像素點不再多多益善

錢志遠

還在幾年前，顯示設備、數(shù)碼相機的像素點都是越多越好，不存在系統(tǒng)設備資源閑置的問題?，F(xiàn)在則不同了，隨著技術的發(fā)展和激烈的市場競爭，數(shù)碼產(chǎn)品，如數(shù)碼相機、小尺寸顯示屏、掃描儀、打印機等等的分辨率越來越高，而人眼的分辨能力是有極限的，我們的居室增大速度遠遠跟不上電子設備的發(fā)展速度，像素點不再是多多益善。為了不白花冤枉錢，有必要算算清。這里提供一種從人類視覺特性出發(fā)分析最合適的像素點的思路。

視距視距是指眼睛到畫面的距離。對于娛樂型的顯示設備，如電視、投影畫面等基本上是由使用的房間尺寸決定的。而文字閱讀和圖片欣賞這類超近距離觀看，則由各人的明視距離決定，大致在30厘米左右。

視野角度 有時也稱視角，是指人眼到畫面左右兩邊沿視線的夾角。但現(xiàn)在“視角”兩字用得最多的地方是指液晶畫面的可觀賞區(qū)域角度，這樣兩個視角的頂點正好相反，視野角度的頂點是人眼，可視角度的頂點是畫面的中心。

實際的視野角度是由視距和畫面寬度決定的：α＝2×arctg(畫面寬度的一半/視距)。

人的視角是有限度的、且因人而異。一般來說，視覺最清晰的區(qū)域為15°，稱為分辨視域；能清晰分辨物體的視角只有30 °，稱有效視域； 60 °以外已看不清物體的存在，只能感覺到有動體出現(xiàn)，稱為誘導視域。要看清誘導視域中的景物，必須把眼珠或頭頸轉過去，讓動體落入視角正中以便分清。

像素點 像素點則是數(shù)字化畫面的最小元素，畫面橫向縱向各被分成多少點。這些像素點的結構是絕對不應該被看清楚，否則畫面的自然度、真實感不復存在，而代之以人工掘鑿之感。

人眼分辨角 人類能分辨兩個點的最小視角在1～1.5之間，現(xiàn)行PAL制電視的575圖像行就是以1.5這個人眼最低分辨角和四倍高度視距為基準設計出的。

“四倍××”用得較混亂，有說四倍寬度、有說四倍對角線的。但這并不礙事，四倍高度是三種距離中最短的，這里人眼的最低分辨角用的也是最弱的。如果你的眼睛好一點，不就需要再離遠點才能分不出像素點嗎？但設計時是以四倍高度出發(fā)，定出行掃描線數(shù)，然后以同樣的水平分辨率要求再制定視頻通道的帶寬。那時是模擬時代，還沒有像素點的概念，現(xiàn)在數(shù)字化處理時，就按3∶4倒算出水平像素點。

像素點格式 先把像素格式的資料匯總一下，見表1～表3。

作為顯示設備的各種分辨率格式，用像素點矩陣來表示是最直接了當?shù)模恳粋€像素點就是一個圖像的彩色點。

但由于每一個彩色點是由紅、綠、藍三個單原色點構成，所以，直視式顯示設備，如液晶電視、PDP顯示板等，用像素數(shù)來表示時，就在畫幅格式的圖像像素點數(shù)上乘以3，SVGA格式為800×600×3＝144萬，聽起來就比原來的48萬大多了。

現(xiàn)在正規(guī)的液晶投影機是用三片該格式的單色顯示片構成，則直接用每單片的像素點矩陣表示，有時后面再乘個3，即800×600×3，但乘不乘無關緊要。DIY發(fā)展來的液晶投影機用彩色顯示板做畫面引擎，紅、綠、藍三點作為一圖像點。所以，用像素數(shù)表示時，就乘上3。三片式液晶投影機用總像素點表示時，也是乘3的。但一般的DLP投影機都是單片的，彩色靠色輪旋轉分時獲得，乘3就有點說不過去，故用像素矩陣表述最確切。

16∶9畫幅格式是新出現(xiàn)的，除HDTV的二種比較規(guī)范外。適用于DVD影碟播放的品種就有些混亂，像素點矩陣不一致。三洋投影機LPV-Z1為964×544，而松下的液晶背投TH-42PW5CZ/5CH為852×480。好在這只是一些過渡品種，很快就會向表2的格式看齊，例如，三洋的LPV-Z2投影機就用1280×720的寬幅液晶板了。

數(shù)碼相機及手機數(shù)碼照片的像素點，其有效像素數(shù)就是顯示圖像用的像素點矩陣的總點數(shù)，一般不乘3。但個別手機廠商覺得手機像素點太少，聽起來像是玩具相機，也有用乘3后的數(shù)值作宣傳，要注意。

dpi 這是掃描儀和打印機等的分辨率單位，dpi即每英寸多少個點。掃描儀和打印機等的分辨率是用行向分辨率×列向分辨率矩陣表示，行向即水平方向的分辨率，在打印機上現(xiàn)常為墨點密度。例如，佳能i255打印機的最大分辨率為4800×1200dpi，則行向的墨點距離為1/4800英寸。但一個像素點由紅、綠、藍三原色點構成，因此，圖像像素點水平方向實為1600點。后面的1200是前進方向步進馬達的分辨率，一點就是一點。

掃描儀有光學分辨率和最大分辨率之分，這些點是彩色的，一般用24bit量化，每單色8bit。行方向光學分辨率是由感光元件CCD的密度決定的，列方向也是步進馬達的分辨率。故600×1200dpi光學分辨率的掃描儀，行方向是以每英寸600點取樣，列方向每1英寸由1200行構成。掃描儀的最大分辨率是軟件插入數(shù)據(jù)獲得的，只能使畫面細膩，圖像清晰度不會提高，但商品宣傳時卻很唬人。

一般掃描得到的圖像數(shù)據(jù)行列方向都用相同的分辨率表示，所以，圖像實際的分辨率就與使用時的設置有關。如上述光學分辨率的掃描儀使用時，置600dpi掃描，得到的圖像數(shù)據(jù)就是600×600dpi，圖像兩個方向的分辨率都是600dpi。這時，設置的行向分辨率用足了，列向分辨率沒有用足，步進電機的跨距大一些，掃描較快。若你置1200dpi掃描，得到的圖像數(shù)據(jù)就是1200×1200dpi，而行向新增的600個點是插入數(shù)據(jù)，已與原圖的數(shù)據(jù)不同，清晰度還只有600dpi，此圖兩個方向的清晰度就不一樣。

像素點與dpi的轉換 至此，我們已經(jīng)看到用點子數(shù)來表示分辨率有二類：顯示設備和數(shù)碼相片是用絕對像素點數(shù)表示的，而掃描儀和打印機則用像素點密度來表示。這就有個換算問題。例如，我們要把135底片(36mm×24mm)掃描成文件，若用600dpi精度掃描格式掃描，先把2.4cm和3.6cm分別除以2.54轉換成英寸，然后乘上掃描精度每英寸600點，轉換出850×567像素點。用1200dpi掃描，像素點就有1700×1134。如掃描儀的光學分辨率在1200dpi×1200dpi以上，后者圖像的清晰度就是前者的二倍，而文件數(shù)據(jù)量為前者的四倍。

如要合理配置或使用這些設置，打印及掃描用多大精度，就要看你做什么用。

系統(tǒng)清晰度的配合 先看直視圖像的像素點要求。視頻類圖像中，現(xiàn)行電視、SDTV和DVD格式圖像以四倍畫面高度為最近界限，即34英寸的4∶3電視，觀看距離不能小于2米，42英寸16∶9的PDP，觀看距離不能小于2.1米。如果投影成100英寸的4∶3畫面，最近觀看距離6米。這時水平方向的視角約17°，與一般人的最清晰視角持平。

如果小于這個距離，人眼就會感覺到不清晰，景物邊緣開始模糊。如果是隔行掃描的、或設備像素點與這種格式一個等級，那么掃描線和像素結構就會被看出來。

還是這種格式的圖像源，在這個距離或略近些的距離上想要有好的觀感，可用逐行掃描或精密顯像機種。PDP、投影機等則應用SVGA以上像素點的品種。這時掃描線和像素結構就會消失，但分辨率不會提高。只是細膩些，模糊感依舊存在。這是現(xiàn)階段能在近距離上獲得的最好圖像了。

如果有HDTV格式的圖像信號，還有真正HDTV分辨率的顯示設備，最近的觀看距離可縮短到二倍的畫面高度。這時的圖像不但細膩，而且清晰，你看到的頭發(fā)就應該是一根根的，而不是一簇簇的。這時水平方向的視角約30°，因為視頻畫面的寬度已大于人的最清晰視角，所以，開始有真正大畫面感覺。

然后再看照片應該有多少像素點。照片是在明視距離上觀看，視距固定為30cm。人的視覺分辨率取最高水平，即1，六十分之一度。照片的尺寸是以寬邊長來標稱的，如5英寸相片，為5英寸×3.5英寸。那么5英寸相片需要1490×1030像素點，用200萬像素的數(shù)碼相機拍攝就夠用了，更高已無意義。如果你只在電腦上看全幅數(shù)碼相片，那么800×600，最多1280×1024，50～110萬像素就可以了。表4是擴放不同尺寸相片需要的數(shù)碼圖像像素數(shù)。

顯見，現(xiàn)在主流的320萬像素級數(shù)碼相機已足夠家庭和一般業(yè)務用了。像素再高很多，價格就成倍上升，而只高出百分之幾十，則無太多實際意義。注意這里要求的像素數(shù)是指把照片拿在手中細細觀看都看不出像素結構的最高標準。實際上10英寸以上的相片都是用于展出或裝飾家居壁掛欣賞的，視距已大于30cm，只要不是近看就不需要這么多的像素點。去影樓看看，那些大幅照片，近了一樣模糊，且顆粒粗粗。

最后，再看數(shù)據(jù)文件的打印和掃描的分辨率要求。如果原圖文件的像素點少于打印機要獲取的點數(shù)，那么原圖的一個像素點打印機就重復打，好的設備用插入方法給出新點的色彩構成數(shù)據(jù)。這時，圖像的分辨率沒有提高，但看起來均勻細膩些。如果原圖的像素點多于打印機能打印的點數(shù)，那么原來的某些像素點就被跳過不打，或抽點后重新均勻后打出。這時，圖像的分辨率就下降到打印機的分辨率上。

由于打印機打印時，你要把畫面尺寸和數(shù)據(jù)文件都輸入進打印機。打印機就能自動選擇最合適的打印分辨率，既不影響分辨率，又縮短打印時間，我們就不必計算了。

掃描儀則不同，原圖的分辨率掃描儀分辨不了，故掃描精度要人工干與。例如，把135底片掃入電腦，而你只想在SVGA格式的電腦顯示器或投影機上播放，那么用600dpi精度格式掃描正合適。而在VGA顯示設備上顯示，掃描過度了，浪費了內(nèi)存資源。若用XGA格式顯示設備，600dpi掃描精度就不夠，原底片上的清晰度無法表達完整，應改用1200dpi的精度掃描。

再如，你手頭有一張已擴印成5英寸的相片要掃描成文件，用多大分辨率？首先，這張相片即使感覺十分清晰，其像素點也不會超過1490×1030。縱然你原來的底片有極高的分辨率，但商業(yè)用的彩擴機只可能做到人眼最高分辨率的份上，它要講成本。這樣，5英寸只有1490個點，用300dpi就可以了?？紤]騎縫像素點的效應，應除以一個0.75，那么400dpi足足有余。不要因為你的掃描儀有1200dpi分辨率，甚至更高的分辨率，就不管什么圖像都用1200dpi去掃。這樣，既費時間又多占內(nèi)存空間。