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Re: [問題] 為什麼會有撐不起高畫素的鏡頭

Furch 發表於 2022/10/2 下午8:36:18
看板DSLR標題Re: [問題] 為什麼會有撐不起高畫素的鏡頭作者
Furch
 (呼嚕嚕)時間推噓爆 推:139 噓:0 →:11

※ 引述《Richard77523 (拖鞋打蟑螂)》之銘言：

這個問題用圖形來解釋比較快。
鏡頭的目的是將光線聚焦並成像，雖然一顆鏡頭通常有許多枚鏡片，
但概括來說，在做光學分析的時候，我們可以將它簡化並視為是一個薄透鏡系統。

我們先假定有兩顆光學素質完全不同的鏡頭，
第一顆是光學素質不好的廉價鏡頭，姑且叫它爛鏡：
https://imgur.com/11AC8TD
↑這裏我們先用一片球面鏡片來模擬基礎鏡頭的光學素質

https://imgur.com/YRZoIfW
https://imgur.com/Dl7VF7N
↑在這範例中，爛鏡有著很明顯的球面像差，雖然它同樣擁有聚焦的能力，
但成像並不會完全聚集在一點上，而是會成為一個由中央往邊緣發散的圓。

第二顆則是只存在於理論上的完美鏡頭，就叫它絕世好鏡吧：
https://imgur.com/zMCPIGL
↑這顆絕世好鏡完全忽略包含球面像差在內的各種像差，是一顆完美的鏡頭，
所有成像都清楚匯聚在一個點上，而且這個點十分扎實。

https://imgur.com/PcJnC9t
↑現實中要做到這樣的效果，通常會凹透鏡與凸透鏡的組合來消色差，
並需要許多顆特殊鏡片來校正，這裡為了方便對比，我們用理論上的完美鏡頭來比較。

把這兩顆鏡頭放在一起對比，差距是很明顯的：
https://imgur.com/aP62knG
↑如果把鏡頭成像給視覺化，爛鏡的成像會是比叫鬆散結構不扎實的圓，
而絕世好鏡的成像則是一個點，如果鏡頭是完美的，理論上這個點能夠趨近無限小。

放在一起對比：
https://imgur.com/NjADtM4
↑左邊是具有球面像差的爛鏡成像，右邊是絕世好鏡的成像。

那麼，這不同的成像會如何與高畫素有關？
我們再舉兩顆感光元件的例子。

https://imgur.com/gJtAJpC
↑這是一顆採用 Bayer Filter 的感光元件，
在這個 Bayer Matrix 中，包含了經典的 RGGB 排列
在圖中的排列形式是：
GB
RG
https://imgur.com/IjV8l0O
↑這四個子像素構成一個像素點（Pixel）
也就是說如果把這塊 Bayer Matrix 視為一顆感光元件，
那麼它具備 5x3 = 15 畫素。

我們再來看另一顆感光元件，
https://imgur.com/xisF69a
↑同樣是 Bayer Matrix，它具備更多的 pixels，即 8x5 = 40 畫素。

接著把我們前面提的兩顆鏡頭的成像，分別放到這兩顆感光元件上面試試。
https://imgur.com/9jMO98X
↑這是爛鏡的成像，可以看到影像雖然不是那麼扎實，
但大致上仍然只有最中央的 Pixel 接收到光線。

https://imgur.com/b13Uk8l
↑這是絕世好鏡的成像，可以看到成像很明確的聚焦在感光元件上，
僅只有最中央的 Pixel 接收到訊號。

如果我們把這兩顆鏡頭換在更高畫素的感光元件上，那麼：
https://imgur.com/IpNFYAO
↑這是爛鏡的成像，可以看到不僅只有中央 Pixel 接收到光線，
四周的 Pixels 也接收到了。

https://imgur.com/QxqSI2p
↑這是絕世好鏡的成像，即使畫素變高了，
成像也幾乎都仍在中央的一顆 Pixel 上。

這就是為什麼高畫素機身需要解析力更好的鏡頭，
因為在解析度更高（畫素更高）的機身上，
鏡頭原有的像差與光學缺陷都會被放大，
而這些缺陷在畫素較低的機身上卻相對不明顯。

這個問題再講下去還會牽扯到 MTF 的定義還有最小模糊圈什麼的，
其實真的完全解釋清楚會很大一篇....先這樣好了XD

: 小弟覺得很納悶
: 光學不就是對焦而已嗎
: 為什麼鏡頭的光學素質和高畫素有關係呢??

你的意思應該是「聚焦」，
「聚焦」指的是把光線齊聚在一點上並成像的能力，
「對焦」則是調整聚焦位置之意，兩者是截然不同的。

舉例來說：
https://imgur.com/X22fhFj
↑上面是一顆 Tesar 結構的鏡頭，下面則是一顆 Planar 結構的鏡頭，
相比起我們前面舉的爛鏡例子，這兩顆的「聚焦能力」都明顯更好，
這也是一般我們定義的所謂「光學素質」。

但對焦指的是調整成像位置，像是這樣：
https://imgur.com/pEBFjk9
↑以前面的 Tesar 鏡頭舉例，藉由調整鏡頭中鏡片的位置，能夠調整對焦點，
而移動的這部分也會被稱為是「對焦鏡組」。

當然，鏡頭的對焦設計也分很多種形式，
像是整組鏡群一起移動的全群對焦／外對焦，就是最簡單粗暴的一種，
結構簡單不需要額外可動部件，常見在老鏡與平價定焦鏡頭身上。

而像是上面這種移動少數特定幾枚鏡片的形式，一般稱作內對焦，
對焦也會牽涉到焦距改變跟呼吸效應的問題......啊..離題了
這個寫下去也是超長一篇，先這樣好了XD


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這裡是 Furch Lab 攝影實驗室，我們下次見～～

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※ PTT留言評論
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 1.162.4.233 (臺灣)
※ PTT 網址
※ 編輯: Furch (1.162.4.233 臺灣), 10/02/2022 20:39:36
推

jeffc81573110/02 20:41Furch攝影教室

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k912030310/02 20:45推好文，專業圖文說明

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NewTypeNeo10/02 20:47新鏡頭不一定不是爛鏡而老鏡頭也不一定不是絕世好鏡

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weilsea10/02 21:07看id先推再說

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dklassic10/02 21:08推 Furch XD

推

mac092510/02 21:08推好文，解釋清楚

→

KasmirLo10/02 21:11話說理論上的絕世好鏡散景會是什麼樣子

校正趨近完美的鏡頭，散景反而不會是最好看的那種， 我覺得自己用過的鏡頭中，135GM 就很接近這個例子， 畫質趨近完美，但追求的不是最好的散景。

推

a102224210/02 21:11推

※ 編輯: Furch (1.162.4.233 臺灣), 10/02/2022 21:14:47
推

Cliff0710/02 21:15敲碗拿XH2 評測新舊35.4 33.4的對比

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cklppt10/02 21:15老讀者推，最近yt更新得少囉

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Roset10/02 21:16敲碗拿XH2 評測新舊56.2的對比

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jayjen10/02 21:19你鏡頭系？推啦

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nthomas10/02 21:22推 太神啦

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xoy10/02 21:24知識推

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cfesun10/02 21:32厲害厲害

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ngmi10/02 21:34專業好文推推

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TheJon10/02 21:37詳細專業 推

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johnpisces210/02 21:46推推

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Gaidiac10/02 21:55推，長姿勢。

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CGary10/02 21:56Furch真的很認真 寫得也很清楚 推一個

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R10110/02 21:58推

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ericfys10/02 21:58推，感謝分享

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glad85010/02 22:09專業推！

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wickham1510/02 22:09推

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MegaGG10/02 22:15專業推

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ph5476910/02 22:18推推

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keynote110/02 22:20推真技術文，屌打話術那篇

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Laincast10/02 22:24你鏡頭系

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ferrinatice10/02 22:27實用推

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iyawen10/02 22:28拜託更新快一點 少數幾個專業的攝影頻道

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diablohinet10/02 22:29Furch大鏡頭系?! QQ

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sonk10/02 22:31跪了，這篇放上YT一定很讚啊，短又內容充實

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icexice10/02 22:35推，超專業

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cklppt10/02 23:11這篇內容要放yt密度大概太虛XD 幾句話可以說完的事，主要

→

cklppt10/02 23:11是圖文並茂很淺顯易懂，不過以高像素cmos對鏡頭的要求與

→

cklppt10/02 23:11原理為主題應該能講一期？

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b788139710/02 23:11推

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ss5066110/02 23:13推

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ptnap10/02 23:17學到新東西了，謝謝您的專業說明

→

jeffc81573110/02 23:37可以多出幾篇這種文章然後把內容合成一部yt影片xd

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imhideji10/02 23:38讚

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rosseforp11310/02 23:40太神啦 我還要

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marchs2414510/02 23:55推

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taylorabc10/02 23:59推

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M16A110/03 00:06推

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kill00710/03 00:32專業推！

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ee8iqp7x10/03 00:38推認真文

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kenbbc1232110/03 00:46專業推

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jackeighteen10/03 01:38推講解超強！

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butthad10/03 02:18看id再看文章 怎麼好像有聽到聲音

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yan7691010/03 02:34專業推，講得簡單易懂才是專家

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rgbff10/03 02:53Nikon的S鏡就是那種解析度很高但焦外不柔和的那種

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StanfordNo110/03 03:40推

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k1322334410/03 04:48推推推

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serge111810/03 05:21這是不用花錢就可以看的嗎！專業推！

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spiker52010/03 07:33推

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rainxo6p10/03 07:50推

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soarling10/03 08:24推這篇

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loveadu10/03 08:35專業推

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lyphard12110/03 08:49深入淺出推

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hsnubill10/03 08:57推！

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starskyjth10/03 09:00說得很好！

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clark353010/03 09:09

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takeda072710/03 09:16推

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waa00610/03 09:24優文

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teiugun10/03 09:30看到結尾看到Furch lab 難怪這麼專業

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Miralles10/03 09:45原來不光是話術，慘，沒有理由不換鏡頭了

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jim12809710/03 10:06推 專業文

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lwecloud10/03 10:19圖神猛

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NewTypeNeo10/03 10:22還是可以不換啊XD 有撐不起高畫素的鏡頭不表示你的

→

NewTypeNeo10/03 10:22舊鏡頭撐不起高畫素

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abccat052010/03 10:40推推

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lead4567810/03 10:44推講解

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Yifong10/03 10:57推 受益良多

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architect0310/03 11:01推推

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neotsengtw10/03 11:06推推推

→

sony173310/03 11:08但我好奇的是 led之類的螢幕 有其顯示限制 目前最大限制

→

sony173310/03 11:08是 8 K螢幕

→

sony173310/03 11:08那以光線投射的螢幕顯示 例如 CRT等螢幕的顯示限制 應該

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Reki135110/03 11:10專業推

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sony173310/03 11:12可以提供更高解晰度才對吧

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Rafachu10/03 11:14好扯專業推

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hideo10/03 11:32推好文

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Rogozov10/03 11:53推推 感謝分享

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CGary10/03 12:12"其實真的完全解釋清楚會很大一篇","這個寫下去也是超長一

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CGary10/03 12:13篇".... 我們觀眾可以點菜嗎? 這兩個分別寫一篇嘉惠大家XD

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WulinWorks10/03 12:22這個id的文都有聲音

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YukiPhoenix10/03 12:25跪著推文...

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Lavonzux10/03 12:38不愧是Furch 清晰明瞭 推

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whizz10/03 12:40感謝佛丘 讚嘆佛丘

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Kaiser10/03 13:05厲害

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toshliu10/03 15:00推~

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canandmap10/05 20:02推深入淺出的說明

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ILANkaiya10/05 23:40太屌了

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s954501210/06 12:21居然是Furch!!! 我有訂閱!!! 前天才看canon廣角評測

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Triballon10/06 15:33好讚

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ajstyles110/06 23:07太神啦

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devin032910/07 04:04敲碗Furch大神第二集、第三集、第四集

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devin032910/07 04:06硬知識有些神人老師可能都知道，但要說的淺顯易懂就不

→

devin032910/07 04:06容易了

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snowcs10/07 08:34看不懂 但必須推

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yungyui10/07 09:29太專業了啦

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