目前,手機(jī)前置攝像頭的像素都已經(jīng)達(dá)到3000萬了,把手機(jī)前置攝像頭當(dāng)鏡子用,效果卻并不理想。那么鏡子有像素嗎?為什么手機(jī)攝像頭不如鏡子?
鏡子只能反射光線,沒有像素的概念
鏡子反射的光到達(dá)人的眼睛,我們才能看到鏡子中的畫面,也就是周圍物體的影像。而鏡子并不能完全反射周圍物體的光線,部分光子會被鏡子吸收。因此經(jīng)過鏡子反射后的畫面相對于人眼直接看到的畫面存在畫質(zhì)損失。鏡子中的畫面清不清晰與人的視力有關(guān)。要討論也只能討論人眼的像素。
什么是像素?
像素只針對數(shù)碼相機(jī)以及數(shù)字圖像而言。比如膠卷相機(jī)就沒有像素這個概念,因?yàn)槟z卷相機(jī)所成的像是模擬圖像。世界的真實(shí)影像都是模擬的,或者說是連續(xù)的。計算機(jī)出現(xiàn)后,我們需要對模擬化的圖像進(jìn)行數(shù)字化處理,便出現(xiàn)了像素這個概念。因?yàn)橛嬎銠C(jī)只能處理離散化的數(shù)據(jù)。對于模擬圖像,理論上包含無限多個像素點(diǎn)。
數(shù)字化的圖像又分為矢量圖和位圖。矢量圖無論放多大都不會失真,而位圖放到最大之后就能看見像素點(diǎn)了。
位圖也叫做點(diǎn)陣圖像或者柵格圖像,是由被稱為像素的若干個點(diǎn)組成的圖像,通常是矩形點(diǎn)陣。像素是不可分割的最小圖像單位。像素點(diǎn)可以理解為采樣點(diǎn),采樣點(diǎn)越多,圖片還原度越高。
一個圖像包含的像素點(diǎn)越多,圖片越清晰。對于圖片的清晰度,我們用分辨率來描述。通常數(shù)字化的圖像都采用的是矩形點(diǎn)陣,因此我們用該矩形在縱橫方向上像素點(diǎn)的數(shù)量之積來描述分辨率大小。
通常我們所說的某某圖像的像素多大,就是指該圖像的分辨率。比如一張1080p的圖像,它的分辨率為1920×1080像素, 包含2073600個像素點(diǎn),也就是207萬像素分辨率。分辨率越高的圖像,文件體積也就越大。值得一提,并不是分辨率越高,圖像就越清晰,還與其它因素有。
手機(jī)攝像頭的像素
手機(jī)攝像頭中最關(guān)鍵的部分便是圖像傳感器,目前手機(jī)攝像頭采用的是CMOS(互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體元件)圖像傳感器,它是一塊半導(dǎo)體集成電路。CMOS中利用光電二極管做感光元件,利用彩色濾光片分離出紅綠藍(lán)三種光學(xué)信號。隨著技術(shù)的發(fā)展,手機(jī)攝像頭中的圖像傳感器的集成度越來越高,像素自然也就水漲船高。
手機(jī)攝像頭記錄的是數(shù)字圖像,目前手機(jī)攝像頭的像素已經(jīng)達(dá)到了1億。這里的像素是指該攝像頭的最大像素。不過由于手機(jī)攝像頭中的CMOS尺寸比較小,手機(jī)攝像頭的分辨率雖然很高,但是單個感光像素的尺寸卻很小,感光性能不佳。為了盡量彌補(bǔ)這一缺陷,許多手機(jī)廠商采用軟硬結(jié)合的方法,發(fā)明了像素四合一技術(shù)。因此并不是攝像頭的像素越高,拍出來的畫質(zhì)就越好。
未來,隨著手機(jī)圖像傳感器的集成度越來越高,手機(jī)攝像頭的像素可能會再創(chuàng)巔峰,幾億像素都不在話下。
人眼的像素有多大?
人眼中的視網(wǎng)膜就好比CMOS圖像傳感器。人眼和手機(jī)攝像頭都需要將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺皇寝D(zhuǎn)變方式不同。視網(wǎng)膜上有負(fù)責(zé)感知色彩的視錐細(xì)胞(700萬個)與感知亮度的視桿細(xì)胞(1.2億個)。其中視錐細(xì)胞有三種,分別負(fù)責(zé)感知紅綠藍(lán)三種色光。
絕大多數(shù)人類無法準(zhǔn)確用記憶還原出過往畫面中的細(xì)節(jié),而相機(jī)卻可以以文件的形式保存下來。在大多數(shù)時候,人眼看到的畫面的分辨率都很低。比如你逛商場的時候都是粗略的瀏覽一遍,只在需要認(rèn)真觀察的時候才會用眼睛采集高分辨率的圖像。人腦需要實(shí)時處理視覺信息,若畫面分辨率太高,大腦負(fù)擔(dān)太大了。只在需要的時候才開啟高分辨率功能。而且人類還有一顆聰明的大腦,擁有記憶力,可以根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和記憶對畫面進(jìn)行腦補(bǔ),可以認(rèn)為是一種基于人工智能的算法優(yōu)化。
人眼中的畫面與手機(jī)攝像頭的畫面不一樣,人眼視野中心的分辨率較高,而視野邊緣分辨率則較低。不像CMOS圖像傳感器那樣像素密度平均分布。此外,我們所看到的畫面是經(jīng)過大腦處理后的畫面,因此很難用像素來衡量。有時候我們覺得很清晰的畫面,實(shí)際上像素值可能很低。
從人眼的生理結(jié)構(gòu)上來看,人眼的像素大約在700萬左右。然而人眼的成像方式與攝像頭的成像方式并不完全一樣,不能直接等價。根據(jù)國外某學(xué)者的研究,在視野為120度的情況下,人眼的分辨率大約為5.76億像素。實(shí)際上人眼在某些場景上完全比不上手機(jī)攝像頭。如果人眼的分辨率真的有5.76億,在同等距離下,人眼的解析度應(yīng)該比4000萬像素的手機(jī)攝像頭還高,實(shí)際情況卻不是這樣的。
由此可見,單純的用像素來描述人眼視力是不科學(xué)的,因?yàn)檫@兩者之間的成像方式是不同的。
總結(jié)
綜上所述,手機(jī)攝像頭做不到鏡子那樣的效果,是因?yàn)閮烧咧g有本質(zhì)上的區(qū)別。鏡子只是反射光線到人眼中,本身并不能成像。我們之所以看到了鏡子中的像,是因?yàn)槿搜劢邮盏搅绥R子反射的其它物體的光。而手機(jī)攝像頭相當(dāng)于人眼,只能被動的接收光線。
手機(jī)鏡頭要想達(dá)到如同人眼看鏡子般的效果,單純的提高攝像頭的像素行不通,還需要在其它功能方面做出提升。比如,更大的寬容度,更高的圖像采樣率,更高性能的防抖功能。此外,智能手機(jī)的影像處理器也要足夠強(qiáng)大,能夠支持超高數(shù)據(jù)量的運(yùn)算。
熱愛科學(xué)的朋友,歡迎關(guān)注我。