“在太空中僅憑肉眼能否看到長城”科學(xué)公案的由來，似乎要追溯到人類第一次進(jìn)入太空之日起。宇航員 “看到長城” 的隨意一句話，立刻傳遍世界。在人們尤其是十幾億中華兒女心中扎下了根，而且根深蒂固。

在六年制小學(xué)語文課本第七冊課文《長城磚》中有這樣一段文字:“一位宇航員神采飛揚(yáng)地說，‘我在宇宙飛船上，從天外觀察我們的星球，用肉眼觀察出兩個工程:一個是荷蘭的圍海大堤，另一個就是中國的萬里長城！’”2000 年語文高考試卷要求閱讀理解的《長城》一文中就如此表述:“外層空間能看到的地球上惟一的人工痕跡，就是你呵，長城！”

這種說法在國外也頗流行。美國出的麥片包裝盒上經(jīng)常寫一些給小孩看的小知識，其中就有 “你知道中國的長城是太空惟一肉眼可見的人造物嗎？” 甚至有人說長城是月球上惟一肉眼可見的人造物。

但無論在學(xué)術(shù)界還是民間，“肉眼看長城” 始終存在爭議，而且長久以來沒有定論；而西方宇航員在太空看到過長城的說法也從來沒有得到過證實(shí)。

1. 像素 & 分辨率

也許有人會問，我們的眼睛最小能看到多細(xì)的物體呢？

有關(guān)研究資料說，人的眼睛最小能看到0.02到0.01毫米粗細(xì)的小點(diǎn)。也就是1270到2540PPI。

以頭發(fā)來打個比喻吧！

我們的頭發(fā)大約是0.05毫米粗。在光線充足和視力非常好的條件下，且放置頭發(fā)的背景是白色情況下。在2米遠(yuǎn)應(yīng)該能看得到頭發(fā)的，你能在5米外看得到嗎？假設(shè)是剛好可以看得到吧！還是假設(shè)長城處處都有10米寬！

則5X（10/0.00005）=100萬米=1000公里，也就是說在1000公里遠(yuǎn)處看到的長城就象一根頭發(fā)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(dāng)于你看著1.7米遠(yuǎn)處的一根頭發(fā)而已。你說有可能看得到嗎？

1.1. 什么是PPI

這個每英寸長度上的像素?cái)?shù)個數(shù)叫做影像分辨率，簡稱PPI（pixels per inch）。如每英寸長度上有82個像素點(diǎn)，即用82PPI來表示。

攝像頭也和我們?nèi)祟惖膯蝹€眼睛一樣，當(dāng)然了，人單個眼睛左右有160度的視野范圍，上下有120度的視野范圍。而現(xiàn)在最大的超廣角數(shù)碼相機(jī)也很難達(dá)到這個范圍。據(jù)說魚眼鏡頭相機(jī)的視角范圍可以達(dá)到220至230度。但無論是其視角有多大，在左右的長度和上下的寬度方向上的比例是和人眼睛一樣的，即 160:120=4:3 。所以所成圖片的尺寸也是采用這個比例的居多，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

也有采用16:9，如

• 900萬像素4000X2256=9024000

更有采用3:2的呢！如

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

還有采用5:4的，如

• 130萬像素1280X1024=1310720

當(dāng)然還有采用黃金分割系數(shù)的，即16:10=1.6:1=1:0.618，如

• 100萬像素1280X800=960000

1.2. 像素點(diǎn)里面還有些什么？

像素組成的圖像叫位圖或者光柵圖像，點(diǎn)陣圖，像素圖形，網(wǎng)格圖（光柵一詞源于模擬電視技術(shù)，我們的電視信號就是模擬信號）。

研究表明超過300ppi（像素點(diǎn)0.085毫米）人眼就察覺不出顆粒感。

當(dāng)圖片的分辨率大于顯示屏的分辨率時(shí)，顯示屏?xí)褕D片按比例相對的宿小。相當(dāng)于把圖片的兩個或多個像素在顯示屏上以一個像素顯示出來。所以我們的圖片分辨率越大，看到的圖片就越清晰細(xì)膩逼真。

2. CMOS: 像素的物理載體

CMOS是一種“特殊的半導(dǎo)體器件”，上面有很多微小光敏物質(zhì)感光元件，每個感光元都稱作一個像素（Pixel）。

也就是說同一尺寸的CMOS，可以包含不同的像素。

很明顯CMOS有很多種尺寸：

• 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?cái)?shù)越多，其提供的畫面分辨率也就越高。

通過上面的論述，我們已經(jīng)明確了像素?cái)?shù)是指CMOS上感光元件的數(shù)量。
攝像機(jī)拍攝的畫面可以理解為由很多個小的點(diǎn)組成，每個點(diǎn)就是一個像素。

顯然，像素?cái)?shù)越多，畫面就會越清晰，如果CMOS沒有足夠的像素的話，拍攝出來的畫面的清晰度就會大受影響，因此,理論上CCD的像素?cái)?shù)量應(yīng)該越多越好。

但實(shí)際情況是，在同一個電視標(biāo)準(zhǔn)下（例如：高清格式），像素?cái)?shù)增加到某一數(shù)量后，再增加對拍攝畫面清晰度的提高效果變得不明顯。而且CMOS像素?cái)?shù)的增加會使制造成本。

CMOS能安裝的像素?cái)?shù)量有上限

CMOS片兒的尺寸限制了像素的數(shù)量。我們沒有見到1/4CMOS超過100萬像素，1/3CMOS超過150萬像素。

單位像素的大小

單位像素就越大，就可以收集更多的光線，提高了低照度、信噪比，有利于提高畫質(zhì)。

2.1. 工業(yè)相機(jī)vs 手機(jī)鏡頭

手機(jī)相機(jī)，例如2019年大賣的索尼IMax586，已經(jīng)達(dá)到了4800w像素，但其cmos尺寸不過1/2"。而工業(yè)相機(jī)的cmos尺寸是和手機(jī)差不多的，一般是1/3"或1/2"。那么為什么工業(yè)相機(jī)的像素低很多？

1.工業(yè)相機(jī)一般需要長時(shí)間工作，發(fā)熱量不是手機(jī)那種小模塊能hold住的，然后就是鏡頭，機(jī)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(jī)鏡頭沒一個能滿足。

2.快門模式的不同。手機(jī)的相機(jī)全部是卷簾快門，價(jià)格便宜。而工業(yè)相機(jī)一般需要全局快門，所有在價(jià)格上會貴很多。

3.工業(yè)相機(jī)的幀率遠(yuǎn)遠(yuǎn)地高過普通相機(jī)。比如智能相機(jī)的30萬像素照相機(jī)，能夠輕松達(dá)到兩百幀。

4.智能相機(jī)與普通相機(jī)光譜差異

智能相機(jī)通常情況下輸出的是裸數(shù)據(jù)信息，其光譜區(qū)域也往往較為寬，較為適用進(jìn)行高品質(zhì)的圖像處理算法 ，比如機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用。

5.掃描方式差異

智能相機(jī)的圖像傳感器是逐行掃描的，而普通相機(jī)的圖像傳感器是隔行掃描的，逐行掃描的圖像傳感器生產(chǎn)工藝流程較為復(fù)雜，產(chǎn)出率低，銷售量少，并且價(jià)格比較貴 。

2.2. CCD 對比 CMOS

CMOS價(jià)格比CCD便宜，圖像質(zhì)量相比CCD來說要低一些。

CMOS針對CCD最主要的優(yōu)勢就是非常省電，不像由二極管組成的CCD，CMOS 電路幾乎沒有靜態(tài)電量消耗，只有在電路接通時(shí)才有電量的消耗。這就使得CMOS的耗電量只有普通CCD的1/3左右，這有助于改善人們心目中數(shù)碼相機(jī)是"電老虎"的不良印象。

CMOS主要問題是在處理快速變化的影像時(shí)，由于電流變化過于頻繁而過熱。暗電流抑制得好就問題不大，如果抑制得不好就十分容易出現(xiàn)雜點(diǎn)。

2.3. 怎么看4800萬的手機(jī)像素

自2018年以來，智能手機(jī)的攝像頭就開始了新一輪的“數(shù)字大戰(zhàn)”——4000萬像素、4800萬像素、6400萬像素……

早在2018年2月，我們就曾經(jīng)針對這種“超高像素風(fēng)潮”提出過疑問，并認(rèn)為其在傳感器尺寸并未明顯增大的情況下，僅靠縮小像素尺寸（降低感光能力）換取名義上的更高像素，未必就能帶來相比大底大像素設(shè)計(jì)更好的畫質(zhì)水準(zhǔn)。

不要說智能手機(jī)的小傳感器，就算是旗艦全畫幅單反的大底，由于傳感器的尺寸本身是固定的，增加像素?cái)?shù)量就必然意味著減小每個像素的感光面積，而這就必然帶來感光能力的下降，導(dǎo)致畫面出現(xiàn)更多噪點(diǎn)。如此一來，對于一般手機(jī)（相機(jī)）用戶來說，他們會覺得更多的像素其實(shí)并沒有帶來更優(yōu)秀的畫質(zhì)；而對于那些有專業(yè)需求的用戶來說，這更意味著設(shè)備投資的一種浪費(fèi)。

讓我們一起來開一下腦洞：在面前放一塊毛玻璃、一塊正常的玻璃，大家都會覺得正常的玻璃“清晰度高”，而毛玻璃則是模糊的。毛玻璃為什么是模糊的？這是因?yàn)樗谋砻姘纪共黄健Ｈ欢?，如此一來，問題就來了——在我們?nèi)庋劭磥碚Ｍ腹獾耐该鞑Ａ?，其表面就一定是完全平滑的么?/span>

另一個層面——不是只有數(shù)碼感光元件才有“分辨率”，玻璃鏡片本身也有。

稍有物理常識的人都知道，玻璃的表面不可能完全平滑，只不過是我們的肉眼看不到那些細(xì)小的缺陷罷了。可是，如果將玻璃的大小縮小到芝麻那么大，將觀察它的對象從相隔幾十公分的肉眼、換成了相距幾毫米的，數(shù)千萬像素的CMOS感光元件呢？

沒錯，此時(shí)哪怕是表面上看起來再完美無缺的玻璃，其微觀結(jié)構(gòu)上的瑕疵、不必要的折射與反射等等，在CMOS看來都會被放大，成為阻礙透光率，降低實(shí)際成像清晰度的負(fù)面因素。如此一來，就意味著對于一個完整的相機(jī)系統(tǒng)來說，其鏡頭中所使用的透鏡都必須要進(jìn)行特殊的表面處理、有時(shí)甚至要運(yùn)用一些稀有材料來制造，以保證最終入射到CMOS表面的光學(xué)影像的清晰度要至少大于等于CMOS自身的物理分辨率，只有這樣，CMOS才不會相當(dāng)于是透過“毛玻璃”來拍照，其本身的感光元件分辨率才有意義。

2.4. 單反相機(jī) vs 微單

單反，即數(shù)碼單鏡頭反光相機(jī)（Digital Single Lens Reflex, DSLR）的反光板的去除已經(jīng)是大勢所趨。在膠片時(shí)代，由于存儲影象的介質(zhì)——膠片，在取景時(shí)必須嚴(yán)格保護(hù)不能漏光，而單反巧妙地利用反光鏡既解決了取景的視差問題，又避免了膠片在取景過程中漏光。膠片時(shí)代，單反相機(jī)把相機(jī)技術(shù)推到了頂峰。然而，進(jìn)入數(shù)碼時(shí)代，情況有了根本性的變化——CCD不怕漏光。它既可以用來取景，也可以在清零后再用于成像，它的工作原理，決定了反光鏡取景不適合數(shù)碼攝影，在完全可以實(shí)現(xiàn)全電子化的數(shù)碼相機(jī)上，沒有必要再保留反光鏡。隨著電子取景技術(shù)的日臻完善，有朝一日，電子取景的清晰度與明亮度遲早會好到足以取代反光鏡。

所以，理論上來說，單電相機(jī)可以擁有單反相機(jī)幾乎所有的一切優(yōu)點(diǎn)——畫質(zhì)更好、景深更大、可換鏡頭，唯一的對焦速度目前還不及單反，這是因?yàn)殡娮訉股刑幱谟變浩?，現(xiàn)在市售同等價(jià)位單電的畫面表現(xiàn)效果與單反相比還是太差了，等待需求一旦爆發(fā)，這類問題肯定會迎刃而解，而單電的體積則是單反永遠(yuǎn)無法追趕的優(yōu)勢。