百万像素是必需的！
百万像素竞赛当然不是“不必要的”。在过去的十年中，在百万像素方面一直取得进步，同时不断提高了图像质量。轶事谚语会让您认为这是不可能的，但是尽管像素面积缩小了，但仍进行了相当多的技术和制造改进，使得噪声更低，信噪比更高，动态范围更大。
我认为，尼康D800中目前使用的36.3mp的索尼Exmor传感器的出现就是一个很好的例子，它说明了低级技术的改进可以降低噪音和增加动态，同时仍然可以显着提高图像分辨率。因此，我认为D800是一个绝妙的例子，说明为什么百万像素竞赛绝对不会结束。
至于是否只是吹牛的权利呢？我对此表示怀疑。更好的工具始终可以在熟练的技术人员手中有效地使用。更高的分辨率和更低的ISO动态范围具有某些特定的高价值用例。即风景摄影和某些形式的工作室摄影。D800的位置非常独特，其包装中的图像质量约为中画质图像的1/10。对于某些工作室来说，最好的替代品是没有的，他们将使用40,000美元的数码中画幅相机来向客户提供正确的感知。然而，对于其他许多摄影棚和许多风景摄影师而言，D800都是梦想成真：百万像素的负载和高动态范围。
不，百万像素竞赛绝对没有结束，这当然不是不必要的。各个方面的竞争都会在各个方面取得进步，这对消费者来说永远是一件好事。
改善潜力
要比我上面的结论更深入一点，这个故事还有很多，而不仅仅是在各个方面的竞争都是好的。在技术，物理和实践上，随着我们继续增加传感器像素数量，确实存在一些限制因素将限制潜在的收益。一旦达到这些极限，就必须在其他地方以合理的成本获得有用的收益。可能发生的两个领域是光学和软件。
技术局限性
从技术上讲，可以提高智商的程度有明显的限制。传感器中图像质量下降的主要来源是噪声，并且可以通过多种电子方式引入噪声。我认为拥有Exmor传感器的索尼（如果尚未安装）已经非常接近技术极限。他们已利用各种专利来直接在其传感器中减少硬件级别的噪声产生源。可控制噪声的主要来源是暗电流噪声，读取噪声，模式噪声，非均匀噪声，转换（或量化）噪声和热噪声。
索尼和佳能都使用CDS或相关的双采样来减少暗电流噪声。索尼的方法触摸起来更有效，但是两者使用的方法基本相同。由于流经电路的电流波动，读噪声是放大的副产品。有多种获得专利的实验方法可以检测电路中的电压变化，并在放大期间对其进行校正，以产生“更纯净，准确”的读取结果。索尼在Exmor传感器中使用了自己的专利方法，包括D800中使用的36.3mp。转换前电子噪声的其他两种类型是图案噪声和非均匀噪声。这些是电路响应和效率不连续的结果。
图案噪声是用于构造单个传感器像素的每个晶体管和用于启动读取和信号冲洗的电子门的固定方面。在量子水平上，几乎不可能使每个晶体管彼此完全相同，这会在传感器噪声中产生水平和垂直线的固定模式。一般而言，图案噪声对整体噪声的影响很小，并且仅在非常低的SNR区域或非常长时间的曝光期间才真正成为问题。如果您正确地解决问题，则图案噪声可能相对容易消除。可以通过将多个样本平均在一起以创建图案噪声模板来构建“暗框”，该图案噪声模板可以与色框有所区别以消除图案噪声。这基本上就是长时间消除噪音的工作方式，这也是从长时间曝光中手动消除固定图案噪声的方式。在硬件级别，可以通过在模板中燃烧来减轻固定模式的噪声，该模板可以反转FPN的影响，从而可以在读取时添加/减去差异（类似于CDS），从而提高像素读取的“纯度”。如今，确实存在各种在FPN模板中刻录的实验方法以及更抽象的方法。
非均匀噪声通常称为PRNU或像素响应非均匀性，是每个像素的量子效率（QE）略有变化的结果。QE是指像素捕获光子的能力，通常以百分比表示。例如，佳能5D III的QE为47％，这表明它足以定期捕获到达每个像素的47％的光子。实际每个像素的QE可能会发生+/-几个百分点的变化，这会产生另一种噪声源，因为尽管每个像素接收的入射光量相同，但可能捕获的光子数量却不相同。PRNU也随着灵敏度而变化，并且随着ISO的增加，这种形式的噪声会变得更糟。可以通过归一化每个像素的量子效率来缓解PRNU，最小化邻居之间以及整个传感器区域之间的差异。可以通过减小每个像素中光电二极管之间的间隙，在每个像素上方引入一层或多层微透镜以将非光电二极管入射光折射到光电二极管上以及使用背光传感器技术（移动很多）来实现QE的改善。或光电二极管后面的所有读取布线和晶体管，从而消除了它们可能会挡住入射光子并反射或将其转换为热能的可能性。）
热噪声是热量引入的噪声。热量本质上只是能量的另一种形式，它可以像光子罐一样激发光电二极管中电子的产生。热噪声通常是由热的施加直接引起的，通常是通过热的电子组件（例如图像处理器或ADC）产生的。可以通过将此类组件与传感器热隔离或通过主动冷却传感器来缓解这种情况。
最后是转换噪声或量化噪声。此类噪声是由于ADC或模数转换过程中固有的不准确性而产生的。在对图像进行数字化处理时，通常会对从传感器读取的模拟图像信号施加非积分增益（带整数和小数部分的十进制增益）。由于模拟信号和增益是实数，因此转换的数字（积分）结果通常不一致。增益为1会使像素捕获的每个电子产生一个ADU，但是更实际的增益可能为1.46，在这种情况下，在某些情况下，每个电子可以得到1 ADU，在其他情况下，每个电子可以得到2 ADU。这种不一致会在ADC后的数字输出中引入转换/量化噪声。对噪声的影响非常小，并在像素之间产生相当精细的噪声偏差。使用软件降噪功能通常很容易将其删除。
消除电子形式的噪声具有改善图像黑点和黑纯度的潜力。您可以消除或减轻的电子噪声形式越多，即使在信号电平非常低的情况下，信噪比也会越好。这是索尼在其Exmor传感器方面取得重大进展的主要方面，这为真正的14级动态范围和真正令人惊叹的阴影恢复打开了可能性。这也是许多竞争传感器制造技术都落后的主要领域，尤其是佳能和中画幅传感器。佳能传感器尤其具有很高的读取噪声水平，较低的QE归一化水平，较低的QE整体，并且仅使用CDS来减轻其传感器中的暗电流噪声。这样会降低整体动态范围，
一旦将各种形式的电子噪声降低到不再重要的水平，制造商将无法在传感器自身中进行改进。一旦达到这一点，那么从每个像素的量子效率的角度来看，唯一真正重要的是像素面积……并且由于具有近乎完美的电子特性，我们可以承受比最大密度DSLR传感器小得多的像素尺寸今天（这将是具有4.6微米像素的尼康D800，具有4.3微米像素的佳能7D，最终是具有3.8微米像素的尼康D3200。）手机传感器使用的像素约为1微米，并且已经证明了像素是可行的，并且可以产生相当不错的智商。数码单反相机中的相同技术可以最大程度地降低噪音，甚至可以走得更远，
身体限制
除了完善图像质量的技术限制外，还存在一些物理限制。两个主要限制是光子噪声和空间分辨率。这些是物理现实的方面，也是我们实际上无法控制的事情。它们不能通过技术增强来缓解，并且无论我们的设备质量如何都存在（并且已经存在）。
光子噪声或光子发射噪声是由于光的固有不可预测性而产生的一种噪声。在量子水平上，我们无法准确预测光子可能撞击哪个像素，或者光子撞击一个像素而不是另一个像素的频率。我们可以将光子撞击粗略地拟合到概率曲线，但是我们永远无法使拟合完美，因此来自均匀光源的光子将永远不会完美均匀地分布在传感器区域上。现实的这种物理方面会产生我们在照片中遇到的大部分杂讯，而传感器的放大器将这种形式的杂讯放大是导致在较高ISO设置下照片噪声更大的主要原因。较低的信噪比意味着捕获和放大光子的总信号范围较小，因此较高的SNR可以帮助减轻光子噪声的影响并帮助我们实现更高的ISO设置...但是光子噪声本身无法消除，并且始终是数码相机IQ的限制。软件可以在最小化光子散粒噪声方面发挥作用，并且由于光线具有一定的可预测性，因此先进的数学算法可以消除在以RAW格式拍摄并导入照片后产生的绝大多数形式的噪声。此处唯一真正的限制是降噪软件的质量，准确性和精度。拍照并以RAW格式导入后，高级数学算法可以消除这种形式的噪声。此处唯一真正的限制是降噪软件的质量，准确性和精度。拍照并以RAW格式导入后，高级数学算法可以消除这种形式的噪声。此处唯一真正的限制是降噪软件的质量，准确性和精度。
空间分辨率是我们必须处理的二维图像的另一个物理方面。空间频率或亮度变化的二维波形是一种概念化由镜头投射并由传感器记录的图像的方式。空间分辨率描述了这些频率的大小，并且是光学系统的固定属性。对于传感器，空间分辨率是传感器尺寸和像素密度的直接结果。
空间分辨率通常以每毫米线对（lp / mm）或每毫米周期数来衡量。D800的像素为4.3微米，即传感器高度为24mm时有4912行像素，其能力为102.33 lp / mm。有趣的是，佳能7D在14.9mm的传感器高度中具有3456行像素，能够达到115.97 lp / mm ...比D800更高的分辨率。同样，在传感器高度为15.4mm的情况下具有4000行像素的尼康D3200将能够达到129.87 lp / mm。7D和D3200均为APS-C或裁剪框传感器...物理尺寸比D800的全框传感器小。如果我们要继续增加全帧传感器中的百万像素的数量，直到它们具有与D3200相同的像素大小（3.8微米），我们可以生产9351x6234像素传感器或58.3mp。我们可以将这种想法发挥到极致，并假设有可能生产出与iPhone 4中的像素大小相同的全画幅DSLR传感器（众所周知，它可以用IQ拍摄一些非常好的照片，虽然不如DSLR好，大于1.75微米）。那将转化为20571x13714像素传感器或282.1mp！这样的传感器将具有285.7 lp / mm的空间分辨率，正如您很快就会看到的那样，该数字的适用性有限。
真正的问题是，以DSLR尺寸形式进行的这种分辨率是否有益？这个问题的答案是可能。传感器的空间分辨率代表了整个相机的最大极限，前提是您拥有一个能够产生足够分辨率以最大化传感器潜力的相应镜头。镜头在投影图像的空间分辨率上有其固有的物理限制，并且这些限制不是恒定的……它们随光圈，玻璃质量和像差校正而变化。衍射是光的另一种物理属性，当光穿过越来越狭窄的开口（在透镜的情况下，该开口就是光圈）时，光会降低最大的潜在分辨率。光学像差或透镜的光折射缺陷，是降低最大潜在分辨率的另一个物理方面。不像衍射 光学像差随着光圈变大而增加。大多数透镜都有一个“最佳点”，在该点上，光学像差和衍射的影响大致相等，并且透镜达到其最大电势。“完美”透镜是不具有任何种类的任何光学像差的透镜，因此衍射极限。透镜通常被衍射限制在大约f / 4附近。
透镜的空间分辨率受到衍射和像差的限制，并且随着光阑停止时衍射的增加，空间分辨率会随着入射光瞳的尺寸而缩小。在f / 4时，理想镜头的最大空间分辨率为173 lp / mm。在f / 8时，衍射极限透镜的能力为83 lp / mm，与大多数全画幅数码单反相机（不包括D800）大致相同，其范围在70-85 lp / mm之间。在f / 16时，衍射极限镜头的能力仅为43 lp / mm，是大多数全画幅相机的一半，而分辨率却低于大多数APS-C相机的一半。比f / 4宽，对于仍受光学像差影响的镜头，分辨率可以迅速降至60 lp / mm或更小，而对于超快的广角f / 1.8或更快的底漆则低至25-30 lp / mm 。回到理论1。75微米像素282mp FF传感器...它将具有285 lp / mm的空间分辨率。您将需要一个完美的，受衍射限制的f / 2.4镜头来实现那么高的空间分辨率。这种透镜将需要极端的像差校正，从而大大增加了成本。确实存在一些可以在更宽的光圈下实现近乎完美特性的镜头（据称蔡司生产的专用镜头据称能够达到约400 lp / mm，这将需要约f / 1.6-f / 1.5的光圈），但是它们很少见，高度专业化并且非常昂贵。达到f / 4左右的完美度要容易得多（如果有最后几十年的镜头提示），这表明镜头的最大可行且具有成本效益的分辨率约为173 lp / mm或更低。它的空间分辨率可达285 lp / mm。您将需要一个完美的，受衍射限制的f / 2.4镜头来实现那么高的空间分辨率。这种透镜将需要极端的像差校正，从而大大增加了成本。确实存在一些可以在更宽的光圈下实现近乎完美特性的镜头（据称蔡司生产的专用镜头据称能够达到约400 lp / mm，这将需要约f / 1.6-f / 1.5的光圈），但是它们很少见，高度专业化并且非常昂贵。达到f / 4左右的完美度要容易得多（如果有最后几十年的镜头提示），这表明镜头的最大可行且具有成本效益的分辨率约为173 lp / mm或更低。它的空间分辨率可达285 lp / mm。您将需要一个完美的，受衍射限制的f / 2.4镜头来实现那么高的空间分辨率。这种透镜将需要极端的像差校正，从而大大增加了成本。确实存在一些可以在更宽的光圈下实现近乎完美特性的镜头（据称蔡司生产的专用镜头据称能够达到约400 lp / mm，这将需要约f / 1.6-f / 1.5的光圈），但是它们很少见，高度专业化并且非常昂贵。达到f / 4左右的完美度要容易得多（如果有最后几十年的镜头提示），这表明镜头的最大可行且具有成本效益的分辨率约为173 lp / mm或更低。4镜头实现了那么多的空间分辨率。这种透镜将需要极端的像差校正，从而大大增加了成本。确实存在一些可以在更宽的光圈下实现近乎完美特性的镜头（据称蔡司生产的专用镜头据称能够达到约400 lp / mm，这将需要约f / 1.6-f / 1.5的光圈），但是它们很少见，高度专业化并且非常昂贵。达到f / 4左右的完美度要容易得多（如果有最后几十年的镜头提示），这表明镜头的最大可行且具有成本效益的分辨率约为173 lp / mm或更低。4镜头实现了那么多的空间分辨率。这种透镜将需要极端的像差校正，从而大大增加了成本。确实存在一些可以在更宽的光圈下实现近乎完美特性的镜头（据称蔡司生产的专用镜头据称能够达到约400 lp / mm，这将需要约f / 1.6-f / 1.5的光圈），但是它们很少见，高度专业化并且非常昂贵。达到f / 4左右的完美度要容易得多（如果有最后几十年的镜头提示），这表明镜头的最大可行且具有成本效益的分辨率约为173 lp / mm或更低。确实存在一些可以在更宽的光圈下实现近乎完美特性的镜头（据称蔡司生产的专用镜头据称能够达到约400 lp / mm，这将需要约f / 1.6-f / 1.5的光圈），但是它们很少见，高度专业化并且非常昂贵。达到f / 4左右的完美度要容易得多（如果有最后几十年的镜头提示），这表明镜头的最大可行且具有成本效益的分辨率约为173 lp / mm或更低。确实存在一些可以在更宽的光圈下实现近乎完美特性的镜头（据称蔡司生产的专用镜头据称能够达到约400 lp / mm，这将需要约f / 1.6-f / 1.5的光圈），但是它们很少见，高度专业化并且非常昂贵。达到f / 4左右的完美度要容易得多（如果有最后几十年的镜头提示），这表明镜头的最大可行且具有成本效益的分辨率约为173 lp / mm或更低。
当我们将物理限制纳入百万像素竞赛何时结束的方程式中时，我们发现（假设接近技术完美）最高的成本效益分辨率约为173 lp / mm。大约是103mp的全画幅或40mp的APS-C传感器。应该注意的是，将传感器分辨率提高到如此高的水平只会在大约f / 4左右的光圈带越来越窄的情况下看到好处，在该范围内镜头性能是最佳的。如果光学像差的校正变得更容易，我们也许能够获得更高的分辨率，推高200 lp / mm，但只有在最大光圈或接近最大光圈时，此类分辨率才可能实现，而在所有其他光圈下，您的整体分辨率摄像头将比传感器本身的功能更低，甚至可能更低。
那么百万像素竞赛何时结束？
我认为回答这个问题并不是真正的事情，我相信任何人都有资格回答。归根结底，它是个人选择，并且将取决于多种因素。一些摄影师可能总是希望高分辨率传感器可以提供理想光圈的潜力，只要他们正在以越来越精细的细节拍摄场景就需要这种分辨率。其他摄影师可能更喜欢通过改善低分辨率传感器的特性而获得的对清晰度的改进感知。对于许多摄影师来说，我相信百万像素竞赛已经结束，FF DSLR封装中的20mp左右绰绰有余。更进一步，许多摄影师在完全不同的光线下看到图像质量，他们更喜欢帧速率和能够以较低的分辨率连续捕获更多帧的能力，这对他们作为摄影师的成功至关重要。在这种情况下，许多尼康爱好者表示，只要能每秒清晰地捕获10帧，大约12mp就足够了。
从技术和物理上讲，仍然存在巨大的增长空间，并继续在百万像素和分辨率方面获得收益。比赛将我们交给您。桌上的选项多样性从未像现在这样高，您可以自由选择分辨率，传感器尺寸以及满足您需求的AF，ISO和DR等相机功能的组合。
