“在(zai)太空(kong)中(zhong)僅憑肉眼(yan)能否看到(dao)長城”科學(xue)公案(an)的由來，似(si)乎(hu)要追溯到(dao)人(ren)類第一(yi)次進入太空(kong)之日起。宇航員 “看到(dao)長城” 的隨意(yi)一(yi)句(ju)話(hua)，立刻(ke)傳遍世界。在(zai)人(ren)們尤其是十幾億(yi)中(zhong)華兒女心中(zhong)扎下了根，而(er)且根深蒂固。

在(zai)六年(nian)制小學語文(wen)(wen)課本(ben)第七冊課文(wen)(wen)《長城(cheng)磚》中(zhong)有這樣一(yi)(yi)(yi)(yi)段文(wen)(wen)字:“一(yi)(yi)(yi)(yi)位宇航員神采飛揚地說，‘我在(zai)宇宙飛船上，從(cong)天外觀察(cha)我們的(de)(de)星球，用肉眼觀察(cha)出兩個(ge)工(gong)程:一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)是荷蘭的(de)(de)圍海大(da)堤，另一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)就(jiu)是中(zhong)國的(de)(de)萬里(li)長城(cheng)！’”2000 年(nian)語文(wen)(wen)高考(kao)試(shi)卷要求閱讀理解的(de)(de)《長城(cheng)》一(yi)(yi)(yi)(yi)文(wen)(wen)中(zhong)就(jiu)如此表述:“外層(ceng)空間能(neng)看到(dao)的(de)(de)地球上惟(wei)一(yi)(yi)(yi)(yi)的(de)(de)人工(gong)痕跡，就(jiu)是你呵，長城(cheng)！”

這種說(shuo)法在國(guo)外也頗(po)流行。美(mei)國(guo)出(chu)的(de)麥片包裝盒(he)上(shang)(shang)經(jing)常寫一些給小孩看的(de)小知識，其中就有(you)(you) “你(ni)知道中國(guo)的(de)長城(cheng)是太(tai)空惟一肉眼(yan)可見(jian)的(de)人造(zao)物嗎(ma)？” 甚至有(you)(you)人說(shuo)長城(cheng)是月球上(shang)(shang)惟一肉眼(yan)可見(jian)的(de)人造(zao)物。

但無(wu)論在(zai)(zai)學術界還是民間，“肉眼(yan)看長城” 始終存在(zai)(zai)爭議，而且長久(jiu)以來沒有定論；而西方(fang)宇航員在(zai)(zai)太(tai)空看到(dao)過(guo)長城的說法也從來沒有得到(dao)過(guo)證實。

1. 像素(su) & 分辨率

也許有人會問，我(wo)們(men)的(de)眼睛(jing)最小能看(kan)到多細的(de)物體呢？

有(you)關研究資料說(shuo)，人的眼睛最小(xiao)能(neng)看(kan)到0.02到0.01毫米粗細的小(xiao)點。也就是1270到2540PPI。

以頭(tou)發(fa)來打個比喻吧！

我(wo)們的頭發大約是(shi)0.05毫(hao)米(mi)粗。在光(guang)線充(chong)足(zu)和視(shi)力非常好的條件下(xia)，且(qie)放置頭發的背景(jing)是(shi)白(bai)色情況(kuang)下(xia)。在2米(mi)遠應該(gai)能看(kan)(kan)得(de)到頭發的，你能在5米(mi)外看(kan)(kan)得(de)到嗎？假(jia)設(she)是(shi)剛好可以(yi)看(kan)(kan)得(de)到吧！還是(shi)假(jia)設(she)長(chang)城處(chu)處(chu)都有10米(mi)寬！

則5X（10/0.00005）=100萬米=1000公里，也就是說在1000公里遠處看到的長城就象一根頭發線一樣。對于在340多公里高空飛行的航天器來說，宇航員能看得到的長城，0.00005（340000/10）=1.7，相當于你看著1.7米遠處的一根頭發而已。你說有可能看得到嗎？

1.1. 什么是PPI

這個(ge)(ge)每英(ying)寸長度上的像素數個(ge)(ge)數叫(jiao)做(zuo)影像分辨(bian)率，簡稱PPI（pixels per inch）。如每英(ying)寸長度上有(you)82個(ge)(ge)像素點，即用82PPI來表示。

攝(she)像頭(tou)也和我們人(ren)類的(de)(de)(de)(de)單個(ge)眼睛(jing)一樣，當然(ran)了，人(ren)單個(ge)眼睛(jing)左右有(you)160度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)視(shi)(shi)野范(fan)圍(wei)(wei)，上(shang)(shang)下(xia)有(you)120度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)視(shi)(shi)野范(fan)圍(wei)(wei)。而(er)現在最大(da)的(de)(de)(de)(de)超廣角數碼相(xiang)機(ji)也很難達到(dao)這(zhe)個(ge)范(fan)圍(wei)(wei)。據說魚眼鏡頭(tou)相(xiang)機(ji)的(de)(de)(de)(de)視(shi)(shi)角范(fan)圍(wei)(wei)可以達到(dao)220至230度(du)(du)。但無論(lun)是(shi)其視(shi)(shi)角有(you)多(duo)大(da)，在左右的(de)(de)(de)(de)長度(du)(du)和上(shang)(shang)下(xia)的(de)(de)(de)(de)寬(kuan)度(du)(du)方向(xiang)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)(de)比例(li)是(shi)和人(ren)眼睛(jing)一樣的(de)(de)(de)(de)，即 160:120=4:3 。所(suo)以所(suo)成圖(tu)片(pian)的(de)(de)(de)(de)尺寸也是(shi)采(cai)用這(zhe)個(ge)比例(li)的(de)(de)(de)(de)居多(duo)，如:

• 15萬像素480X320=153600
• 20萬像素640X320=204800
• 30萬像素640X480=307200
• 50萬像素800X600=480000
• 80萬像素1024X768=786432
• 100萬像素1140X900=1026000
• 130萬像素1280X960=1228800
• 200萬像素1600X1200=1920000
• 300萬像素2048X1536=3145728
• 500萬像素2576X1932=4976832
  或2592X1944=5038848
  或2560X1920=4915200
• 800萬像素3264X2448=7990272
• 1000萬像素3648X2736=9980928
• 1200萬像素4000X3000=12000000
• 1400萬全線4228X3264=13800192

也有采(cai)用(yong)16:9，如

• 900萬像素4000X2256=9024000

更有采(cai)用3:2的呢(ni)！如

• 600萬像素3000X2000=6000000
• 1100萬像素4000X2664=10656000

還有采(cai)用5:4的，如

• 130萬像素1280X1024=1310720

當(dang)然還有采用黃金分(fen)割系數的，即(ji)16:10=1.6:1=1:0.618，如

• 100萬像素1280X800=960000

1.2. 像(xiang)素點里(li)面還有(you)些(xie)什么？

像(xiang)素(su)組成(cheng)的圖(tu)(tu)像(xiang)叫位圖(tu)(tu)或者光(guang)(guang)柵(zha)圖(tu)(tu)像(xiang)，點(dian)陣圖(tu)(tu)，像(xiang)素(su)圖(tu)(tu)形(xing)，網格圖(tu)(tu)（光(guang)(guang)柵(zha)一詞(ci)源(yuan)于模擬電(dian)視技術，我們的電(dian)視信號(hao)就(jiu)是模擬信號(hao)）。

研究表(biao)明超過300ppi（像素點0.085毫米）人眼(yan)就察覺不出顆粒(li)感。

當(dang)圖(tu)片(pian)的分(fen)辨(bian)(bian)率大于顯(xian)示(shi)(shi)屏的分(fen)辨(bian)(bian)率時，顯(xian)示(shi)(shi)屏會(hui)把圖(tu)片(pian)按比例(li)相對的宿小。相當(dang)于把圖(tu)片(pian)的兩(liang)個或多個像(xiang)素在顯(xian)示(shi)(shi)屏上以(yi)一個像(xiang)素顯(xian)示(shi)(shi)出來。所以(yi)我們的圖(tu)片(pian)分(fen)辨(bian)(bian)率越大，看(kan)到的圖(tu)片(pian)就越清晰(xi)細膩(ni)逼真(zhen)。

2. CMOS: 像素的物理載體

CMOS是一種“特殊的半導體(ti)器件”，上面有很(hen)多(duo)微(wei)小光敏物(wu)質感(gan)光元(yuan)件，每(mei)個(ge)感(gan)光元(yuan)都稱作一個(ge)像素(su)（Pixel）。

也就是說同一尺寸的(de)CMOS，可(ke)以(yi)包含不同的(de)像素。

很(hen)明顯CMOS有很(hen)多種尺寸：

• 1000C: 1/4CMOS
• Z5C: 1/3CMOS
• EX1R: 1/2CMOS
• DVCPRO: 2/3CCD
• AF103: 3/4CMOS
• 5D2: 35mm全畫幅

一塊CMOS上包含的像素(su)數越多，其提供的畫(hua)面分辨率也就越高。

通過上面的論述，我們已經明確了像素數是指CMOS上感光元件的數量。
攝像機拍攝的畫面可以理解為(wei)由很多個(ge)小的點(dian)組成(cheng)，每個(ge)點(dian)就是(shi)一個(ge)像素。

顯然，像素(su)數(shu)(shu)越(yue)多(duo)，畫面就會(hui)越(yue)清晰，如果CMOS沒有足夠(gou)的(de)(de)像素(su)的(de)(de)話，拍攝出來的(de)(de)畫面的(de)(de)清晰度(du)就會(hui)大(da)受(shou)影(ying)響(xiang)，因(yin)此(ci),理論上CCD的(de)(de)像素(su)數(shu)(shu)量應(ying)該越(yue)多(duo)越(yue)好。

但(dan)實(shi)際情況是，在同一(yi)個電視標準下（例(li)如：高清(qing)格(ge)式），像素數(shu)增加到某一(yi)數(shu)量后，再增加對拍攝畫面清(qing)晰度的提高效果變得不明顯。而且CMOS像素數(shu)的增加會使(shi)制(zhi)造成本(ben)。

CMOS能安裝(zhuang)的像(xiang)素數量有(you)上限

CMOS片兒的尺寸限制了像(xiang)素(su)的數量(liang)。我們沒有見到1/4CMOS超過100萬像(xiang)素(su)，1/3CMOS超過150萬像(xiang)素(su)。

單(dan)位(wei)像素的(de)大小

單(dan)位(wei)像素就越大，就可(ke)以收集更多的(de)光線(xian)，提高(gao)了低照度、信噪(zao)比，有(you)利于提高(gao)畫質。

2.1. 工(gong)業相機(ji)vs 手機(ji)鏡(jing)頭

手(shou)機相機，例如2019年大賣的(de)索尼IMax586，已經達到了4800w像(xiang)素(su)(su)，但其cmos尺寸不(bu)過1/2"。而工(gong)業相機的(de)cmos尺寸是和手(shou)機差不(bu)多(duo)的(de)，一般是1/3"或1/2"。那么為什么工(gong)業相機的(de)像(xiang)素(su)(su)低很多(duo)？

1.工業相機一般需要長時間工作，發熱量不是手機那種小模塊能hold住的，然后就是鏡頭，機器視覺要求圖像畸變小，以及對不同像平面的物體放大率相同，還有較深的景深，這些手機鏡頭沒一個能滿足。

2.快門模式(shi)的不同。手機(ji)的相(xiang)機(ji)全部是(shi)卷簾快門，價格便宜。而工業(ye)相(xiang)機(ji)一般需要全局快門，所有(you)在價格上會貴(gui)很多。

3.工(gong)業相(xiang)機(ji)的幀率遠(yuan)(yuan)遠(yuan)(yuan)地(di)高過(guo)普(pu)通相(xiang)機(ji)。比如智能相(xiang)機(ji)的30萬像素照相(xiang)機(ji)，能夠輕松達到兩(liang)百(bai)幀。

4.智能(neng)相機(ji)與普通相機(ji)光譜差異

智能相機通常(chang)情(qing)況下輸出的是裸數據信(xin)息，其光譜(pu)區(qu)域也往往較為(wei)寬，較為(wei)適用進行高品質的圖像處理算法 ，比如機器視覺(jue)技(ji)術應用。

5.掃描方式差異

智能(neng)相機的(de)圖(tu)像傳(chuan)感器(qi)是(shi)逐(zhu)行掃(sao)描的(de)，而普通相機的(de)圖(tu)像傳(chuan)感器(qi)是(shi)隔行掃(sao)描的(de)，逐(zhu)行掃(sao)描的(de)圖(tu)像傳(chuan)感器(qi)生產工藝流程較為(wei)復雜，產出率低(di)，銷售量少，并且價(jia)格比較貴 。

2.2. CCD 對比 CMOS

CMOS價格比CCD便(bian)宜，圖像質量相(xiang)比CCD來(lai)說要低一些。

CMOS針對CCD最主(zhu)要的(de)(de)(de)優(you)勢就是(shi)非常省(sheng)電(dian)，不像由二極(ji)管組成的(de)(de)(de)CCD，CMOS 電(dian)路幾乎沒(mei)有(you)靜態電(dian)量(liang)消(xiao)耗，只有(you)在電(dian)路接通(tong)時才有(you)電(dian)量(liang)的(de)(de)(de)消(xiao)耗。這(zhe)就使得CMOS的(de)(de)(de)耗電(dian)量(liang)只有(you)普通(tong)CCD的(de)(de)(de)1/3左右，這(zhe)有(you)助于改善人們(men)心目中數碼相(xiang)機(ji)是(shi)"電(dian)老虎"的(de)(de)(de)不良印象(xiang)。

CMOS主要問題是在處理快速(su)變(bian)化(hua)的影(ying)像(xiang)時，由(you)于(yu)電流(liu)變(bian)化(hua)過于(yu)頻繁(fan)而過熱。暗(an)電流(liu)抑制(zhi)得(de)(de)好就問題不(bu)大，如果(guo)抑制(zhi)得(de)(de)不(bu)好就十分容易出(chu)現(xian)雜點。

2.3. 怎么看(kan)4800萬的手(shou)機像素

自2018年(nian)以來，智能手機的攝(she)像頭(tou)就開(kai)始了新一輪的“數字大(da)戰”——4000萬像素(su)、4800萬像素(su)、6400萬像素(su)……

早在2018年2月，我們(men)就曾經針(zhen)對這種“超高(gao)像(xiang)素風潮”提出過疑問，并(bing)認為(wei)其在傳感(gan)器尺寸(cun)并(bing)未明(ming)顯(xian)增大的(de)情況下，僅靠縮小像(xiang)素尺寸(cun)（降低感(gan)光能力）換取名義上的(de)更高(gao)像(xiang)素，未必就能帶來相比大底大像(xiang)素設計(ji)更好(hao)的(de)畫質水準。

不要說智能(neng)手(shou)機的(de)(de)(de)小傳感(gan)(gan)器，就(jiu)(jiu)算是旗(qi)艦(jian)全畫(hua)(hua)幅(fu)單(dan)反的(de)(de)(de)大底，由于傳感(gan)(gan)器的(de)(de)(de)尺寸本身是固定的(de)(de)(de)，增加像(xiang)素數量就(jiu)(jiu)必(bi)然意(yi)味著減小每個像(xiang)素的(de)(de)(de)感(gan)(gan)光面積(ji)，而這就(jiu)(jiu)必(bi)然帶來(lai)(lai)感(gan)(gan)光能(neng)力的(de)(de)(de)下降(jiang)，導致畫(hua)(hua)面出現更(geng)多噪(zao)點。如此一來(lai)(lai)，對于一般手(shou)機（相機）用戶(hu)來(lai)(lai)說，他們會覺得(de)更(geng)多的(de)(de)(de)像(xiang)素其實(shi)并沒有帶來(lai)(lai)更(geng)優秀的(de)(de)(de)畫(hua)(hua)質；而對于那些(xie)有專(zhuan)業需求的(de)(de)(de)用戶(hu)來(lai)(lai)說，這更(geng)意(yi)味著設(she)備投資(zi)的(de)(de)(de)一種浪費。

讓我們一(yi)(yi)(yi)起來(lai)(lai)開一(yi)(yi)(yi)下腦洞：在面前放一(yi)(yi)(yi)塊(kuai)毛(mao)玻璃、一(yi)(yi)(yi)塊(kuai)正常的(de)玻璃，大家都(dou)會覺(jue)得正常的(de)玻璃“清晰度(du)高”，而毛(mao)玻璃則(ze)是(shi)模糊的(de)。毛(mao)玻璃為(wei)什么是(shi)模糊的(de)？這是(shi)因為(wei)它的(de)表面凹(ao)凸不平。然而，如此一(yi)(yi)(yi)來(lai)(lai)，問題就(jiu)來(lai)(lai)了——在我們肉眼看來(lai)(lai)正常透光的(de)透明玻璃，其(qi)表面就(jiu)一(yi)(yi)(yi)定是(shi)完全平滑的(de)么？

另一(yi)個(ge)層面(mian)——不(bu)是只有數碼感光元件才有“分(fen)辨率”，玻璃鏡片本(ben)身(shen)也有。

稍(shao)有物理常識的(de)(de)(de)人都知道，玻(bo)璃的(de)(de)(de)表面不(bu)可能(neng)完全平(ping)滑(hua)，只不(bu)過是我(wo)們的(de)(de)(de)肉(rou)眼看不(bu)到那些細(xi)小(xiao)的(de)(de)(de)缺陷罷了(le)。可是，如果將(jiang)玻(bo)璃的(de)(de)(de)大小(xiao)縮(suo)小(xiao)到芝麻那么大，將(jiang)觀察它的(de)(de)(de)對象從相(xiang)隔幾(ji)十公(gong)分的(de)(de)(de)肉(rou)眼、換成了(le)相(xiang)距幾(ji)毫米的(de)(de)(de)，數(shu)千萬(wan)像(xiang)素的(de)(de)(de)CMOS感光元件呢？

沒錯，此時(shi)哪怕是(shi)表面(mian)上(shang)看起來(lai)(lai)再完美無(wu)缺的(de)(de)(de)玻璃(li)，其微觀結(jie)構(gou)上(shang)的(de)(de)(de)瑕疵、不必要(yao)的(de)(de)(de)折(zhe)射與反射等(deng)等(deng)，在CMOS看來(lai)(lai)都會(hui)被放大，成(cheng)(cheng)為阻(zu)礙(ai)透光(guang)率(lv)，降低實際成(cheng)(cheng)像清(qing)晰(xi)度的(de)(de)(de)負(fu)面(mian)因素。如此一(yi)(yi)(yi)來(lai)(lai)，就(jiu)意味著對于一(yi)(yi)(yi)個完整(zheng)的(de)(de)(de)相(xiang)機系統來(lai)(lai)說，其鏡頭(tou)中所(suo)使用的(de)(de)(de)透鏡都必須要(yao)進行特殊的(de)(de)(de)表面(mian)處理、有(you)時(shi)甚至要(yao)運用一(yi)(yi)(yi)些稀有(you)材料來(lai)(lai)制(zhi)造，以(yi)保證(zheng)最終入射到CMOS表面(mian)的(de)(de)(de)光(guang)學影像的(de)(de)(de)清(qing)晰(xi)度要(yao)至少(shao)大于等(deng)于CMOS自身的(de)(de)(de)物理分辨率(lv)，只有(you)這(zhe)樣(yang)，CMOS才(cai)(cai)不會(hui)相(xiang)當于是(shi)透過(guo)“毛玻璃(li)”來(lai)(lai)拍照，其本(ben)身的(de)(de)(de)感光(guang)元件分辨率(lv)才(cai)(cai)有(you)意義。

2.4. 單(dan)(dan)反相機(ji) vs 微單(dan)(dan)

單(dan)反(fan)(fan)，即數(shu)碼單(dan)鏡(jing)頭反(fan)(fan)光(guang)(guang)相機(ji)（Digital Single Lens Reflex, DSLR）的(de)(de)(de)反(fan)(fan)光(guang)(guang)板的(de)(de)(de)去除已經是大勢所趨。在(zai)(zai)膠(jiao)片(pian)(pian)時(shi)(shi)代，由于(yu)存儲(chu)影(ying)象的(de)(de)(de)介(jie)質——膠(jiao)片(pian)(pian)，在(zai)(zai)取景時(shi)(shi)必(bi)須嚴格(ge)保護(hu)不(bu)能(neng)漏光(guang)(guang)，而單(dan)反(fan)(fan)巧妙(miao)地利用反(fan)(fan)光(guang)(guang)鏡(jing)既解決了取景的(de)(de)(de)視差(cha)問題，又避免了膠(jiao)片(pian)(pian)在(zai)(zai)取景過程中(zhong)漏光(guang)(guang)。膠(jiao)片(pian)(pian)時(shi)(shi)代，單(dan)反(fan)(fan)相機(ji)把相機(ji)技術(shu)推到了頂(ding)峰。然而，進(jin)入數(shu)碼時(shi)(shi)代，情況有(you)了根本性的(de)(de)(de)變化(hua)——CCD不(bu)怕漏光(guang)(guang)。它既可(ke)(ke)以用來取景，也可(ke)(ke)以在(zai)(zai)清零后再用于(yu)成像，它的(de)(de)(de)工(gong)作原理(li)，決定了反(fan)(fan)光(guang)(guang)鏡(jing)取景不(bu)適(shi)合(he)數(shu)碼攝影(ying)，在(zai)(zai)完全(quan)(quan)可(ke)(ke)以實現全(quan)(quan)電子(zi)(zi)化(hua)的(de)(de)(de)數(shu)碼相機(ji)上，沒有(you)必(bi)要再保留(liu)反(fan)(fan)光(guang)(guang)鏡(jing)。隨(sui)著電子(zi)(zi)取景技術(shu)的(de)(de)(de)日(ri)臻完善(shan)，有(you)朝(chao)一日(ri)，電子(zi)(zi)取景的(de)(de)(de)清晰度與明(ming)亮度遲早會(hui)好到足(zu)以取代反(fan)(fan)光(guang)(guang)鏡(jing)。

所以(yi)，理(li)論上來(lai)說，單(dan)(dan)(dan)電相機(ji)可以(yi)擁有(you)單(dan)(dan)(dan)反相機(ji)幾乎(hu)所有(you)的一切優點(dian)——畫(hua)(hua)質更好、景深更大、可換鏡頭，唯一的對焦(jiao)速度目(mu)前還不及單(dan)(dan)(dan)反，這(zhe)是(shi)因為電子對焦(jiao)尚處(chu)于幼(you)兒期，現在(zai)市售同等價位單(dan)(dan)(dan)電的畫(hua)(hua)面(mian)表現效(xiao)果與單(dan)(dan)(dan)反相比還是(shi)太差了，等待需求一旦爆發，這(zhe)類問(wen)題肯(ken)定會迎刃而解，而單(dan)(dan)(dan)電的體(ti)積(ji)則是(shi)單(dan)(dan)(dan)反永遠無(wu)法追趕的優勢。