Re: [問卦] 以前的數位相機都哪裡去了？

看板Gossiping作者Muscovy (三分熟的鬧鐘)時間3年前 (2020/05/23 02:42)推噓15(16推 1噓 2→)

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※ 引述《dioradio (HIRO)》之銘言： : 肥宅我有買過 : 200萬像數的Nikon : 500萬的OLYMPUS : 800萬的Canon : 當初隨便一台就快1萬台幣 : 問題是現在的手機動不動就3000萬、4000萬 : 哪肥宅我當初買的這幾台數位相機 : 三台加起來可以換一杯星巴克嗎？大家好, 我又來科科科科普了. 今天來科普敗家物理學兩大門派之一: 相機的光學. 另外一派敗家物理學也很有名, 音響的聲學, 不過今天不考慮. 先跟鄉民們講一個光學產業裡面很有趣的事... 除了手機以外, 一吋鏡頭目前的主流是 VGA 等級. 對, 三十萬畫素 VGA, 然後裝在百萬畫素的數位底片上賣給各位. 你去翻桌也沒有用, 大家都是這個等級的. 什麼是一吋鏡頭? 就是你把鏡頭那個大眼睛拿來量尺寸. 鏡頭的鏡面直徑大約是 2.5 公分左右的就是一吋鏡. 比它小的叫半吋, 但是反正囫圇吞棗都稱作一吋鏡也不會太離譜. 一吋鏡頭基本上包含了各式門口與停車場監視設備, 桌上型的 webcam. 常見的高低檔 youtuber 手持錄影機, 行車記錄器或行房記錄器. 或者更簡單地說, 一吋鏡頭除了手機跟筆電還有特殊單眼, 其他都包了. 然後, 大家手上拿的一吋鏡幾乎都是 30 萬畫素等級的, 2020 年. 這裡面有幾個原因, 其中一個關鍵是數位底片的像素越做越小. 小到已經要考慮光的波動性, 光的空間頻率色散開始有影響. 光波繞射也不是什麼理論障礙, 因為電磁學是已知最成功的物理學之一. 但講到工業就是另一回事: 你不見得有成功的設計可以滿足產品限制. 送到鄉民們手上的一顆鏡頭有很多光性要妥協. 譬如說單色光成像清晰的, 全彩場域就會有點糟糕. 紅橙黃綠這種黃光色域還原不錯的, 藍紫光就有品味問題. XD 色調柔和自然的, 看東西就不清楚. 看東西清楚的, 就有很多奇怪的假性花紋. 各項條件都不錯的鏡頭, 曝光時間長達 0.5 秒. 速度也還可以的鏡頭, 工作溫度僅限 25 度正負 3 度. 書面規格通通都好的鏡頭, 靠! 視野不對. 如果這個世界的光不會繞射, 上面講的就都不是問題. 偏偏這個世界的光會繞射. 「繞射」這個現象在光學設計是這樣運作的... 每個光學系統都有一個最主要的光圈, 成像就是這個光圈繞射的結果. 一般的繞射圖案會形成一圈又一圈的同心圓. 狙擊鏡跟天文望遠鏡的繞射同心圓有一個特殊的描述, 叫做 Airy disk. 然後這種繞射圖案會破壞你所拿到的成像, 它就像水塘岸邊的漣漪. 凡是視野中比較銳利的邊緣都會出現這種漣漪形狀的繞射. 但是呢, 這樣你就不用拍照了, 拍那個什麼鬼東西. 所以工程師會在光圈前後加掛好幾組鏡片, 就是要讓繞射聚成小點. 小到比一個像素還小最好, 一個像素內搞定同心圓的繞射條紋. 那你就看不到繞射了, 會看到乾乾淨淨的成像. 但我們也要對繞射條紋的大小有一點概念, 它大概跟光波波長一致. 可見光大約是 0.4~0.7 微米的等級, 所以同心圓大概就這麼大. 然後數位底片的像素大小大約是 1~10 微米. 像素尺寸在 5 微米以上的不難, 因為面積大概是繞射的 50~100 倍. 所以難度大概是在客廳裡面找個地方放一片地磚. 這個就是我們所謂的 VGA 時代, 30 萬畫素大概就長這樣. 所以 VGA 年代反而很多奇怪的鏡頭設計, 因為都不會撞到繞射極限. 但是到了今天就不是這麼簡單的局面了. 200 萬畫素的數位底片, 像素尺寸大多落在 2 微米附近. 400 萬的畫素的再小一點, 大約 1.5 微米, 這只比紅光長一倍. 然後 2000 萬畫素的, 很好, 不敢想像. 你要把繞射條紋裝到一個像素裡面的難度越來越高了. 偏偏呢, 繞射條紋雖然可以做到很小, 前提是付出一些代價的話. 什麼樣的代價呢? 天文望遠鏡很多在看可見光波段, 這些就是在挑戰這種極限. 一個再陽春的天文望遠鏡, 鏡面至少都是 5~10 公分. 常見的天文台是 50 公分到數公尺... 這個鏡面尺寸就是代價. 不要忘了鄉民只有一吋, 2.54 公分. XD 嗯, 好啦, 反正就是不會這麼理想. 九成以上的一吋鏡設計, 繞射暗環的尺寸多半還是落在 5 微米附近. 這就是 30 萬畫素的等級, 非常殘酷但也無可奈何. 偶爾會有幾個比較成功的設計, 那是很努力試出來的. 一種很和諧的妥協, 可遇而不可求... 這也是為什麼你沒辦法看到各種可能的鏡頭. 不是視野不對就是工作距離不對或者工作波段不對或者尺寸不對. 而且奇怪就是找不出剛剛好的, 從 Nikon 看到 Leica, 沒有就是沒有. 那不是資本主義的陰謀, 那是真的做不出來. 最後回到主題, 如果要敗家呢... 敗家的眼光要放遠, 不要只想著 Leica, 這已經跟華為同流合污了. 這世界上做純光學鏡頭最厲害的分支有兩大家. 第一家是美國的星戰計畫, 雷射武器那個, 現在商用在光達上. 第二家是光蝕刻, ASML 領頭的那個... 就是說, 你怎麼用 193 奈米的光刻出 40 奈米製程?! XD 這都比玩 Leica 有出息, 荷包捏緊一點直上就對了. -- 新詩練習：新鮮。踩破初春裡的狗大便；不經意的滄桑，滿溢著嫩黃的喜悅。 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 111.248.51.77 (臺灣) ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Gossiping/M.1590172949.A.0D7.html

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funeasy

05/23 02:43, 3年前 , 1^F

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fransiceyho

05/23 02:44, 3年前 , 2^F

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pipi8696044

05/23 02:47, 3年前 , 3^F

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