像素在影像類產(chǎn)品上的應用及價值研究

彭杰

湖南軟件職業(yè)技術大學

像素，又叫圖像元素，英文翻譯為pixel，是指在由一個數(shù)字序列表示的圖像中的一個最小單位。它由圖像小方格組成的，這些小方塊都有一個明確的位置和被分配的色彩數(shù)值，小方格顏色和位置就決定該圖像所呈現(xiàn)出來的樣子。每個小方塊為一個像素，也可以稱為柵格。我們可以將像素視為整個圖像中不可分割的單位或者是元素。不可分割的意思是它不能夠再切割成更小單位或是元素，它是以一個單一顏色的小格存在 。每一個點陣圖像包含了一定量的像素，這些像素決定圖像在屏幕上所呈現(xiàn)的大小。

隨著計算機技術的發(fā)展，像素的概念也派生出其他幾個名詞，如：像素點、采樣點、比特、字節(jié)等。通常情況下我們說一個圖像中包含多少個像素，如果橫向為1920像素，縱向為1080像素，那么圖像像素總數(shù)大約是207萬像素。1920像素搭配1080像素，正是當下影像設備行業(yè)國際標準普遍使用的寬與高的像素，稱為高清視頻像素。眾多的影像電子產(chǎn)品都是符合這個國際標準的。數(shù)碼技術日新月異，更新迭代，高清視頻像素尺寸發(fā)展到4K、5K、8K等像素尺寸。這里我們以4K像素尺寸舉例，標準的4K像素指寬3840像素、高2160像素，總數(shù)為8294400像素，它的顯示比例為16:9。對于主流的電子設備廠商而言，16:9與消費者當前接受的觀看比例比較接近。而好萊塢有也另一種像素尺寸標準，叫4K超高清，寬4096像素、高2160像素，這是由“數(shù)字影院創(chuàng)導（DCI）”組織倡導，成員包括迪斯尼、二十世紀?？怂埂⒚赘呙?、索尼娛樂、環(huán)球、華納兄弟等。無論像素尺寸是3840×2160，還是4096×2160，像素數(shù)量都是高清1920×1080的4倍或以上。當觀眾觀看電視屏幕、電影熒幕、電腦顯示器等顯示終端設備的時候，能看到800多萬像素的高清晰畫面，顯示的內(nèi)容細膩程度為1920×1080的4倍以上，視覺感官感受更強烈。

像素技術朝著高像素發(fā)展，應用到數(shù)碼設備或電子產(chǎn)品上，必定促使數(shù)字行業(yè)眾多產(chǎn)品的發(fā)展升級。與我們大眾生活密切相關的就是圖形圖像電子產(chǎn)品。主要包括：電視機、LED屏幕、顯示器等固定式電子終端產(chǎn)品；手機、iPad等移動式電子終端產(chǎn)品。當下消費市場上鋪天蓋地的電子產(chǎn)品廣告，大肆渲染著高像素，影像類電子產(chǎn)品真的是圖像像素越高越好、越大越好嗎？我認為不是的，圖像像素越高并不一定就畫質(zhì)越好。下面我談一談像素在影像類電子產(chǎn)品中的價值和我的觀點。

辯證唯物主義認為，任何事物都有兩面性，我們判斷事物下結(jié)論也應該辯證地來看待。我認為數(shù)碼圖像技術中的像素，同樣應該從它的兩面性，甚至多面性來認識對待。隨著科學技術的進步，數(shù)碼技術也日新月異，我們以與日常生活息息相關的手機為例，現(xiàn)在市場上的手機其拍照功能相當強大，2000萬像素已經(jīng)是標配，甚至很多手機都有了4800萬像素。高像素的手機設置以最大尺寸去拍照片，自然是像素越大越清晰。像素的概念，我們已經(jīng)有所了解，說一張圖片由多少個像素構成，通常是使用“寬×高”的像素乘積得出的總像素。圖像分辨率就是指單位長度上的像素或像素值，通常以像素／英寸（每英寸長度內(nèi)分布的像素數(shù)量）來表示，又叫像素密度，英文為Pixels Per Inch，簡稱PPI。PPI數(shù)值越高，即代表顯示屏能夠以越高的密度顯示圖像，圖像真實度越高，圖像的細節(jié)越豐富。市場上出售的大部分數(shù)碼相機，默認設置拍出的圖片是300 PPI，而手機拍出的圖片通常是72 PPI或96 PPI。換言之，相同像素總量的兩張圖片，顯示的寬高尺寸也相似的話，像素密度大的圖片，比像素密度小的圖片看上去更清晰。

這里分辨率的概念必須要明晰。分辨率又稱解析度，可以細分為圖像分辨率PPI、打印分辨率DPI、顯示分辨率、位分辨率。我們常用的顯示器或者IPAD等產(chǎn)品上，都以顯示分辨率標稱，如1920×1080、2360×1640等。圖像信息是通過顯示終端電子產(chǎn)品展示出來，圖像分辨率是衡量影像圖像清晰與精細程度的標準之一。

當然，圖像的清晰與否，還受到其他因素的制約。

數(shù)碼相機圖像分辨率的高低決定了所拍攝的影像最終能夠打印出高質(zhì)量畫面的大小，或在計算機顯示器上所能夠顯示畫面的大小。數(shù)碼相機圖像分辨率的高低，取決于相機中COMS（圖像傳感器）或者CCD（Charge Coupled Device）芯片上像素的多少，像素越多，分辨率越高。數(shù)碼相機的最大分辨率也是由其生產(chǎn)工藝決定的，但用戶可以調(diào)整到更低分辨率以減少照片占用的空間。就同類數(shù)碼相機而言，圖像傳感器元件的尺寸越大，可獲得的最大分辨率越高，相機檔次越高。如果要增加一個圖片的面積大小，在沒有更多的光進入傳感器元件的情況下，唯一的辦法就是把像素的面積再增大，經(jīng)過硬件插值運算后獲得，這樣也會影響圖片的清晰度。插值運算通過設在數(shù)碼相機內(nèi)部的DSP芯片，在需要放大圖像時用最臨近法插值、線性插值等運算方法，在圖像內(nèi)添加圖像放大后所需要增加的像素。這實質(zhì)就是行業(yè)內(nèi)稱為的圖像傳感器獲得的最大像素。與之對應的，真正參與感光成像的為有效像素，有效像素才是決定圖片質(zhì)量的關鍵。所以，圖像傳感器等感光元件的尺寸越大，數(shù)碼相機的有效像素越多，才能讓影像圖像更清晰。

高像素，到底多少像素才算是高像素，也需要在特定時間段相對來看。從2018年的數(shù)碼電子產(chǎn)品市場獲得的數(shù)據(jù)，2400萬算是相機的像素分水嶺，比如尼康相機D800、D810，佳能相機5DS、5DSR，都可以說是高像素相機。像素發(fā)展始終是數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機等影像類電子產(chǎn)品避不開的話題，那么像素發(fā)展多少才夠用，高像素又為影像類產(chǎn)品帶來了什么變化呢？對于用戶來說，高像素最核心的競爭力是細節(jié)表現(xiàn)。無論是135全畫幅相機，還是中畫幅相機，同級別相機中高像素必然意味著更清晰的畫面表現(xiàn)，這是大多數(shù)專業(yè)攝影師對器材的核心衡量標準之一。

我們還是以2400萬像素為例，意味著數(shù)碼相機的圖像分辨率為6000×4000。市場上主流顯示器中，顯示分辨率為3840×2160或者1920×1080，圖像2400萬像素在顯示器上都不能100%顯示。這對于一般的消費者或者攝影愛好者，多出的像素是足夠用了。當需要做輸出印刷時，高像素的優(yōu)勢就顯現(xiàn)出來。圖像分辨率寬6000點、高4000點時，我們按照打印的像素密度300DPI，那得出物理尺寸的大 小：6000÷300=20吋=508mm，4000÷300≈13.3吋=338mm，可以打印一張508×338mm的清晰照片。宣傳廣告、戶外招貼等用像素密度200DPI彩噴打印的話，能輸出打印762×508mm。由此可見，高像素的核心用處是放大輸出使用。

傳感器面積相同，像素高者像素密度就大。像素密度越大，理論上拍攝的照片就越細膩，或者說能夠更加精細地展示出拍攝對象的細節(jié)。但是數(shù)碼傳感器同時會受到反向制約：像素密度越大，單個像素點的面積就越小，較小的像素點感光能力不如更大的像素點強，具體到實拍中就是對弱光的感光能力以及對色彩細節(jié)的表現(xiàn)力下降，還有就是更高的像素密度，像素點之間的光電干擾更趨嚴重，實際拍攝中就是畫面噪點增加，尤其是高感光度下。所以，實際上像素是一把雙刃劍，一方面需要高像素來表現(xiàn)更多的細節(jié)和獲得更大的照片尺寸，另一方面過高的像素會引起畫質(zhì)下降。所以不少相機廠商的全畫幅相機會同時推出兩種類型的機器：主打高感性能的較低像素相機，和主打大尺寸、低感畫質(zhì)更精細的高像素相機。如尼康的Z6和Z7，佳能的EOSR6和EOSR5。

高像素的另一個重要作用就是二次構圖裁切。

影像拍攝往往受制于特定條件。當攝影人的拍攝位置離拍攝物體比較遠并無法到達，手里的長焦鏡頭也不夠取到理想的畫面景別，這時可采取的方式是設置相機最大分辨率尺寸，拍攝一張穩(wěn)定的盡可能靠近的構圖畫面，保證曝光的正確合理。后期整理圖像時，對畫面進行二次創(chuàng)作重新構圖裁切，得到想要的畫面景別。當然，二次構圖必定會損失掉一些像素，裁切后并不會降低畫面的清晰度。圖片用于網(wǎng)絡頁面、社交媒體、小幅面打印等也是夠用的。比如說5000萬像素的圖片，分辨率尺寸能達到8167×6132，裁切成3600×2400來使用仍然有864萬像素，足夠精細輸出一張12寸的照片。而大多數(shù)顯示器、iPad等顯示終端上，顯示分辨率才到1920×1080或2160×1620，4K電視機顯示分辨也就是3840×2160，裁切后的圖片上屏展示，觀看視覺體驗仍然是很清晰的。對于圖片使用者，這樣的圖片完全可以放心使用。

但高像素的相機生成的數(shù)據(jù)文件很大，對加工、處理的計算機的速度、內(nèi)存和硬盤的容量以及相應軟件都有較高的要求。圖片用戶對影像處理，后期修圖等花費的時間也會更長。

像素不是影響畫質(zhì)的決定因素，畫質(zhì)還受圖像傳感器設計、處理器運算性能、圖片文件算法、位分辨率等多方面因素影響。位分辨率是與像素密切相關的一個衡量指標。位分辨率又叫做色彩深度，簡稱色深，在計算機領域存儲1個像素的顏色分量所用的位數(shù)或比特數(shù)，表示為每像素的位數(shù)（位／像素）。色彩位分辨率越高，圖像像素包含的顏色就越多，越可能更真實的還原亮部和暗部的細節(jié)。多媒體應用中我們常見的位分辨率有8位256種顏色，以24位模式表示，三種基本色（紅、綠、藍）各占8位二進制數(shù)，也就是說紅、綠、藍各自分為2的8次方共256個不同的等級。它們的組合為256×256×256＝16777216，即大約1600多萬種顏色。以此可以推算出，位分辨率是10位1024種顏色的話，有10億種色彩。所以說像素存儲的位分辨率（色深）值越高，就越能真實的還原色彩，相鄰色彩之間顯示出來過渡更加自然柔和，也就是行業(yè)內(nèi)經(jīng)常講的圖像顏色沒有斷層現(xiàn)象，有更大的顏色動態(tài)范圍。

綜上所述，計算機技術的發(fā)展，先進技術的不斷革新，像素的發(fā)展是朝著高像素、高密度、高顏色深度發(fā)展，這也是必然趨勢。人們對影像產(chǎn)品不斷地提出新需求、新標準，圖片和視頻的媒體時代已經(jīng)悄然而至，時代在進步，相信不久的將來，像素會被應用到更尖端的影像產(chǎn)品和傳播領域。