衍射极限、MTF与像素大小(2)

一、线对越多，MTF越高，镜头就越好吗？

　　现在来说说第二个问题吧。假设有两个镜头，一个到30lp/mm时，MTF就降到了0.5；而另一个直到60 lp/mm时，MTF才降到0.5。那可不可以说后一个镜头好呢？

　　首先我们来想一下，什么是好镜头呢？从纯技术角度说，就是拍同样的景物，看到的细节比较多的那个镜头比较好喽。那这样看来是不是上面说的后一个镜头比较好呢，因为它MTF好，细节比较多嘛。但我们别忘了还有另一个前提，“拍同样的景物”。是啊，后一个镜头在像面上是能分辨更多的条纹。但如果它视场比较小呢，为了看到同样大小的景物，它就得距离远一点，把景物缩小到感光芯片的范围内。这样一来，换算到物方，谁能看清更多的细节还真不好说。

　　我们再来说得具体一点吧。假设那个30线对的镜头是一个全幅单反上的，全幅单反的CCD大小为36*24mm，我们假设它的像素大小是1000/30/2=16微米，这样它刚好能充分利用镜头的分辨能力。1mm长度上就有60个像素，那我们的像素数就是36*60*24*60=3.1e6，310万像素；而另一个镜头呢，它是一个手机的镜头模组，我们假设感光CMOS和iPhone5S这么大吧，网上查到它的大小是1/3"，大概是4.89*3.67mm。同样假设像素大小刚好够用，1mm长度上120个像素(看了前面的文章，你应该明白再来更多的像素也没有用，镜头分辨力有限)，那么它的像素数是4.89*3.67*120*120=0.26e6，26万！！想象一下，比如有一幅画，你用单反去拍(配上前面那个镜头哦)，使之刚刚好充满视场，那这幅画会被分成310万个像素；同样的一幅画，你用手机去拍呢，只有26万个像素点。你说谁能看到的细节更多呢？

　　所以我们可以得出结论了：看一个镜头好不好，不能光看数字，多少线对时MTF是多少，得结合应用场合来看。当然如果两个镜头都用在同样规格的感光芯片上，在同样的线对MTF越高当然就越好了。

二、感光芯片的像素数

　　你可能不服气，前面两个镜头，MTF曲线都是你随口编的，最后算出来iPhone5S只需要26万像素就够了，简直贻笑大方。实际手机用的镜头，MTF能分辨的线对，比你这个高多了，否则5S为何还要做到8MP(3264*2448)。嗯，好，我们严谨一点，用真实的iPhone5S的数据来计算点东西。

　　网上查到的iPhone5S数据如下：

　　镜头：5片塑料镜片，F2.2，焦距4.12mm

　　感光芯片：大小4.89*3.67mm，像素大小1.5微米，像素数3264*2448。

　　首先:3264*1.5e-3=4.896，2448*1.5e-3=3.672，和感光芯片大小一致。

　　镜头的MTF数据查不到，我们就按像素大小来，我们假设镜头保证不拖后腿。那就是1000/2/1.5=333lp/mm。看吧，前面编的数据果然胡扯，和实际情况相差太大了。别急，前面本来就是为了方便比较，随便举的一个例子嘛。我们从另一个角度看，iPhone5S的镜头能分辨到333线对，而一般单反镜头呢，你去看测评报告，都是30lp啊。如果说iPhone5S的5个塑料镜片就比光学厂家辛苦设计的单反镜头好，谁也不信吧。是不是再次证明了前面的那个结论呢。

　　放眼当今手机界，iPhone5S才800万像素，太少了，简直比山寨机都不如啊。试试帮它把像素数提高点吧。要提高像素数，有两个办法，一个是维持像素大小不变，直接增加像素。这样的话感光芯片大小就会增加，同时镜头大小也有随之增加，整个CMOS模组体积就要变大，不划算。另一个办法就是维持感光芯片大小不变，减小像素尺寸。那样其实对镜头的分辨能力要求就更高了，5片塑料片可能不够。不，我们假设镜头足够好，你尽管减小像素尺寸就行了。根据我们前一篇文章的理论，像素大小最小能做到1.22λF，假设λ=550nm，那像素大小就是：1.48微米！！！看了iPhone5S已经尽力了，800万已经是上限了。再高也是虚的，忽悠人的。苹果还是挺厚道的。

　　另外，现在的手机，为了像素做小，F数都做得比较小。这就对镜头像差提出了很高的要求。而有时为了控制成本呢，在镜片数量上又会扣扣索索的，明明要用5个镜片，却只用4个，因此像差控制，就不那么好了。所以有时光看F数，只计算衍射带来的像质退化是远远不够的。只能说从F数计算出来的最大像素数是一个上限，实际上还应该要打不少折扣的。另外就是手机像素做这么小，信噪比很差，画面纯净度也就不能与专业相机的大像素感光芯片比了。

　　至此，我们已经可以对奸商的忽悠保持相当程度的辨别能力了。

——什么？你这个手机能做到2000万像素？

——是的，拍照功能强是我们最大的特点。这个分辨率是市面上最高的。

——请问感光芯片尺寸多大？像素大小多少啊？镜头F数多少啊？用了几个镜片啊？

——对不起，这些数据无可奉告。

——呵呵。