简述系统放大倍率、光学放大倍率、电子放大倍率

我们在市面上经常见到很多光学仪器上面有放大倍率数值的标注，但其中一部分是指系统的图像放大倍率，一部分则是指成像镜头的光学放大倍率，还有的会写电子放大倍率（数码放大倍率），有时这几个数据会同时出现，我们会发现这几者数据相差很大。那么这几个放大倍率的区别有什么区别呢？今天这个内容就我自己的理解简单描述一下。

仪器的光学放大倍率是指仪器中光学系统本身的物像比例关系，也就是感光芯片和成像视野的比例关系。比如一个光学镜头和传感器芯片连接在一起，成像的视野是11.42mm*8.57mm ，芯片的规格是1/3”（感光面积4.8mm*3.6mm），那么这个镜头此时的放大倍率就是4.8/11.42=0.42X或3.6/8.57=0.42X。【这里需要注意的是，镜头的光学放大倍率是和镜头对焦工作距离一一对应的关系，无论什么镜头，在工作距离变化的时候，其光学放大倍率也会变化，即使远心镜头也会有这种变化，只不过远心镜头因远心度的关系倍率变化得小而已。】

光学放大倍率是由光学系统决定的，它和电子放大倍率（数码放大倍率）没有任何关系。电子放大倍率是感光芯片的感光尺寸和图像显示区域尺寸的比例关系，它由芯片的大小和显示器的大小决定。

仪器的系统放大倍率是指仪器视野和图像显示区域的比例关系，它既与镜头的光学放大倍率有关系，也与电子放大倍率有关。这体现了从实际视野区域到感光芯片，再到显示器的比例关系。实际视野区域到感光芯片的比例关系由光学系统来决定，从感光芯片到显示器的比例关系主要由芯片尺寸和显示器的尺寸来决定。系统放大倍率=光学放大倍率*（显示器对角线尺寸*25.4/感光芯片对角线尺寸）[注意，这里的显示器对角线尺寸单位是英寸，乘25.4是单位的换算]。

通过以上我们可以知道光学仪器的光学放大倍率和系统放大倍率的区别，对于图像信息采集来说，视野区域和感光芯片区域的尺寸就已经决定了图像的清晰度，显示器的大小并不能改变感光芯片采集的图像分辨率，它改变的是图像表现出来的分辨率。所以提升图像细节表现、提升图像的成像效果从根本上来讲还是要以增大仪器的光学放大倍率为主。

另引申一下，在几何光学中还有垂轴放大率和轴向放大率这两个概念，它们和刚才内容中提到的光学放大率有什么关系呢？因为内容不多，这里就顺便说一下。

其实光学放大率就是垂轴放大率，因为物面和感光芯片的面一般都是垂直于光轴的，所以这两者一般是一致的（当然沙姆系统因为物和像不垂直于光轴，这个是不一样的）。几何光学中，垂轴放大率用β表示。轴上放大率一般用α表示，它是光轴上的放大倍率，它一般表述物点和像点在光轴上位移的倍率关系，也可以说是物距单位变化时像距单位变化的比例关系。

垂轴放大率和轴上放大率的关系为α=β²（此公式只考虑物像两侧在同一介质中）。从这个公式里我们可以得到两个最直接的关系：

1、对于成像物镜来说，一般像面和物面在光轴上是朝一个方向运动的，比如当我们镜头的工作距离变小时，镜头的像距就会变大，也就是物面和像面同时是朝着镜头的像方运动。反之就会同时朝着镜头的物方运动。

2、对于成像镜头来说，镜头的光学倍率越大，镜头的工作距离就会越小；镜头的光学倍率越小，镜头的工作距离就会越大。（这一点可以参考非常明显的显微系统和远心镜头系列，因为它们都是固定光学倍率镜头）。

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