对于激光雷达搭载的全画幅相机，部分人认为相机像素越高，影像成果的精度和效果就越好，事实真是如此吗？实际上，全画幅照相机的影像画质，特别是在运动中进行摄影的情况下，主要取决于镜头分辨率、传感器特性、图像信号采样能力、速高比等诸多因素，下面我们从成像的物理特征来分析一下这几个方面的影响因素，看看4500万和6100万全画幅相机哪个更适合于激光雷达搭载。

1、衍射极限制约像元尺寸

光的衍射（Diffraction）是指光在传播路径中，遇到障碍物、小孔或狭缝时，偏离直线绕过障碍物继续传播的现象。光通过圆形小孔成像，会形成明暗相间、距离不等的同心圆光斑，其中中央光斑最亮，称为爱里斑（Airy Disc）。如果爱里斑等于数码相机的像素尺寸，感光元件的分辨率就等于镜头的衍射极限分辨率，相机能够充分利用镜头的分辨率。如果爱里斑大于数码相机的像素尺寸，则衍射极限分辨率成为瓶颈，感光元件的分辨率无法发挥。

可见光通常指波长范围为：400nm - 700nm的电磁波。参考CMOS在各波长下的感度及滤光片的滤光特性，可见光波长大于650nm时，透过率急剧降低，从下表可以看出，可见光波长在400nm - 650nm 范围内感光最好。

像素衍射临界光圈值=像素尺寸/（1.22×光波波长）

测绘相机一般都是用F5.6的固定光圈镜头。根据以上公式，得出4500万像素像元4.4u，对应最大波长为644nm；6100万像素像元3.76u，对应最大波长为550nm。因此，从光学原理上来说， 在使用F5.6镜头+6100万画幅CMOS（像元大小3.76u）时， 通过以上衍射极限的计算，即使镜头为理想品质，也仅能做到可见光波长400nm~550nm范围内的解像力，并不能实现可见光的全部波长范围。而且在实际拍摄条件下，镜头的解像力并不能达到理想水平。4500万相机可以做到波长400nm~650nm范围内的解像，接近于全可见光波段。

6100万像素

4500万像素

4500万全画幅相机CMOS单个像元尺寸是4.4u，6100万全画幅相机CMOS单个像元尺寸是3.76u，  4500万全画幅相机CMOS单个像元面积比6100万全画幅相机CMOS单个像元面积大37%，在像素数量足够的条件下，即满足奈奎斯特采样定理，或者说我们能接受的频率成分大于镜头获取到的频率成分的条件下，单个像素的面积越大，镜头对光线的敏感度就越大，采集的光子越多，曝光宽容度、动态范围就越大，信噪也比较高，高感成像越好，照片的质量就越好。

为确保航飞影像足够清晰，即保证特征在合成软件中的识别准确度，相机需要做到成像时间内位移为1/3个像素以内。    例如：某相机具有1/1000s的快门速度，需获取3cm地面分辨率的成果，当飞机对地速度为10m/s时， 相机1ms内位移1cm.    以Riegl LR激光雷达搭载全画幅相机在进行1:500地形图测绘为例，6100万相机的像元尺寸为3.76u, 4500万像元尺寸为4.4u. 当4500万相机的影像分辨率为3cm时， 6100万相机的影像分辨率为2.56cm, 在同等1ms内位移1cm时， 6100万相机单个像元的影像清晰度不足够， 容易在合成时产生误判。

当前市场上的其他品牌6100万相机，多使用SN公司的相机改造，使用机械幕帘快门，快门从上扫到下的时长约为1/300s, (每个像元曝光时间1/1000)， 即CMOS上不同位置的像元曝光同步性差异最大为1/300s, 会产生一定的果冻效应，影响合成精度。

果冻效应图

如果采用镜间机械快门， 在快门开合过程中每个像元均是同等曝光，没有果冻效应。可以保证合成精度。

5. CMOS参数：

4500万和6100万相机的CMOS（包括市场上6100万相机）大部分都是SN公司出品的。从CMOS厂家公布的CMOS参数中，影响画质和成像能力的几个核心参数，4500万明显优于6100万。

4500万和6100万CMOS核心参数比较

6.  实验室数据及案列

6100万全画幅照片解像力图

4500万全画幅照片解像力图

以上两张解析图，从解像力图的中心和边缘的解析度以及噪点来看，4500万相机的效果明显好于6100万相机。

我们选取了7月份上海某航空科技公司承接的上海市测绘院项目，飞行区域位于浦东新区，飞行的天气、分辨率、重叠度等条件相同。项目共60平方公里，分别使用单相机像素为4500万和6100万的进行测量，其中4500万像素的相机采用了使用镜间快门的海鸥相机模组，6100万像素的相机采用了国内某著名企业的倾斜相机，相机模组采用的CMOS芯片均为SN公司提供。经过数据采集、空三和建模后，从结果显示及项目验收评价来看，全画幅6100万相机整体效果不如4500万相机。部分截图如下：

4500万相机与6100万相机实测数据对比

4500万像素相机

6100万像素相机

4500万像素相机

6100万像素相机

4500万像素相机

6100万像素相机

结论：

激光雷达所搭载的全画幅相机并不是像素越高，影像的精度和效果就越好。