大像素还是高像素：从镜头看高像素的迷大像素还是高像素：从镜头看高像素的迷思思林沧一般来说，高像素的相机可以比大像素的相机拍出更清晰的图象，但这并非是绝对的能 否拍摄出高分清晰度的图像不仅要看相机传感器的像素密度，还得要看整个成像链的各个 环节这些环节包括：镜头的分辨能力，对焦精度以及按快门时的机身震动大小等等如 果成像链的任何一环保证不了高分辨率的要求，就无法发挥出高像素相机的优势，拍摄出 高分辨率的图像APS 画幅可以放多少万像素？1200 万够不够？1700 万多不多？135 全幅最多可以放多少 万像素？可以有多高的分辨率？镜头的分辨能力与传感器的尺寸以及像素的尺寸是什么关 系？是不是像素越多分辨能力就越高？像素增长的极限是什么？ 这些问题一直在争论不休， 难以形成一致的意见本文试图依托 DXO 的测试数据构建一个数学模型来解答上述问题DXOmark 网站不仅测试了的数码相机传感器的各种数据，而且测试了各种镜头包括分辨能 力在内的数据DXOmark 测试镜头分辨能力时是将要测试的镜头装到与此镜头配合的各型 数码相机上测试的数据可在下述链接中找到： Metric-Scores下面的图为 DXO 网站 4 支镜头在佳能不同机型上测试的结果：图一其中，镜头分辨能力的单位为 lp/mm，归一化到 135 全幅（24x36mm），横坐标上的像素密度要加 100。
具体数字见下表：表一从这些数据可以看出，镜头的实际分辨能力不仅与镜头有关，而且与传感器的像素密度有关通过分析比较这些数据，可以发现一些很有意思的结果，这些结果表明：1、由于镜头分辨能力的限制，实际拍摄出来的图像分辨率要小于相机图像传感器的分辨率；2、同样画幅相机大像素与高像素之间在分辨率上的差距减少了；3、画幅对实际镜头分辨率有很大的影响，全幅的实际分辨能力要大大高于同样像素密度的 apsc 画幅的机身，也高于像素数量更多的 apsc的机身最明显的是 5D 与 7D 比，全幅的 5D 只有 1300 万像素，其实际分辨能力比 1800 万像素的 7D 更高；4、APSC 画幅上 1200 万像素后，增加像素来提升分辨率的边际效用是递减的即增加像素后，对分辨率的提升作用越来越小全幅上1DS3 的分辨率比 D3x 的还高一点如何理解上述数据？可否根据这些数据以及摄影和光学的一些基础知识来构建一个理论模型来分析、比较镜头分辨能力、镜头分辨能力的利用率与像素的密度和传感器的尺寸之间的关系是一个有着实际意义的课题笔者不揣冒昧，抛砖引玉，提出自己的观点，欢迎有关人士提出批评和质疑如确实是我的错误，我会修正自己的观点并向指出者表示感谢。
如果没有驳倒我的观点，我会继续坚持希望能够通过质疑和修正，达成对上述问题的共识欢迎引用我的观点，但请注明来源和出处一些基本的概念和知识一些基本的概念和知识一、爱里斑、象差、弥散圆、瑞利判据和理想镜头一、爱里斑、象差、弥散圆、瑞利判据和理想镜头1、爱里斑、爱里斑镜头在焦点上投射的不是一个几何点而是一个弥散圆这个弥散圆的大小受到衍射和像差的影响衍射是由于光的波动性产生的现象，其表现形式就是爱里斑最重要的衍射源是镜头孔径光阑的边缘，点光源经过一个理想（即无像差）镜头成像后，像点是一个具有特殊性质的光斑，而不是几何成像理论推测的点Airy（爱里）在 1835 年发现了该现象，该图案即称为爱里衍射图图二爱里斑的直径与光的波长、像距镜头的距离、镜头的孔径有关，具体计算公式见上图对于聚焦于无穷远或近乎无穷远的情况下，波长为400nm 的蓝紫光，孔径为 f/8 的理想镜头，爱里斑的直径为 0.008 毫米可以将它与有象差镜头中通常采用的弥散圆直径 0.03-01 毫米相比较注：本段以及上图均引自《大不列颠摄影教程》第九版的中文版，吉林摄影出版社 2002 年出版，以下相同2、象差、象差实际的镜头，尤其是简单镜头，只是对理想镜头的一种近似，有以下三个原因：（1）玻璃的折射率随波长变化而变化；（2）透镜表面通常为球面；（3）光具有波动性。
这些与理想成像的偏差称为透镜误差或光学像差由（1）引起的效果叫做色差，由（2）引起的效果叫球差，由（3）引起的效果称为衍射效应（爱里斑）一般来说，像差对像质的劣化作用会随视场角及孔径的增大而加大有 7 种初级色差和球差其中两种直接误差或轴上像差影响像方视场的所有区域及中心区域，称为轴向色差和球差其它五种象差只影响斜入射通过透镜的光线，并且不影响中心区域，这些斜误差或轴外像差的作用随像点距透镜的距离增大而增大它们分别是横向色差（倍率色差）、慧差、场曲、像散和（曲线）畸变它们对象质的影响随着视场增大而增大《大不列颠摄影教程》，p.125)3、弥散圆、弥散圆如果摄影镜头的 f 数由最大值逐渐减小，则像差会逐渐减小（除了倍率色差和畸变），但衍射会逐渐增强在大孔径时衍射效果较弱，但此时未校正的高级象差会降低像质在缩小孔径时增强的衍射与减小的像差之间应取得平衡这意味着对于一个有像差的镜头应该有个最佳孔径，通常从最大光圈缩小 3 档光圈对于绝大多数镜头，缩小量不会很大，通常其最小值为 f/16 或 f/22,此时衍射效应可能不明显，实际情况还会随景深增大而增强对于广角镜头，由于残余轴外象差的存在，在不同的孔径上有不同的性能。
此时，使用小光圈是比较有利的，这同样也适用于变焦镜头对于近距摄影、宏观摄影及放大，有效孔径远大于标定的 f 数，相应地，衍射效应比用于远物摄影的镜头要强在这种情况下，镜头应在最大光圈下使用以给出整体上清晰的像《大不列颠摄影教程》，p.140)可见，镜头在焦点上投射的光斑不仅受到衍射的影响，还会受到像差的影响，二者的作用是相反的可以用弥散圆来表示在衍射和像差共同作用下的光斑这里说的弥散圆与景深计算中所涉及到的弥散圆有所不同，景深计算中弥散圆的出现是偏离焦点的结果，在焦点上是一个几何点这里所说的弥散圆就是景深计算中在焦点上的那个点4、瑞利判据、瑞利判据镜头的分辨率（R）是指其对两个相邻点细节成像的能力，主要取决于镜头的残余像差大小、孔径光圈的衍射以及物体的对比度（亮度比例）在实际摄影中，使用分辨能力（RP）更有助于分析成像质量，RP 是分辨率 R 的倒数RP = 1/R = 1/d瑞利在 1879 年将衍射与分辨率之间的关系作为一个准则而提出来他指出，对于像中亮度相等的邻近两点，只有当其中一个点的主亮度最大值与另一个点的第一亮度最小值相重合时，才能刚好分辨开它们如果将该准则用于两个爱里衍射图，则对一个性能只受衍射限制的镜头来说，其线性分辨率为爱里斑直径的一半，即R = 1.22λN式中 N 为镜头的 f 数，单位为毫米（mm)，因此，其分辨能力为RP = 1/R = 1/（1.22λN）其单位是毫米的倒数（1/mm)或周/mm，或是线对/mm（lp/mm)。
对于波长为 400nm 的蓝紫光，爱里斑的直径约为 0.001Nmm，这样，对孔径为 f/8 的镜头，爱里斑的直径为 0.008mm，可以将它与有象差镜头中通常采用的弥散圆直径 0.03-0.1mm 相比较对于一个无像差镜头，0.008 毫米的爱里斑对应的分辨能力为250lp/mm 左右，而实际的镜头会有残余像差，会降低其性能，即所谓的伪分辨率，使得其实际的分辨率约为理论值的 1/4若测试物体的对比度由 1000:1(白区域与黑区域的比例）降低到 5:1（更普通常见的物体），则分辨率还会进一步下降需要对各种不同对比度物体进行测试以给出有效的数据《大不列颠摄影教程》，p.138-p.140)5、理想镜头、理想镜头所谓理想镜头是指没有象差，只受衍射影响的镜头，衍射是自然现象，无法用人工来消除实际上，在 f/8 光圈下，很难有超过 200lp/mm 的镜头capss 兄指出，蔡斯公司 2004 年推出过一款分辨能力高达 400lp/mm 的镜头——ZM-Biogon 25但这支镜头测试的时候光圈是开在 f/4，与此光圈下的爱里斑直径很接近所以蔡斯公司才会宣称：The result was a whopping 400 lp/mm on film, recorded with the Biogon 25 at f/4 in the center of the image. This value, 400 lp/mm, corresponds to the maximum resolution theoretically possible at f/4; in other words it represents the calculated “diffraction limited” performance at this aperture. It is noteworthy that this test was conducted with a production lens on a production camera, indicating that the film was precisely positioned and flat. Frame/30536193ed0c97a7c125711c006fc2c2这个 f/4 下的最高分辨能力已经与理论上的最大值一致。
也就是说，与计算出来的在这个光圈下的“衍射限制”一致这表明这只镜头基本上没有像差因此，我们可以推论，如果这支镜头的光圈开在 f/8，其测试的分辨能力应该与 250lp/mm 的理论值很接近，但不可能超过 250lp/mm，因为250lp/mm 是 f/8 光圈下的衍射限制衍射限制由于镜头的分辨能力与光圈有关，在不同的光圈下会有不同的分辨率因此，比较镜头的时候应该开在同一挡光圈下来比较，否则无法比较出哪一支镜头有更高的分辨能力或者像差更小，更接近理想镜头由于 f/8 是常用光圈，一般不明确标出的话，镜头的分辨能力比较都是在f/8 光圈下所以，一般认为 200lp/mm 是一个比较高的分辨能力，目前市场上销售的大多数镜头都在 200lp/mm 之下，很少有超过200lp/mm 以上的镜头即便有，也只会在几个像差容易控制的焦段上，如 50 毫米焦距等从像差的种类来看，除了轴向色差和球差外，其它 5 种像差都与视场角有关，也就是说其会随着画幅的增加而增加小 DC 由于传感器的尺寸小，主要像差是轴向色差和球差而轴向色差可以用两种不同的材料（光学玻璃或者树脂）的元件组合在一起，通过适当的控制参数使其色差相互抵消。
产生球差的原因是因为透镜的表面是球面，通过适当选择两个球差大小相等但正负相反的正负透镜组合可以校正球差所以，可以通过将两种不同材料的正负透镜胶合在一起，可以同时消除色差并校正球差和慧差，在小视场、小孔径情况下能到令人满意的结果可以看出，小 DC 的镜头那怕是用塑料做镜片，也有着天然的优势，会比用于大像场的镜头有着更高的分辨率，很容易达到衍射限制因此，小 DC 要拍得清晰应该尽量使用大光圈，以充分发挥视场小的优势反之，画幅尺寸增加会使得镜头的孔径也增加，像差校正会变得很困难要做到衍射极限很不容易，成本也很昂贵在讨论中，capss 兄不仅给出了蔡斯这支镜头的链接地址，并且还给出了 Zeiss 50/1.4 这支镜头的分辨能力是 180lp/mmcapss 兄还认为，机身的实际分辨能力应该按公式 1/R = 1/r1 + 1/r2 + ...，来计算Zeiss 50/1.4 的镜头分辨能力是 180，在使用分辨能力为 200lp/mm 的胶片时，根据公式 1/R = 1/r1 + 1/r2 来计算，其实际分辨能力只有94.7l。