 柯达 DC 40, 等)。这批数码相机像素都很有限还没有达到打印的标准。摄影人士纷纷抱怨像素太小并敦促制造商制造更合适的产品。1996年数码相机的像素达到了80万,而到了1998年,主流数码相机像素是200万。 这个时候已经可以打印出10*15cm的高质量的图片,在A4纸(21*29.7cm)上的效果也还令人满意。这时“像素越高,图片质量越好”这句话是对的,像素是制约图片质量的唯一瓶颈。这句话开始为人们耳熟能详,并且渐渐深入人心。
时光飞逝,到了2004年,600万像素的数码相机问世了。专家们认为600万像素已经可以达到传统相机的35mm胶片所拍摄出来的照片水平了。不幸的是,数码相片的质量也在达到600万像素之后开始下降。 在2005年问世的800万像素的数码相机拍出的照片上经常出现很多细小的糙点(俗称噪点),在缺少光线和颜色对比强烈的环境下尤为明显。这种情况在如今的1000到1200万像素的图片里还更明显。制造商开始试图使用软件进行噪点修复或者图片编辑。但是正如上图所看到的效果有限。所以现在这句话才是真的:像素越高,图片质量越差!
这是为什么呢?实际上,卡片式数码相机都被设计成形状小巧价格合理,所以成像元件(CCD或CMOS)的尺寸就被限制了,比如7.5 x 9.4 mm 或者 5.4 x 6.8 mm。为了增加像素,成像元件被分割成越来越小(每一小块代表一个像素)

结果就造成了感光度的下降和噪点的升高因为每一个像素接受的光线变少了。同时,增加的像素本来应该可以制造更多的细节效果,但是卡片数码相机并没有配备高水平的镜头,因为好的镜头体积都很大不适合小巧的卡片数码相机。
同时,代表每一像素的感光元件尺寸是如此之小(小于2微米)以至于通过镜头投射到上面的光线会产生衍射现象导致很多细节都损失了。另外1200万像素相机拍出的图片每张大小大概是36M,如此大的数据量会导致较长的编辑时间并且需要很大的存储空间。
数码单反相机像素越高越好
数码单反相机(SLRs)和卡片数码相机原理基本一样但是单反相机的感光元件更大,所以有更高的感光度和更少的噪点。同时单反相机的镜头一般都更好,所以单反相机的像素越大越好。
卡片数码相机最合适的像素是600万,或者单位感光元件的大小大于3微米

[darkegg 编辑于 2009-11-12 22:41]

[2009-11-14 22:44 补充如下]

补充:
CCD的作用,与胶片一样,就是对景物通过镜头投射在焦平面的影像进行采样。镜头的作用是低通滤波器,其截止频率决定了影像的分辨率极限。那么根据镜头的极限分辨率,像场尺寸和采样定律,应该可以推算出最佳的CCD分辨率。
DC镜头的分辨率极限,就取dpreview在佳能G10上测到的2750lph吧,根据传感器的尺寸可以换算出空间频率lp/mm.
问题是,这个对这个lp/mm的采样要多大的像素密度才是足够的呢,如果按采样定律的2倍空间频率,事实说明是不够的。弄清楚这一点,是否就可以大致推算出最佳像素。

[2009-11-15 13:20 补充如下]

如果采样定律没有问题,那么说明由人眼确定的可视分辨率推算出来的lp/mm并不代表镜头的空间截止频率。
相关标签: 卡西欧 QV-10 佳能 柯达 尺寸
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高像素好。这样至少有机会两个,甚至四个像素当一个像素用,比差值起来得到的图像性噪比高很多。这也是提高高感画质的一个好方法。
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原文由 zbond 在2009-11-19 23:49发表

高像素是需要的,高感并非人人都需要,但是高像素在光线足够时可以带来更丰富的细节,这是人人都需要的

嗯,原来你看照片不是看图像而是看细节的,如果有人给你介绍女朋友,传送来了女朋友的照片,你不看MM长的怎么样,立马放大到100%,仔细数一下MM脸上每平方毫米有多少根汗毛,这个.....我败了。按你的爱好,1亿像素cd都不一定及格啊。
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原文由 netmousexhxh 在2009-11-19 23:00发表
凡是提到高像素的时候总是有人一本正经的说“衍射”云云
但是这个人就没把自己的脑袋往墙上多撞几下去想清楚衍射是怎么回事

呵呵,看来你撞墙撞的太多了,不知道衍射就去找一本中学物理书看看。白痴不是你的错,可是出来吓人就是你的不对了。
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原文由 zbond 在2009-11-19 23:49发表

高像素是需要的,高感并非人人都需要,但是高像素在光线足够时可以带来更丰富的细节,这是人人都需要的


我的看法刚好相反,高像素不是人人都需要的。22寸1600x1200的液晶显示器也才200万像素,按童版采样定理,图片800万像素够了。出几十寸的大照片也只是偶尔为之。

高感却很实用,可以在白天室内或者晚上日光灯下抓拍,光线不好时可用iso高一档就相当于最大光圈大一档,比用大口径镜头省钱啊。况且高感不好的机器,暗部噪点往往会偏多。
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如果有这样的机器,立马上一个

把GRD3的像素降为500万,然后ISO3200可用
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原文由 zbond 在2009-11-19 23:49发表

高像素是需要的,高感并非人人都需要,但是高像素在光线足够时可以带来更丰富的细节,这是人人都需要的

就是这个道理
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有一个300w的a75和一个1000w的ixus95
基本上,ixus95比不上a75,图片放到一样大
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原文由 zbond 在2009-11-19 23:49发表

高像素是需要的,高感并非人人都需要,但是高像素在光线足够时可以带来更丰富的细节,这是人人都需要的

奇怪,您如何得出这种结论?
我个人宁可低像素、高感度。如果像素100%可用,500万甚至300万我都能接受。
2002年我买的奥林巴斯C-350三百万像素打印A4相纸都行,这对很多朋友来讲已经够实用了吧?
如果像素增加,却不是100%可用,弄出一堆噪点出来,何必呢?倒不如在较低像素基础上,增加成像结实程度及高感,让日常记录更好用便捷、画面整体质感更协调,好过拿DC来做看细节显微镜
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原文由 w18w30so530 在2009-11-18 08:38发表

根本不需要1000万,假如佳能S90是500万,依靠现代的镜头+处理器,那iso800一定更漂亮!


高像素是需要的,高感并非人人都需要,但是高像素在光线足够时可以带来更丰富的细节,这是人人都需要的
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凡是提到高像素的时候总是有人一本正经的说“衍射”云云
但是这个人就没把自己的脑袋往墙上多撞几下去想清楚衍射是怎么回事
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原文由 darkegg 在2009-11-17 00:28发表

前面帖子说过了,这么比是关公战秦琼。如果有同样ccd尺寸6~8百万像素版的G10,那么有可比性。神奇的G10镜头分辨率高达160lp/mm水平,215lp/mm垂直,相当于35mm画幅的36线对/mm,只比无敌兔+85/1.8定焦的39线对/mm低一点点。

补充:请不要误解,不是说一刀切6百万像素就够了,这样又是陷入另一种唯像素主义。我觉得应 ......

当然有意义,用户买到的是产品,是整体的解决方案,不是单纯的感光芯片或镜头。没有证据显示把G10,LX3之类换成6M sensor效果会更好。
按钱老的文章计算G9只在比F5.6更小时才受到airy disc的影响,这只是G9的一半光圈吧。
另外钱老该文只说了衍射问题,没有提及其他问题,如sensor分辨率低对摩尔纹和马赛克差值等因素造成的伪彩的影响,如果ccd分辨率能远远高于镜头分辨率,就几乎没有这些问题了。而现在实际上往往是加低通滤波片来降低镜头分辨率。
另外对于量产的大部分产品来说,高ISO并非十分重要的考量项目,绝大部分用户的绝大部分照片都是在200一下,400以上很罕见。

当然以上所说不包括那些几百块的10M级的相机和手机
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原文由 darkegg 在2009-11-17 23:54发表
有可比性的产品在像素※※※时代同期出的同系列机器中可以找到。富士2007年中推出6百万像素的F31,同年又出了800万的f40和1200万像素的f50, 之后千万像素的产品还有f60,f100,f200exr等。遗憾的是,f31几乎成了富士dc一个标杆,让其后像素※※※时代的同系产品汗颜。即使是最新出的f200exr,单论画质,挑剔点的发烧友认为还是 ......

根本不需要1000万,假如佳能S90是500万,依靠现代的镜头+处理器,那iso800一定更漂亮!
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原文由 漫漫旅途 在2009-11-16 22:22发表

看Fuji Velvia和本贴标题有什么关系吗?
最简单的办法就是用G10之类的拍一张片子,scale到6M,和你认为很好的近乎同大小马赛克CCD的6M的图比一下,或者把6M放大到G10的尺寸比,就可以了,可能我看过的相机不够多,但是我看过的都不如G10缩到6M好。


前面帖子说过了,这么比是关公战秦琼。如果有同样ccd尺寸6~8百万像素版的G10,那么有可比性。神奇的G10镜头分辨率高达160lp/mm水平,215lp/mm垂直,相当于35mm画幅的36线对/mm,只比无敌兔+85/1.8定焦的39线对/mm低一点点。

补充:请不要误解,不是说一刀切6百万像素就够了,这样又是陷入另一种唯像素主义。我觉得应该根据实际镜头的质素,单个感光元能达到的性能等综合确定合适的像素。

[darkegg 编辑于 2009-11-17 00:35]
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原文由 darkegg 在2009-11-15 15:18发表

Fuji Velvia 50翻转片在MTF接近于0的情况下解析的频率是160lp/mm.今天1/2.5ccd的千万像素DC,即使不去算每个像素其实有4个ccd感光元,也已经远远超过fuji velvia 50的解析能力,超过了300lp/mm。

[darkegg 编辑于 2009-11-15 15:20]

看Fuji Velvia和本贴标题有什么关系吗?
最简单的办法就是用G10之类的拍一张片子,scale到6M,和你认为很好的近乎同大小马赛克CCD的6M的图比一下,或者把6M放大到G10的尺寸比,就可以了,可能我看过的相机不够多,但是我看过的都不如G10缩到6M好。
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1/2.5ccd 一千万像素,这样的像素密度,相当于全画幅3.5亿像素。单反用户不用盼3千万,4千万像素了,3亿像素指日可待。
理论上像场越小,镜头是越好,不同画幅的lp/mm没有可比性。但是,如果按照24楼转帖的钱元凯的分析,1/2.5寸豆丁大的高像素ccd,镜头光圈稍缩几挡,小光圈衍射的影响就会严重恶化,这样的机器得有大口径镜头,并且只用最大几挡光圈和高iso。
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原文由 darkegg 在2009-11-16 00:12发表
我是说1/2.5寸千万像素ccd本身具备300lp/mm的分辨能力,当然这是按照采样定律算的。如果按老顽童版采样定律,是150lp/mm. 我奇怪的是,这个CCD是为什么样的外星镜头准备的啊。看来设计者并没有按镜头的解析力去量身定做最佳像素的CCD。


符合采样定律的前提是,相邻像素互不干扰,且各像素的成像质量相同(例如都没有热噪声)。

按我的理解,小CCD的高像素密度,不是用来提高分辨力的,而是给较高比率压缩和降噪提供更大的空间。所以,小CCD相机并不能提供有效的RAW格式信息。

不知道你有没有这样的体验,即高像素加上高压缩率,可以得到更为平滑的图像(看起来更舒服一些)。这或许是小相机也用高像素的原因。
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我是说1/2.5寸千万像素ccd本身具备300lp/mm的分辨能力,当然这是按照采样定律算的。如果按老顽童版采样定律,是150lp/mm. 我奇怪的是,这个CCD是为什么样的外星镜头准备的啊。看来设计者并没有按镜头的解析力去量身定做最佳像素的CCD。
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原文由 八大行星 在2009-11-15 23:50发表
极限一定是有的. 是不是千万像素, 还需要专家给出答案.

但以我看g10的表现.  镜头和自动对焦已经不能满足ccd的成像要求. 百分百放大后, 明显没有单反相机得到的图象清晰.


比得上单反的话,那单反还怎么卖?至少会对低端入门级别的单反造成极大冲击

厂家是不会让这种情况发生的。
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楼主于[2009-11-15 13:20 补充如下]

如果采样定律没有问题,那么说明由人眼确定的可视分辨率推算出来的lp/mm并不代表镜头的空间截止频率。

——————————————

实际上,相机(镜头加感光材料)的分辨率不是用人眼的分辨力衡量的。

举个例子,微缩胶片(也包括了镜头的作用)的分辨力所能达到的水平,直接用人眼观察是不行的,必须用光学放大设备观察才行。
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极限一定是有的. 是不是千万像素, 还需要专家给出答案.

但以我看g10的表现.  镜头和自动对焦已经不能满足ccd的成像要求. 百分百放大后, 明显没有单反相机得到的图象清晰.
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原文由 darkegg 在2009-11-15 22:44发表

我的意思是在1/2.5寸上千万像素ccd的解析力已经超过了300lp/mm。据说有个柯达的“翻转片”解析力可以达到200lp/mm,算成像素的话上亿了.

老顽童可是师爷级别的人物,我去搜搜。


真的吗?

在小尺寸大像素的传感器上,相邻像素的互相干扰和热噪声,使得用像素计算的分辨力根本就没多大用。再加上那种小口径低档镜头的分辨力限制,便携数码相机的分辨力简直就没法跟胶片机比较。

低档便携式胶片相机加中等胶片的分辨力,或许比高档便携式数码相机的分辨力略低一些。

[Greyhead 编辑于 2009-11-15 23:50]
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原文由 darkegg 在2009-11-15 23:28发表
偶功力低,不敢质疑采样定律,这下好了,感谢老顽童,有试验有真相。就按4倍采样频率推吧。但是还是有问题,如果镜头分辨率按照100线对/mm,算出来的结果还是没人相信的。小像场DC的变焦镜头解析力究竟有多神奇呢,dpreview用老顽童的正弦光栅来测试就好了。

[darkegg 编辑于 2009-11-15 23:30]


实际上没那么复杂。你何不试一试,如果线对成像与像素对一一准确对应,则像素线密度就是单位距离中的线对数,而一旦错位,情况则非常惨!这才是简单的物理解释([老顽童]的文章里也作了说明)。我觉得很好理解。
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原文由 darkegg 在2009-11-15 23:22发表
老顽童对全画幅单反像素分析的帖子在这里:
https://forum.xitek.com/showthread.php?threadid=636730
摘录如下:
通过上述实验可以看出,像素密度超过分辨率空间频率3倍以上才可以获得较好的效果,4倍以上比较理想。
如果镜头分辨率达到100线对/毫米,对于36×24的全幅数码单反来说,要想充分发挥镜头的分辨 ......


镜头达到100线对/毫米的不多,135全幅CCD和CMOS能达到这个水平的,就根本没有。怎么会说达到了300线对/毫米?

要达到50线对/毫米,135全幅CCD或CMOS,也要在1500-2000万像素,这是高级数码单反才能达到的,而胶片达到这个水平轻而易举。

实际上,你只要做一下头脑实验就可得知!
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偶功力低,不敢质疑采样定律,这下好了,感谢老顽童,有试验有真相。就按4倍采样频率推吧。但是还是有问题,如果镜头分辨率按照100线对/mm,算出来的结果还是没人相信的。小像场DC的变焦镜头解析力究竟有多神奇呢,dpreview用老顽童的正弦光栅来测试就好了。

[darkegg 编辑于 2009-11-15 23:30]
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老顽童对全画幅单反像素分析的帖子在这里:
https://forum.xitek.com/showthread.php?threadid=636730
摘录如下:
通过上述实验可以看出,像素密度超过分辨率空间频率3倍以上才可以获得较好的效果,4倍以上比较理想。
如果镜头分辨率达到100线对/毫米,对于36×24的全幅数码单反来说,要想充分发挥镜头的分辨率,传感器像素数要达到7776万像素才有较好效果。而如果要想达到非常理想的效果的话,上亿像素也是有一些好处的!实际上镜头分辨率达到100线对/毫米是很少的情况。如果按照50线对/毫米看,2000万像素是比较合适的。
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原文由 Greyhead 在2009-11-15 22:31发表

随便你怎么猜测,在将来很长一段时间里,从销量上看,高像素仍然是主流。

S90、G11这类降低像素数以提高降噪能力,只是适应某些特殊消费者的一种权衡之策,不会有什么普遍意义。这里没有什么“自相矛盾”!

呵呵,普通消费者99%都不泡无忌,他们挑相机的方法就是:2大于1,3大于2...1200万大于600万,所以1200万比600万好。厂家发疯了才会宣传600万好于1200万呢。
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原文由 Greyhead 在2009-11-15 22:25发表

你何不去看看[老顽童]的有关文章?

我没用过Fuji Velvia 50,但我估计你用不到“翻转片”!

按照[老顽童]的计算,135全幅要达到300线对/毫米,像素数起码要7000万以上!

我的意思是在1/2.5寸上千万像素ccd的解析力已经超过了300lp/mm。据说有个柯达的“翻转片”解析力可以达到200lp/mm,算成像素的话上亿了.

老顽童可是师爷级别的人物,我去搜搜。
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回复主题: 请光学专业人士解答,千万像素DC是在欺骗消费者吗?
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