我也发篇相机的良心。转自我的QQ空间
1608 22
[1 楼] 维达勋爵 [泡菜]
13-12-11 17:13

看了篇揭秘主流相机的设计良心。看了,虽然有些观点正确,但是不得不说错误太多。

任何人关心相机,关心相机的人,都会问这玩意清晰度怎么样。清晰度是个很模糊的概念,牵扯的东西很多。但是大家现在在买相机、买镜头的时候都会问问分辨率的问题。分辨率有2个地方会牵扯到,一个是相机上的CCD(底片);一个是镜头。
相机的分辨率很简单,厂家给到的样本、网站上都有。举2个目前最高端机子的参数:
佳能EOS5D MARK II (资料来自百度)
有效像素数(万个):2110
最高分辨率(像素):5618×3744 图像分辨率(像素):
NIKON D800 (资料来自官网)
35.9 × 24.0mm CMOS 传感器(尼康FX 格式)
FX (36 × 24) 图像区域 7360 × 4912(L)
太高了啊!当然,实际拍出来的片子也绝对很棒。

在说下文之前再引用一个教材中的例子,CODEV 9.5软件自带的英文原版教材。这个软件可能很多摄影的朋友没听说过。我先介绍一下,光学设计软件的No.1。哈勃望远镜据说就是这个软件设计的。国内除了大户之外几乎没有用,因为正版的很贵。为什么要说它呢?因为这个教材当中有一个设计镜头的入门,介绍一款数码相机镜头的设计,其中有分辨率指标的详细推算过程。为什么要引用它呢?居然国内没有一本教程有这样的简单公式。国内的大部分教程全是直接给到设计指标的,从来没有说这些指标是为何而来的。光学设计手册里可能也有这个公式,我印象不深了,可以再去查一下。
教程全英文,我翻译部分内容:(大概在教程的第20页)
设计一个配合使用安捷伦FDCS-2020 CCD传感器的数码镜头
安捷伦 FDCS-2020 的面阵尺寸是3.55*4.74mm;单个像素尺寸是0.0074mm* 0.0074mm (一块典型的640*480分辨率的黑白CCD)
文中给到了推算镜头分辨率设计指标的公式
1/(2* 0.0074)=67.6线对/mm (根据像素的尺寸反推的,根据相邻的2个像素可以分辨一条黑白线对)
接下来该镜头的设计中以68线对/mm(我认为这是代表图像的细节)和17线对/mm(我认为这是代表图像的轮廓)的分辨率输入MTF对话框进行镜头评估,来评估优化后的设计结果。
同时文中解释:这是因为高于这个分辨率的光线将无法被CCD识别。
我补充说一句:这也是为什么很多CCD或CMOS要加低通滤镜的原因。不加低通,就会产生干扰条纹。

我根据佳能、尼康给到的数据推算了一下它们的单个像素尺寸 :(应该是考虑了彩色CCD的结构后的数据,新数码相机国标我没有,里面应该有有效像素标示的具体规定,因此下面的推算照搬厂家的数据,可能有不对的地方)
佳能EOS5D MARK II 的单个有效像素尺寸0.0064mm*0.0064mm
NIKON D800 的单个有效像素尺寸0.0048mm*0.0048mm
还是根据这个公式推算一下:
佳能EOS5D MARK II 需要镜头能达到的最高分辩率1/(2* 0.0074)=78.125 线对/mm (可以考虑简化为78线对/mm)
NIKON D800 需要镜头能达到的最高分辩率1/(2* 0.0048)=104.166   线对/mm(可以考虑简化为104线对/mm)
知道这个结果我呆了!
也就是说佳能5D2需要78线对/mm来描写细节,才能发挥它的最高性能;NIKON更是离谱到需要104线对的分辨率。
就算我计算错误,折上一半,5D2也需要至少39线对/mm,D800需要至少52线对/mm。
目前的镜头能做到这一点吗?
国内的传统国标,针对135相机的,也就是36X24mm底片的相机,评价标准是25线对/mm(细节)、10线对/mm(轮廓)
是我们的专家脑残吗?绝对不是,而且胶片的时代,光学的高手是很多的,我们现在用在教材全是那个时代留下来的。只要懂点设计的人肯定会惊呆,35mm胶片的镜头(尤其是50mm标准镜头)根本设计不出这么高分辨率的镜头,25线对/mm已经是很高的标准了,现在也是一样。
来看看一款经典产品的MTF官方图:
EF 70-200mm f/2.8L IS II USM


佳能给到的最高评价标准时30线对/mm。尼康的没有公布,或是我没有找到,估计也差不过。实话实说,佳能的这款镜头的前身我就用过好多年,的确很不错的!没有贬低它的意思。

为什么不公布更高分辨率的MTF图,应该也是可以在软件上输出的,但是估计会很难看。 35mm画幅相机的镜头应该能分辩到100线对/mm,没问题。就是那时候的MTF纵坐标值会很低。

我曾经在合肥推广蔡司手动镜头的时候遇到过下面真实的一幕:
1位好心大妈,拿着NIKOND70来试用ZEISS的50mm F1.4。装上去对着模特拍了一张,在相机上放大了看头发的细节,发现完全是模糊的。马上投诉了。我用自己的相机也拍了一张,同样的效果。那个时候我已经在学一些镜头设计的知识了。马上知道理论和实际结合上了。我马上重新拍了一张。放大给大妈看。这次头发丝丝毫毕现。店老板马上解释,蔡司可是世界一流的镜头。大妈将信将疑的离开了。
为什么会有2个效果?
第一次大妈和我看了黑色头发丝内部的差异,的确很模糊,这是真正的细节部分,也就是高分辨率的评价指标对应的内容。
第二次,我拍了发丝和脸部叠加的特写,黑色的头发在肉色的皮肤之上 ,这是轮廓,也就是低分辨率的评价指标对应的内容。
蔡司是有这个问题吗?是有,而且其他牌子镜头也有,无法从本质上解决的!下一篇里来具体说说为什么标准镜头很难做到这点。
我说的仅仅是大部分标准镜头做不到。但是大部分长焦镜头做的到的。我相信佳能小白就可以展现头发丝的细节,官方公布的MTF已经说明了这一点。

总结一下:现在最好的单反相机在一切都状态良好的情况下,仅仅镜头本身的光学性能一项就拖累了它的表现。

为什么要啰嗦这个事情?

是想借分辨率这个事情说一点事,相机是个牵一发而动全身的玩意,某个指标不足就会拖累相机最终的表现力。 拖累相机的远远不止这一项,有镜头、有对焦系统、有镜箱的尺寸、有机械装配上的误差、有CCD尺寸、有震动、有眼睛的误差,太多了。在这里我也先给迷信大片幅的朋友泼个冷水,CCD肯定不是越大越好的,当然也不是越小越好。

最后为3/4的兄弟鼓鼓气。加写一段,根据我的理论分析,3/4镜头的像场小,非常有利于提高像质,事实上也是如此。决定相机质量的将是像素尺寸而不是像素总数。因为像素尺寸大,落到上面的光线多,信噪比高。大家完全不必迷信索尼和尼康的高像素。看看A7R和D800相对发闷的色彩就是这个理论在实际中的表现。另外CCD小,有利于光线垂直入射也很重要,3/4卡口在原始设计时就强调这点。别迷信全幅。

本帖由 iPhone5 客户端发布
[23 楼] 霜叶舞秋山 [泡菜]
13-12-21 11:05
3/4是什么
本帖由安卓客户端发布
[22 楼] zhrzsj [资深泡菜]
13-12-21 10:52
LZ的理论成立有个前提是:
小底=像素密度底
大底=像素密度高?
[21 楼] teawine [泡菜]
13-12-20 22:51
kempff 发表于 2013-12-12 07:56
楼主说了不少感觉是很中肯的道理,但是有一点我比较迷惑。楼主说的主要意思就是,光学镜头的分辩率难以喂饱当今高像素的感光器。具体一点就是说高像素的感光器由于高像素密度,相应镜头需要的分辩率就必须高才能不浪费每一个像素。这个道理楼主用了很大的篇幅去论证,这个观点我是认同的。

可是结论方面,我觉得这只能说明像素密度越大,对镜头要求越高。所以120镜头不需要很高分辩率,就可以实现很清晰锐利的成像,恰恰因为底大像素密度相对低;135全画幅其次,而小的底对镜头分辨率要求就必须非常高。虽然小底有垂直入射等好处,但也许这还是抵消不了像素密度大对镜头分辩率苛求高的坏处,更还没有算密度大导致电路干扰增大画面质量受影响的因素。楼主原帖有不少数据去论证镜头分辩率的观点,但是并没有数据去论证小底优势大于劣势,以及小底对镜头分辩率的要求和目前镜头的实际分辩率的对比情况。

我自己也是m43用户,纯属技术探讨。


我也是这么理解的。呵呵。貌似LZ的分析,前后有矛盾之处。
[20 楼] 维达勋爵 [泡菜]
13-12-12 13:00
我的本意不是夸大4/3的效能,没有把它捧上天的意思。每个系统都有它自己的设计思路,各有利弊的。我的原意是现在的厂商喜欢拿数据说事,尤其是那些吹超高像素的、吹全画幅的。其实这东西追求到一定的程度就该收手了。迷信这玩意,不一定是好的。真的没必要跟风。尤其是期待把徕卡手动头转上去的朋友,千万谨慎。

当然现在能依靠数码技术来修正一些缺陷,但是数码修正同样不是万能的,而是的信号质量好些不是更好吗?

补充:

多说一句转接,我转了徕卡90F2到4/3的奥巴EM5,结果败给原厂75定焦;M50F1.4ASPH,同样没有优势;16-18-21,真的可以转,但是没有意义;也转了宾得A50F1.4,作为这么老的镜头表现还可以,但比徕卡差一截,没啥优势。用了一圈,发现松下和奥巴的原厂高级款的几个头比转接上去的要好很多,即使在自动对焦的情形下,依然发挥出非常高的光学性能。为什么?像场小带来的好处。

对4/3我也是很偶然的机会才买的(怀念OM4TI是一个动机),原来也嫌这东西成像面积小,像素密度高,而且反应还特慢。不过现在用下来觉得这类机子的可玩性是很高的,拿来做商业的恐怕没戏,但是确实很有把玩的乐趣。35mm是重头戏,一直是我的主力机种。可惜我不干商业摄影,机器大部分在睡觉。每次取机器都会觉得有点大,有点重,还是取微单吧。

至于120,我有太多想说,这机器其实真的不好,是各方面的全部不好,几乎没有优点。以后慢慢说。

4/3也好,微单也好,目前都是在发展阶段,确实不成熟。尤其是4/3,生存空间真的不大。希望厂家能继续出好玩质量又优秀的机子造福大家。
[19 楼] 冰狗 [禁言中]
13-12-12 10:49
很近的法兰距,超过2.0的大光圈,奥巴已经放弃垂直入射理论了,楼主怎么还拿这个说事?
我觉得楼主应该去说服广告公司放弃120数码相机,全部换M43算了,高感还好过。(所有的120数码最高ISO基本都不超过800的)
[18 楼] kempff [老坛泡菜]
13-12-12 08:55
nikoff 发表于 2013-12-12 08:30
看起来你是说像素密度对镜头的分辨率要求高,可是在M4/3上的1600万像素的像素密度已经不低了,基本上与APSC或去年的FF的主流像素密度一致。剩下的还有什么?光线垂直?


M4/3上的1600万像素应该大致相当于FF上的6400万像素,这样的全幅現在还没有出呢。

d800的密度换到M4/3应该大约是9百万,d700则大约是3百万。

其实,9百万如果每个像素都清晰,这个分辩率也差不多够了。
[17 楼] 罗亚 [泡菜]
13-12-12 08:45
文章有点糊,能不能换个题目:

目前镜头的分辨率,早已无法满足现代相机感光芯片的需求。
[16 楼] nikoff [泡菜]
13-12-12 08:30
看起来你是说像素密度对镜头的分辨率要求高,可是在M4/3上的1600万像素的像素密度已经不低了,基本上与APSC或去年的FF的主流像素密度一致。剩下的还有什么?光线垂直?
[15 楼] yifanker [资深泡菜]
13-12-12 08:18
看了半天,感觉LZ的意思含糊不清,貌似指镜头分辨率差劲,再大的画幅,再大的像素没意义,所以,3/4千秋万载,一统江湖

可是,我只听说过4/3系统,没有听过3/4的系统
[14 楼] xeransis [老坛泡菜]
13-12-12 08:10


  1. 放大到100%, 同一个镜头达不到很高的分辨率, 3600W像素的比900w像素的要差是很可能的;
  2. 缩图到同样大小, 同一个镜头, 3600w像素的机器绝对比900w像素的要好。
  3. 不管是同样像素密度,还是同样总分辨率, (缩图到同样大小后) 底越大成像越好是必然的。

   小底给了更好的便携性,仅此而已。
[13 楼] kempff [老坛泡菜]
13-12-12 07:56
楼主说了不少感觉是很中肯的道理,但是有一点我比较迷惑。楼主说的主要意思就是,光学镜头的分辩率难以喂饱当今高像素的感光器。具体一点就是说高像素的感光器由于高像素密度,相应镜头需要的分辩率就必须高才能不浪费每一个像素。这个道理楼主用了很大的篇幅去论证,这个观点我是认同的。

可是结论方面,我觉得这只能说明像素密度越大,对镜头要求越高。所以120镜头不需要很高分辩率,就可以实现很清晰锐利的成像,恰恰因为底大像素密度相对低;135全画幅其次,而小的底对镜头分辨率要求就必须非常高。虽然小底有垂直入射等好处,但也许这还是抵消不了像素密度大对镜头分辩率苛求高的坏处,更还没有算密度大导致电路干扰增大画面质量受影响的因素。楼主原帖有不少数据去论证镜头分辩率的观点,但是并没有数据去论证小底优势大于劣势,以及小底对镜头分辩率的要求和目前镜头的实际分辩率的对比情况。

我自己也是m43用户,纯属技术探讨。
[12 楼] kv3100123 [资深泡菜]
13-12-11 23:54
胡言乱语而已
不必认真
[11 楼] fr123 [泡菜]
13-12-11 23:43
不错,虽然半懂,但是很同意LZ说的,感应器并不是越大越好,也不是越小越好。
用过半幅,然后跟风追捧过全幅,最后醒悟,全幅虽好,可自己水平还没到,反而体积小,便携多拍的器材才是最适合自己的,这方面我认为如今市场上最符合我个人要求的就是M43。
故毅然出清,入M43
本帖由 iPhone6 客户端发布
[10 楼] 高调未果 [泡菜]
13-12-11 23:41
不明觉厉
本帖由安卓客户端发布
[9 楼] 绿草地 [陈年泡菜]
13-12-11 21:38
最后一句话应该是全幅和M43各有利弊。
[8 楼] longbowswift [泡菜]
13-12-11 21:30
笔下千言  离题万里   
回头慢慢指出楼主叙述不准确的地方
[7 楼] MacWin [资深泡菜]
13-12-11 19:38
Otus就是解决这个问题的!
本帖由 iPhone6 客户端发布
[6 楼] 小猪叮叮 [资深泡菜]
13-12-11 18:56
那中画幅的机器看了这片文章情何以堪
本帖由 V2.5.0 iPhone 客户端发布
[5 楼] RX10 [泡菜]
13-12-11 18:19

呵呵
看看有多少人愿意听LZ的理论出了手里的a7R和D800入M43的
[4 楼] 八大行星 [资深泡菜]
13-12-11 17:46
原文没有全看懂。但结论无疑是应该被支持。迷信全幅是没有意义的。
[3 楼] StevenYet [泡菜]
13-12-11 17:39
恩,我要全部器材出了买m43系统
[2 楼] 见义忘利 [老坛泡菜]
13-12-11 17:28
维达勋爵 发表于 2013-12-11 17:13
最后为3/4的兄弟鼓鼓气。加写一段,根据我的理论分析,3/4镜头的像场小,非常有利于提高像质,事实上也是如此。决定相机质量的将是像素尺寸而不是像素总数。因为像素尺寸大,落到上面的光线多,信噪比高。大家完全不必迷信索尼和尼康的高像素。看看A7R和D800相对发闷的色彩就是这个理论在实际中的表现。另外CCD小,有利于光线垂直入射也很重要,3/4卡口在原始设计时就强调这点。别迷信全幅。


这样的话,是不是一寸的底更容易做好呢