主题：光圈衍射极限问题之——月亮代表我的心 [主题管理员:美家湾]
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传感器像素密度越来越高，该想想光学衍射极限对光圈运用的限制了。不少人提到过这个话题，今天只是把一些参数确定下来，看看影响到什么程度，其实影响程度是非常有限的
【衍射极限公式】
重复一下光学衍射极限公式及推导
光学衍射极限公式：sinθ=1.22λ/D。其中θ是角分辨率，λ是波长，D是光圈口径；
当θ很小时，sinθ约等于tagθ，tagθ=d/f，其中d是最小分辨尺寸，f是焦距；
推导出d/f=1.22λ/D，推导出f/D=d/(1.22λ)，f/D就是焦距/光圈口径, 即光圈f/值；
用DLA表示衍射极限光圈f/值，用p代替d表示像素尺寸；
所以衍射极限光圈：DLA=p/(1.22λ)
【几种机型的衍射极限光圈】（新添加了A7R4,2019.7.17）
常见几种相机的传感器尺度及像素数是已知的，可以计算出像素尺度，代入极限光圈公式可以得出极限光圈f/值，列表可以看出传感器像素密度同极限光圈的关系。可见光波长约：400~700nm，从紫色到红色，折衷取红橙色交界波长622nm和蓝紫交界波长435nm分别计算几种机型的衍射极限光圈，见下表：
【结论】：确定机型后，拍摄光圈比表中的光圈更细时，可能难以发挥出这款传感器的分辨水平，这时我们要在充分发挥传感器的分辨水平和画面景深构想做出选择。上表中给出两个波长处的大致衍射极限光圈值，如果是全色画面，需要考虑622nm的极限值（还是忽略了红色，这是折中的结果，否则太极端），如果碰巧画面主要在蓝色的短波区，可以考虑435nm的极限值，如果你追求的是大图、像素数，只要能找到快门速度与噪点的平衡，尽管用去高像素机
【实拍衍射影响】
用A77(ISO100，1/60s，RAW)+16-50/2.8(16端)+F43AM（TTL预闪，+0.3）拍近3m处的黄橙色迷你纸手帕包，拍摄参数F2.8-F16共6张，用LR转jpeg，分别抠出中心约160x230像素，拼在一起：
【实际使用中衍射极限影响很小】
光圈衍射并不可怕，特别是在实际使用中，我们更多的关注在画面的构图和景深的安排上。在一整幅画面中，光圈衍射只能影响到很细很细的部分，衍射极限光圈现象基本要在100%像素时才能观察到，只有非常关注100%像素下极限分辨率时才要注意衍射极限问题
【关于增倍镜的使用】
加增倍镜后，只要使用的光圈不是远小于相配的相机衍射极限光圈，就有机会用1.4x及2x镜。如果加1.4x已经达到衍射极限光圈了，那么加2x镜基本不会有比1.4x镜更多的目标细节，但是有了一个类似于1.4x镜的细节、且更大的图。如果你追求的是小目标的大图、像素数，只要能找到快门速度与噪点的平衡，尽管用增倍镜吧。需要明白的是：在某些情况下，增倍镜不能带来更多的细节(大大超过衍射极限光圈时还会劣化细节)，它只能带来更大的图
【RX100系列】
个人认为RX100是一款设计非常不错的卡机，因为它比较好地平衡了这个幅面下比较极限的像素密度和镜头光圈。从RX100II开始采用2.8恒定光圈的镜头，这个光圈大于f3.2衍射极限光圈
【注意】
光圈衍射是个物理现象，在成像阶段无法逾越，后期可以有限度弥补。当光圈大大小于衍射极限光圈后，牛头也会变狗头，什么蔡司、莱卡照样狗，千万不能有：我用牛头，光圈极限与我无关的概念
如果拍摄静态片、风光片需要多注意这个问题。如果慢门摄影，要的是慢门中的氛围，不会追求太多细节，光圈收到22都是对的
如果您出片都是边长2000以内也请忽略这个问题，因为衍射只是影响很细很细的部分
【厂商也在说衍射问题】
在处理器里减小衍射的影响，相当于后期
【衍射极限与感光器】
光线衍射现象本身同感光器没关系，但我们要用感光器成像吧，当衍射艾里斑直径达到4微米时，是不是小于4微米的像素变得没有太大意义了，因为那个落到感光器之前的“像”就是那样了，不会因感光器像素更密而提高“像”的清晰度 本帖最后由 美家湾 于 2019-8-15 11:14 编辑
【衍射极限公式】
重复一下光学衍射极限公式及推导
光学衍射极限公式：sinθ=1.22λ/D。其中θ是角分辨率，λ是波长，D是光圈口径；
当θ很小时，sinθ约等于tagθ，tagθ=d/f，其中d是最小分辨尺寸，f是焦距；
推导出d/f=1.22λ/D，推导出f/D=d/(1.22λ)，f/D就是焦距/光圈口径, 即光圈f/值；
用DLA表示衍射极限光圈f/值，用p代替d表示像素尺寸；
所以衍射极限光圈：DLA=p/(1.22λ)
【几种机型的衍射极限光圈】（新添加了A7R4,2019.7.17）
常见几种相机的传感器尺度及像素数是已知的，可以计算出像素尺度，代入极限光圈公式可以得出极限光圈f/值，列表可以看出传感器像素密度同极限光圈的关系。可见光波长约：400~700nm，从紫色到红色，折衷取红橙色交界波长622nm和蓝紫交界波长435nm分别计算几种机型的衍射极限光圈，见下表：
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【结论】：确定机型后，拍摄光圈比表中的光圈更细时，可能难以发挥出这款传感器的分辨水平，这时我们要在充分发挥传感器的分辨水平和画面景深构想做出选择。上表中给出两个波长处的大致衍射极限光圈值，如果是全色画面，需要考虑622nm的极限值（还是忽略了红色，这是折中的结果，否则太极端），如果碰巧画面主要在蓝色的短波区，可以考虑435nm的极限值，如果你追求的是大图、像素数，只要能找到快门速度与噪点的平衡，尽管用去高像素机
【实拍衍射影响】
用A77(ISO100，1/60s，RAW)+16-50/2.8(16端)+F43AM（TTL预闪，+0.3）拍近3m处的黄橙色迷你纸手帕包，拍摄参数F2.8-F16共6张，用LR转jpeg，分别抠出中心约160x230像素，拼在一起：
光圈衍射并不可怕，特别是在实际使用中，我们更多的关注在画面的构图和景深的安排上。在一整幅画面中，光圈衍射只能影响到很细很细的部分，衍射极限光圈现象基本要在100%像素时才能观察到，只有非常关注100%像素下极限分辨率时才要注意衍射极限问题
【关于增倍镜的使用】
加增倍镜后，只要使用的光圈不是远小于相配的相机衍射极限光圈，就有机会用1.4x及2x镜。如果加1.4x已经达到衍射极限光圈了，那么加2x镜基本不会有比1.4x镜更多的目标细节，但是有了一个类似于1.4x镜的细节、且更大的图。如果你追求的是小目标的大图、像素数，只要能找到快门速度与噪点的平衡，尽管用增倍镜吧。需要明白的是：在某些情况下，增倍镜不能带来更多的细节(大大超过衍射极限光圈时还会劣化细节)，它只能带来更大的图
【RX100系列】
个人认为RX100是一款设计非常不错的卡机，因为它比较好地平衡了这个幅面下比较极限的像素密度和镜头光圈。从RX100II开始采用2.8恒定光圈的镜头，这个光圈大于f3.2衍射极限光圈
【注意】
光圈衍射是个物理现象，在成像阶段无法逾越，后期可以有限度弥补。当光圈大大小于衍射极限光圈后，牛头也会变狗头，什么蔡司、莱卡照样狗，千万不能有：我用牛头，光圈极限与我无关的概念
如果拍摄静态片、风光片需要多注意这个问题。如果慢门摄影，要的是慢门中的氛围，不会追求太多细节，光圈收到22都是对的
如果您出片都是边长2000以内也请忽略这个问题，因为衍射只是影响很细很细的部分
【厂商也在说衍射问题】
在处理器里减小衍射的影响，相当于后期
光线衍射现象本身同感光器没关系，但我们要用感光器成像吧，当衍射艾里斑直径达到4微米时，是不是小于4微米的像素变得没有太大意义了，因为那个落到感光器之前的“像”就是那样了，不会因感光器像素更密而提高“像”的清晰度 本帖最后由 美家湾 于 2019-8-15 11:14 编辑
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养猎犬的猎豹 发表于 2019-8-20 05:08
给老兄凑个热闹
99M2+minolda600/4+1.4XII
我没有640，感觉99II+640+2x也许能出更好的片子 本帖最后由 美家湾 于 2019-8-20 10:38 编辑
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养猎犬的猎豹 发表于 2019-8-20 05:08
给老兄凑个热闹
99M2+minolda600/4+1.4XII
这两天北京的天没辙，一直羡慕A99II的自由限焦设置功能啊
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再上一张 风小了一点
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给老兄凑个热闹
99M2+minolda600/4+2.0XII
风很大 架子是打鸟的 云台也是打鸟的
楼顶拍摄 估计也有楼摇动带来的晃动（虚） 本帖最后由 养猎犬的猎豹 于 2019-8-20 05:14 编辑
99M2+minolda600/4+2.0XII
风很大 架子是打鸟的 云台也是打鸟的
楼顶拍摄 估计也有楼摇动带来的晃动（虚） 本帖最后由 养猎犬的猎豹 于 2019-8-20 05:14 编辑
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给老兄凑个热闹
99M2+minolda600/4+1.4XII
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luoxinalbert 发表于 2019-8-16 01:05
来一个同样前晚用A9+260+2X拍的月亮，供参考
确实，200-600G素质不错，A9+2x基本达到极限了，镜头素质被挖掘到位
在A6300上200-600G+1.4x也基本是极限了
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176 帖
继续月亮代表我的心，机身A6300+260G+?
第一张是260G+2.0x镜拍摄，原图裁剪到4227x2818的图，输出像素依然；第二张是260G+1.4x镜拍摄的，原图裁剪到3000x2000，输出放大到4000x2667；第三张是260G裸拍，原图裁剪为2139x1426，输出放大到4000x2667；保留EXIF数据，效果大家自己看吧
第一张
第二张
第三张
第一张是260G+2.0x镜拍摄，原图裁剪到4227x2818的图，输出像素依然；第二张是260G+1.4x镜拍摄的，原图裁剪到3000x2000，输出放大到4000x2667；第三张是260G裸拍，原图裁剪为2139x1426，输出放大到4000x2667；保留EXIF数据，效果大家自己看吧
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pipedream 发表于 2019-8-16 07:57
乘3到4是不够的，应该是乘5到7.
实际上呢，那么多没用，因为像场的影响，实际衍射效应出现的光圈要比理论上出现衍射的光圈再小1，2档。例如某焦距的某镜头，理论上F8的时候，衍射效应决定的分辨率就在5微米了，而事实上在F 8的时候，因为像场很大，各种设计必须妥协，实际的分辨率在25微米，远远没到衍射极限表现的时候。
只有像场极小的显微镜镜头，或者像场角极小的大尺寸望远镜，才是只用考虑衍射的。衍射这个词，对于普通摄影镜头来说，是个很高端的词汇，普通用家根本不用考虑。
光圈缩小的时候，光圈不正对成像的影响都比衍射效应要强。
5到7有些过了，因为这是尺寸比而不是像素总数比。一般来说3倍是个比较合理的数值，也就是说传感器像素数应该是有效像素数的9倍。
此外，衍射影响并不会因为镜头素质低而消失，因为镜片组的影响与衍射影响是迭加而不是取最大值。如果忽略衍射影响的话，所有镜头都应该是光圈越小像差越小从而表现就越好，但目前所有镜头都有一个“最佳光圈”，这就是镜片组素质与光圈衍射现象共同作用的结果，当光圈大于最佳光圈时，镜片组像差的影响更大；而当光圈小于最佳光圈时，衍射现象的影响更严重。
俗话说“F/8下无狗头”，说明哪怕是低素质的“狗头”在光圈小于F/8时衍射现象通常也已经很明显了。当然这个影响是否会导致小光圈“不能用”，还要看传感器像素数（除以9）和目标像素数（除以9）。 本帖最后由 树下的石头 于 2019-8-16 10:56 编辑
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老顽童 发表于 2012-12-2 12:24
楼主计算的不错，但前提有不妥之处。楼主假定镜头分辨率极限用一个像素就够了，这是完全不行的！假定镜头刚好能分辨的两条线，如果用两列像素表达、中间没有间隔，得到的图像只能是一片纯色。如果不是刚好而是有一点差异，就会拍出摩尔纹来。
所以，感光器要想能够表现出镜头的分辨率，对镜头极限来说至少需要3、4个像素，也就是说：楼主计算出来的“极限光圈”数值，应该再乘以3或4才是合理的！
把楼主的表里最后一栏里的“极限光圈”数值乘以3或者4，会发现与当前的数码相机是吻合的。这说明数码相机的设计，是十分合理的。数码相机的设计，绝对是在光学理论指到下完成的。无法想象是一群光学外行，设计出了数码相机！
乘3到4是不够的，应该是乘5到7.
实际上呢，那么多没用，因为像场的影响，实际衍射效应出现的光圈要比理论上出现衍射的光圈再小1，2档。例如某焦距的某镜头，理论上F8的时候，衍射效应决定的分辨率就在5微米了，而事实上在F 8的时候，因为像场很大，各种设计必须妥协，实际的分辨率在25微米，远远没到衍射极限表现的时候。
只有像场极小的显微镜镜头，或者像场角极小的大尺寸望远镜，才是只用考虑衍射的。衍射这个词，对于普通摄影镜头来说，是个很高端的词汇，普通用家根本不用考虑。
光圈缩小的时候，光圈不正对成像的影响都比衍射效应要强。
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来一个同样前晚用A9+260+2X拍的月亮，供参考
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美家湾 发表于 2019-8-15 19:53
是啊，A9也许还凑合，理论上讲如果都是理想镜头和倍镜，A9+2x基本同A6300+1.4x
同样的道理，感觉a7r4也不适合上2x
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聊无止境 发表于 2019-8-15 18:54
这么看，残幅上2x也是浪费钱啊。。。。
是啊，A9也许还凑合，理论上讲如果都是理想镜头和倍镜，A9+2x基本同A6300+1.4x 本帖最后由 美家湾 于 2019-8-15 19:59 编辑
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数字信徒 发表于 2019-8-15 14:36
希望你也做个裸镜和加两种增倍镜的对比。
会的
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美家湾 发表于 2019-8-15 11:30
昨晚过午夜才发现明月当空，挺亮、挺圆，临时决定用260G处女拍来几张月亮的对比图，由于太晚，担心拿脚架吵醒家人，所以只拿了1.4x镜、2x镜、FE200-600G和A6300下楼手持拍摄月亮。第一张是260G+1.4x镜拍摄，原图裁剪到3000x2000的图，输出放大到4000x2667；第二张是260G+2.0x镜拍摄的，原图裁剪到4231x2821，输出依然是4231x2821，保留EXIF数据，效果大家自己看吧
这么看，残幅上2x也是浪费钱啊。。。。 本帖最后由 聊无止境 于 2019-8-15 18:54 编辑
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rocky92 发表于 2019-8-15 14:20
我觉得第一张明显好于第二张，
美兄，有没有不加1.4x直接放大的图？
昨天太晚了，应该是今天太晚了，改日再试试
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美家湾 发表于 2019-8-15 11:30
昨晚过午夜才发现明月当空，挺亮、挺圆，临时决定用260G处女拍来几张月亮的对比图，由于太晚，担心拿脚架吵醒家人，所以只拿了1.4x镜、2x镜、FE200-600G和A6300下楼手持拍摄月亮。第一张是260G+1.4x镜拍摄，原图裁剪到3000x2000的图，输出放大到4000x2667；第二张是260G+2.0x镜拍摄的，原图裁剪到4231x2821，输出依然是4231x2821，保留EXIF数据，效果大家自己看吧登录后可直接显示原图
260G+1.4x登录后可直接显示原图
260G+2.0x
我觉得第一张明显好于第二张，
美兄，有没有不加1.4x直接放大的图？
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轮奂有致 发表于 2019-7-19 16:54
我认为衍射效应主要是光线通过“微凸镜”引起的，光圈缩小的影响是次要的，不知对否？
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美家湾 发表于 2019-8-15 12:07
成像细节不仅需要焦距，还需要口径，缺一不可，否则不能完满达到目的。只有焦距，图像的像素数有保障，但不能保障有效细节。可以预见，640+2.0x会有更好效果，不仅仅因为那是定焦头，成像好，而在于它的口径。640+2.0x把光圈收缩到f14，基本也是差不多的结果
定焦镜头画质好的最关键原因还是在于对各种像差的针对性措施。同一组不可变的镜片组对像差的纠正不可能适用于变焦范围内的各个焦段，因此变焦镜头在设计时只能选择折中的方案，把不同焦段的像差都控制在一个可以接收的范围内；而定焦镜头就可以精益求精地控制像差。
此外，广角镜头使用反望远结构可以提高画质，而长焦镜头则需要用望远结构来缩短合焦时的像距，但一个镜头不可能采用两种不同结构，这也是某些变焦镜头画质不如定焦镜头的另一个原因。
也许将来的镜头都会采用数控可变形镜片组，然后变焦时依据预先试验得到的参数表来改变镜片参数，这时或许就不再需要定焦镜头了。
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树下的石头 发表于 2019-8-15 11:47
关于传感器密度问题本身就是有争议的。衍射问题本身其实是影响了镜头的“有效像素”数量（也就是决定了成像的最大空间频率），但成像有效像素与传感器像素之间的关系上是有不同观点的。
很多人认为传感器像素数超过有效像素数就没有意义，但也有另一种观点认为采样频率应高于最大空间频率以获得更好的细节，而不应在乎像素级的锐利程度，这一观点又有1.5倍论、2倍论、2.8倍论以及3倍论，也就是是说传感器像素数应该是成像有效像素的2.25倍、4倍、8倍或9倍。
如果持后一种像素密度观念，那么计算“极限衍射光圈”时应该先将传感器像素的尺寸乘以1.5/2/2.8/3，然后再去计算。
适当过采样没问题，就看个人追求是什么也，也不必太机械的量化到多少倍，每个人的追求是不一样的。比如风光片追求极致会用相对浅景深，用多张不同纵深焦点的图后期合成，但懒人直接用到f14，那又怎样
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美家湾 发表于 2012-12-1 19:52
……
【衍射极限与感光器】
光线衍射现象本身同感光器没关系，但我们要用感光器成像吧，当衍射艾里斑直径达到4微米时，是不是小于4微米的像素变得没有太大意义了，因为那个落到感光器之前的“像”就是那样了，不会因感光器像素更密而提高“像”的清晰度
关于传感器密度问题本身就是有争议的。衍射问题本身其实是影响了镜头的“有效像素”数量（也就是决定了成像的最大空间频率），但成像有效像素与传感器像素之间的关系上是有不同观点的。
很多人认为传感器像素数超过有效像素数就没有意义，但也有另一种观点认为采样频率应高于最大空间频率以获得更好的细节，而不应在乎像素级的锐利程度，这一观点又有1.5倍论、2倍论、2.8倍论以及3倍论，也就是是说传感器像素数应该是成像有效像素的2.25倍、4倍、8倍或9倍。
如果持后一种像素密度观念，那么计算“极限衍射光圈”时应该先将传感器像素的尺寸乘以1.5/2/2.8/3，然后再去计算。
本帖最后由 树下的石头 于 2019-8-15 11:50 编辑
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昨晚过午夜才发现明月当空，挺亮、挺圆，临时决定用260G处女拍来几张月亮的对比图，由于太晚，担心拿脚架吵醒家人，所以只拿了1.4x镜、2x镜、FE200-600G和A6300下楼手持拍摄月亮。第一张是260G+1.4x镜拍摄，原图裁剪到3000x2000的图，输出放大到4000x2667；第二张是260G+2.0x镜拍摄的，原图裁剪到4231x2821，输出依然是4231x2821，保留EXIF数据，效果大家自己看吧
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ahanyediqiu 发表于 2019-7-19 15:49
嗯，从绝对性能看R4对焦肯定不如A9，A9完成一次连续对焦只需1/20秒，R4是1/10秒，速度差了近一倍，且实时追踪合焦成功率达到近乎100%，但从目前已知的信息看，相对各自实时追踪对焦的合焦成功率二者相差不大，也就是说R4实时追踪对焦成功率是能达到95%以上没啥问题，速度再快也是浪费，除非今后固件升级将APS-C裁剪模式的10FPS连拍速度进一步提高（从商业考量索尼不会这么干的）。
就从索尼这次首次在R4的4K视频中加入“实时追踪模式”（眼睛、脸部、一般物体持续锁定追踪）看，其连续对焦基础性能，以及锁定追踪对焦也应好过A6400（其视频没有该模式），A6400“实时追踪模式”虽不及A9（100% 白头翁测试），但也足够好（98% 白头翁测试），所以，可以预判R4实时追踪对焦好过A6400，满足10FPS连拍合焦高成功率是没有问题的。
这样看来看，R4画质与速度平衡的综合性能远超D850是毫无疑问的，其画质与速度之间的价值也充分体现出来了，但与A9比较有两点不足，连拍速度和高感，这也是平衡机与专业速度机之间的差别，取舍就看个人不同的述求了。
...
是啊，相信7R4是不错的。技术总在进步，不同定位的机器交错提升性能。我的7R2可以考虑升级7R4了，用上A9后已经好长时间没用7R2了，隔代升级，靠谱！
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轮奂有致 发表于 2019-7-19 16:54
我认为衍射效应主要是光线通过“微凸镜”引起的，光圈缩小的影响是次要的，不知对否？
都有关系，对传感器来说产生的原因就是通过微凸镜，如果没有微凸镜，那么传感器捕捉光子的效率会大大降低（实际上其作用就是一个诱导聚焦，由于光子本身行径路线飘忽不定，有效干涉其行径路径就成为任何光学相关产品的第一要务，对相机来说摄影镜头就是第一干涉媒介，通过光圈来控制通过孔径大小，从而利用弥散圆特性来改变景深，传统干涉也就这个环节而已。有了传感器之后，由于光敏二极管很小并致密分布，即使通过镜头干涉，也不足以快速的把光诱导到其中，于是就有了微凸镜这玩意。其作用就是进一步诱导干涉，让通过镜头的入射光线更快的进入光敏二极管，以完成最原始的光电转换。
光本身飘忽不定的行径路线就叫衍射，而镜头的作用恰恰就是抑制衍射，从而更精准的诱导到目标，以完成利用光的工作。
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urin1010 发表于 2019-7-19 15:56
实际上很多人都不知道传感器上有个叫微凸镜的玩意，这玩意是传感器的一部分，随着像素缩小，着玩意也在缩小，其依然受制于光学基本特性，所以很多人认为衍射极限和传感器没关系也只是半吊子。先搞明白这玩意再去讨论吧。
我认为衍射效应主要是光线通过“微凸镜”引起的，光圈缩小的影响是次要的，不知对否？
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回复主题： 光圈衍射极限问题之——月亮代表我的心
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