第六期——像素真的重要吗？结果可能和你想的不太一样

最近几年，每当有手机厂商推出千元机的时候，在影像上都会突出“高像素”的优势。当然，我们也都清楚这些所谓的高像素更像是一个噱头，没有太大实际用处。

而巧的是，索尼最近推出了最新的主打拍照的A7R5，索尼的R系列主打的就是高像素，那么这个像素和手机像素是一个概念吗？是，但是最终效果会有如此大的差别绝对是有原因的。接下来就来探索一下吧。

让我们回到传感器的制作原理中。如果在百度搜索CMOS，你会发现它的用途不仅仅是相机的传感器，还可以是存储设备、也可以用来做集成电路，当然，咱们今天说的还是相机传感器。基本原理在第二期有讲过，这里简单回顾一下。

光通过镜头照到传感器上，传感器会将光信号转化为电信号，然后会有一个叫做ADC的对电信号进行模数转换，最后存储到内存卡中，这就是一张现代照片的诞生。在此期间，如果用小刀把传感器切成一小块一小块，它们就可以分别接收信号，最终就可以形成一个庞大的信息接收网，切的块数越多，像素就越多，理论上画面就会更精细。

如果忽略显示设备的分辨率，而去追求一张照片所能达到的极限的话，自然是越高像素越好，但事实并非如此。在一个大小固定的传感器上，如果像素数增多，就意味着单个像素面积会变小，只要面积减小，单个像素块接收光信号的准确度就会下降，最终会导致噪点。也就是说，像素面积不能无脑加大，需要有足够大的传感器面积进行配套才可以。

可是问题又来了。如果手机那么小就可以做到5000万甚至两亿的像素，那为什么相机不可以呢？首先，相机可以，比如富士的GFX-100S就搭载了中画幅一亿像素传感器，还有两亿、三亿像素的相机。但是更高的像素意味着更多的信息，更慢的处理速度，以及光学极限。

这里说的光学极限指的是衍射极限。首先，光透过镜片或者穿过小孔就有可能产生衍射现象，简单来说就是会乱跑。而恰巧，相机的成像原理就是小孔成像，用的还都是镜片。衍射现象可以通过更好的镜头来减弱，但是没有办法消除，于是就产生了衍射极限。

再来说一下另一个名词，最小弥散圆。光通过圆形的镜头，最终以一个个圆锥的形态到达传感器。对上焦的是圆锥，没对上的是圆柱，二者最终会平躺到传感器上，圆锥的部分清晰，圆柱的部分就模糊。最小弥散圆说的是圆锥最终能尖到什么程度，最小弥散圆越小，圆锥就越尖，画质就会越好。但是因为衍射极限的存在，不会有真正的圆锥，全部都是圆柱。所以最小的那个圆柱，就叫做最小弥散圆。

最小弥散圆和衍射极限的存在，导致单个像素面积必须到达一定数值，才能接收到有效信息，否则九个小像素和一个大像素接收到的信息一样，那就没有意义了。

也就是说，传感器像素越高，需要的是更好的镜头和更大的面积来“喂饱”传感器。

也也就是说，即使传感器像素很高，没有足够大的面积，没有足够好的镜头，像素再高也没有用。很显然，这些需求在追求轻量化的智能手机上是无法做到的。

那为什么手机厂商还会吹嘘拍照的高像素呢？

其实像素越高，无非是需要更好的处理器，还有更好的刻蚀工艺而已。刻蚀工艺越好，就能在小传感器上面雕刻出更多的像素数，更好的处理器可以更快处理传感器的信息，而这两个技术正好是在手机技术发展的路线上的。从因特尔的7mn，到台积电4mn、3mn工艺制程，从骁龙8到8gen2，这两项数值恰好是手机发展的大趋势，在这个趋势之下，手机像素便成为了最具性价比的“性能提升”。

总结一下，在衍射极限定理之下，单纯提升像素数带来的画质提升是不可取的，在工艺制程和处理器不断发展的今天，像素数也就成为了最简单的“性能提升”。大家在准备下一次买手机的时候，可不要单纯被像素数吓唬到了哦。

参考资料：

【硬核】A7R5像素真的够吗？再谈衍射极限光圈与高像素 从拜尔滤镜到奈奎斯特定理应用_哔哩哔哩_bilibili

衍射极限_百度百科 (baidu.com)

光的衍射_百度百科 (baidu.com)

CMOS（互补金属氧化物半导体的缩写）_百度百科 (baidu.com)

模拟数字转换器_百度百科 (baidu.com)

FUJIFILM GFX100S | Cameras | FUJIFILM X Series & GFX -中国 (fujifilm-x.com)

“双影像画质旗舰”索尼A7R5（A7RV）正式发布！一篇文章帮你厘清要点 - 知乎 (zhihu.com)

编辑人：思诺

资料收集：心雨

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2023.1.5