厂家提供的像元大小(例如 1.4 µm × 1.4 µm),指的就是一个像素在传感器上的物理尺寸,即它的宽度和高度。 这是一个非常关键的概念。
1. 核心确认:像元 (Pixel) = 物理像素 (Photosite)
-
像元:这是传感器制造领域的术语,指的就是传感器上那个微小的、独立的感光单元。
-
物理像素 或 光电二极管:这是电子工程和计算机领域的术语,指的是同一个东西。
-
所以:“像元大小”就是“一个物理像素的物理尺寸”。
当厂家说“像元尺寸为 1.4 µm × 1.4 µm”时,他们是在告诉你:
“我们的传感器上,每一个用来感光的‘小方块’,它的边长是 1.4 微米。”
这是一个绝对的、固定的物理属性,在传感器出厂时就已经决定了。
2. 为什么我们需要 “mm/pixel” 这个单位?
既然像元尺寸本身就是一个长度,为什么在公式里我们还要把它写成 s_x = 0.0014 mm/pixel
这种形式呢?
原因在于:为了进行数学计算和单位换算。
mm/pixel
这个单位完美地体现了它的角色:它是一个转换因子。
-
mm
:代表我们想要了解的真实世界的物理尺度。 -
pixel
:代表我们从相机得到的图像的数字化尺度。
s_x
的价值在于它直接回答了这个问题:“图像上的一个像素,在传感器这个物理层面上,实际占了多大的地方?”
3. 从“像元尺寸”到“转换因子 s_x
”
让我们以您的例子来做一次完整的推导:
-
厂家给出:像元尺寸 =
1.4 µm × 1.4 µm
。 -
统一单位:为了和常用的物理焦距(单位是 mm)一起计算,我们将像元尺寸转换为毫米:
1.4 µm = 1.4 × 10⁻³ mm = 0.0014 mm
所以,这个像元的物理尺寸是0.0014 mm
。 -
理解其含义:
-
这个尺寸意味着:在传感器上,每一个像素占据了 0.0014 毫米的宽度。
-
我们可以把这个陈述换一种方式表达:“每获取 1 个像素的数据,我需要一段 0.0014 毫米宽的传感器来接收光线。”
-
-
写成转换因子:
上面的说法恰恰就是:0.0014 毫米 / 像素
。
这就是s_x = 0.0014 mm/pixel
的由来。
一个简单的类比
想象一下你有一把尺子:
-
厂家告诉你,这把尺子的最小刻度是 1 毫米。
-
这个“1 毫米”就是一个物理尺寸,就像“像元尺寸是 1.4 µm”。
-
当你用它测量时,你会说:“我量了一下,这个物体是 5 个刻度长。”
-
那么它的真实长度就是:
5 × 1 mm/刻度 = 5 mm
。 -
这里的
1 mm/刻度
所起的作用,就相当于s_x
。它是一个将“读数”转换为“物理长度”的因子。
总结
-
厂家提供的 像元大小(如 1.4µm) 就是一个物理像素的物理尺寸。
-
为何用
mm/pixel
:当我们在数学模型和公式中使用它时,我们把它表示为s_x
,并赋予它mm/pixel
的单位。这不是为了复杂化,而是为了清晰地表明它在计算中扮演的角色——一个连接物理世界和数字世界的转换因子。
所以,s_x
的本质就是用另一种方式重新表述“像元尺寸”,以便于我们直接将其代入公式 f_x = F / s_x
中进行计算。两者描述的是同一个硬件属性的两个方面:一个是其物理尺寸,另一个是其数学功能。