目錄2. cmos: 畫素的物理載體
「在太空中僅憑肉眼能否看到長城」科學公案的由來，似乎要追溯到人類第一次進入太空之日起。太空飛行員 「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。
在六年制小學語文課本第七冊課文《長城磚》中有這樣一段文字:「一位太空飛行員神采飛揚地說，『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:乙個是荷蘭的圍海大堤，另乙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。
但無論在學術界還是民間，「肉眼看長城」 始終存在爭議，而且長久以來沒有定論；而西方太空飛行員在太空看到過長城的說法也從來沒有得到過證實。
也許有人會問，我們的眼睛最小能看到多細的物體呢？
有關研究資料說，人的眼睛最小能看到0.02到0.01公釐粗細的小點。也就是1270到2540ppi。
以頭髮來打個比喻吧！
我們的頭髮大約是0.05公釐粗。在光線充足和視力非常好的條件下，且放置頭髮的背景是白色情況下。在2公尺遠應該能看得到頭髮的，你能在5公尺外看得到嗎？假設是剛好可以看得到吧！還是假設長城處處都有10公尺寬！
則5x（10/0.00005）=100萬公尺=1000公里，也就是說在1000公里遠處看到的長城就象一根頭髮線一樣。對於在340多公里高空飛行的太空飛行器來說，太空飛行員能看得到的長城，0.00005（340000/10）=1.7，相當於你看著1.7公尺遠處的一根頭髮而已。你說有可能看得到嗎？
這個每英吋長度上的畫素數個數叫做影像解析度，簡稱ppi（pixels per inch）。如每英吋長度上有82個畫素點，即用82ppi來表示。
攝像頭也和我們人類的單個眼睛一樣，當然了，人單個眼睛左右有160度的視野範圍，上下有120度的視野範圍。而現在最大的超廣角數位相機也很難達到這個範圍。據說魚眼鏡頭相機的視角範圍可以達到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。所以所成的尺寸也是採用這個比例的居多，如:
也有採用16:9，如
更有採用3:2的呢！如
還有採用5:4的，如
當然還有採用**分割係數的，即16:10=1.6:1=1:0.618，如
畫素組成的影象叫位圖或者光柵影象，位圖，畫素圖形，網格圖（光柵一詞源於模擬電視技術，我們的電視訊號就是模擬訊號）。
在一般情況下，畫素是一塊正方形，帶有高度、色調、色相、色溫、灰度等的顏色資訊，一定數量的顏色有別的正方形小塊排列組合，用以表示一幅點陣影象，也就是位圖影象。通過數位相機拍攝、掃瞄器掃瞄或位圖軟體輸出的影象都是點陣圖。
一張位圖，顏色資訊越是豐富，則的容量就越大。在光線充足的環境下所得的，其容量往往都很大。
研究表明超過300ppi（畫素點0.085公釐）人眼就察覺不出顆粒感。
當的解析度大於顯示屏的解析度時，顯示屏會把按比例相對的宿小。相當於把的兩個或多個畫素在顯示屏上以乙個畫素顯示出來。所以我們的解析度越大，看到的就越清晰細膩逼真。
cmos是一種「特殊的半導體器件」，上面有很多微小光敏物質感光元件，每個感光元都稱作乙個畫素（pixel）。
也就是說同一尺寸的cmos，可以包含不同的畫素。
很明顯cmos有很多種尺寸：
一塊cmos上包含的畫素數越多，其提供的畫面解析度也就越高。
通過上面的論述，我們已經明確了畫素數是指cmos上感光元件的數量。
攝像機拍攝的畫面可以理解為由很多個小的點組成，每個點就是乙個畫素。
顯然，畫素數越多，畫面就會越清晰，如果cmos沒有足夠的畫素的話，拍攝出來的畫面的清晰度就會大受影響，因此,理論上ccd的畫素數量應該越多越好。
但實際情況是，在同乙個電視標準下（例如：高畫質格式），畫素數增加到某一數量後，再增加對拍攝畫面清晰度的提高效果變得不明顯。而且cmos畫素數的增加會使製造成本。
格式寬度
長度對角線
面積焦距係數
代表機型
中畫幅33.0
44.0
55.0
1452
0.7賓得645d
全畫幅
24.0
36.0
43.4
8641.0
全畫幅單反
aps-c
15.6
23.5
28.3
3681.5
尼康及其他aps-c格式單反
aps-c
14.9
22.3
27.3
3291.6
佳能aps-c格式單反
2/3"
6.68.8
11.0
584.0
富士x1
1/2"
4.86.4
8.031
5.4攝像頭
1/2.5"
4.35.8
7.225
6.0低端便攜相機
1/3"
3.64.8
6.017
7.2攝像頭
手機相機，例如2023年大賣的索尼imax586，已經達到了4800w畫素，但其cmos尺寸不過1/2"。而工業相機的cmos尺寸是和手機差不多的，一般是1/3"或1/2"。那麼為什麼工業相機的畫素低很多？
工業相機一般需要長時間工作，發熱量不是手機那種小模組能hold住的，然後就是鏡頭，機器視覺要求影象畸變小，以及對不同像平面的物體放大率相同，還有較深的景深，這些手機鏡頭沒乙個能滿足。
快門模式的不同。手機的相機全部是捲簾快門，**便宜。而工業相機一般需要全域性快門，所有在**上會貴很多。
工業相機的幀率遠遠地高過普通相機。比如智慧型相機的30萬畫素照相機，能夠輕鬆達到兩百幀。
智慧型相機與普通相機光譜差異
智慧型相機通常情況下輸出的是裸資料資訊，其光譜區域也往往較為寬，較為適用進行高品質的影象處理演算法 ，比如機器視覺技術應用。
掃瞄方式差異
智慧型相機的影象感測器是逐行掃瞄的，而普通相機的影象感測器是隔行掃瞄的，逐行掃瞄的影象感測器生產工藝流程較為複雜，產出率低，銷售量少，並且**比較貴 。
cmos**比ccd便宜，影象質量相比ccd來說要低一些。
cmos針對ccd最主要的優勢就是非常省電，不像由二極體組成的ccd，cmos 電路幾乎沒有靜態電量消耗，只有在電路接通時才有電量的消耗。這就使得cmos的耗電量只有普通ccd的1/3左右，這有助於改善人們心目中數位相機是"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，由於電流變化過於頻繁而過熱。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雜點。
知乎自2023年以來，智慧型手機的攝像頭就開始了新一輪的「數字大戰」——4000萬畫素、4800萬畫素、6400萬畫素……
早在2023年2月，我們就曾經針對這種「超高畫素風潮」提出過疑問，並認為其在感測器尺寸並未明顯增大的情況下，僅靠縮小畫素尺寸（降低感光能力）換取名義上的更高畫素，未必就能帶來相比大底大畫素設計更好的畫質水準。
不要說智慧型手機的小感測器，就算是旗艦全畫幅單反的大底，由於感測器的尺寸本身是固定的，增加畫素數量就必然意味著減小每個畫素的感光面積，而這就必然帶來感光能力的下降，導致畫面出現更多噪點。如此一來，對於一般手機（相機）使用者來說，他們會覺得更多的畫素其實並沒有帶來更優秀的畫質；而對於那些有專業需求的使用者來說，這更意味著裝置投資的一種浪費。
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。毛玻璃為什麼是模糊的？這是因為它的表面凹凸不平。然而，如此一來，問題就來了——在我們肉眼看來正常透光的透明玻璃，其表面就一定是完全平滑的麼？
另乙個層面——不是只有數碼感光元件才有「解析度」，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小的缺陷罷了。可是，如果將玻璃的大小縮小到芝麻那麼大，將觀察它的物件從相隔幾十公分的肉眼、換成了相距幾公釐的，數千萬畫素的cmos感光元件呢？
沒錯，此時哪怕是表面上看起來再完美無缺的玻璃，其微觀結構上的瑕疵、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，降低實際成像清晰度的負面因素。如此一來，就意味著對於乙個完整的相機系統來說，其鏡頭中所使用的透鏡都必須要進行特殊的表面處理、有時甚至要運用一些稀有材料來製造，以保證最終入射到cmos表面的光學影像的清晰度要至少大於等於cmos自身的物理解析度，只有這樣，cmos才不會相當於是透過「毛玻璃」來拍照，其本身的感光元件解析度才有意義。
單反，即數碼單鏡頭反光相機（digital single lens reflex, dslr）的反光板的去除已經是大勢所趨。在膠片時代，由於儲存影象的介質——膠片，在取景時必須嚴格保護不能漏光，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。膠片時代，單鏡反光機把相機技術推到了頂峰。然而，進入數碼時代，情況有了根本性的變化——ccd不怕漏光。它既可以用來取景，也可以在清零後再用於成像，它的工作原理，決定了反光鏡取景不適合數碼攝影，在完全可以實現全電子化的數位相機上，沒有必要再保留反光鏡。隨著電子取景技術的日臻完善，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，單電相機可以擁有單鏡反光機幾乎所有的一切優點——畫質更好、景深更大、可換鏡頭，唯一的對焦速度目前還不及單反，這是因為電子對焦尚處於幼兒期，現在市售同等價位單電的畫面表現效果與單反相比還是太差了，等待需求一旦爆發，這類問題肯定會迎刃而解，而單電的體積則是單反永遠無法追趕的優勢。
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