像素点不再多多益善

钱志远

还在几年前，显示设备、数码相机的像素点都是越多越好，不存在系统设备资源闲置的问题。现在则不同了，随着技术的发展和激烈的市场竞争，数码产品，如数码相机、小尺寸显示屏、扫描仪、打印机等等的分辨率越来越高，而人眼的分辨能力是有极限的，我们的居室增大速度远远跟不上电子设备的发展速度，像素点不再是多多益善。为了不白花冤枉钱，有必要算算清。这里提供一种从人类视觉特性出发分析最合适的像素点的思路。

视距视距是指眼睛到画面的距离。对于娱乐型的显示设备，如电视、投影画面等基本上是由使用的房间尺寸决定的。而文字阅读和图片欣赏这类超近距离观看，则由各人的明视距离决定，大致在30厘米左右。

视野角度 有时也称视角，是指人眼到画面左右两边沿视线的夹角。但现在“视角”两字用得最多的地方是指液晶画面的可观赏区域角度，这样两个视角的顶点正好相反，视野角度的顶点是人眼，可视角度的顶点是画面的中心。

实际的视野角度是由视距和画面宽度决定的：α＝2×arctg(画面宽度的一半/视距)。

人的视角是有限度的、且因人而异。一般来说，视觉最清晰的区域为15°，称为分辨视域；能清晰分辨物体的视角只有30 °，称有效视域； 60 °以外已看不清物体的存在，只能感觉到有动体出现，称为诱导视域。要看清诱导视域中的景物，必须把眼珠或头颈转过去，让动体落入视角正中以便分清。

像素点 像素点则是数字化画面的最小元素，画面横向纵向各被分成多少点。这些像素点的结构是绝对不应该被看清楚，否则画面的自然度、真实感不复存在，而代之以人工掘凿之感。

人眼分辨角 人类能分辨两个点的最小视角在1～1.5之间，现行PAL制电视的575图像行就是以1.5这个人眼最低分辨角和四倍高度视距为基准设计出的。

“四倍××”用得较混乱，有说四倍宽度、有说四倍对角线的。但这并不碍事，四倍高度是三种距离中最短的，这里人眼的最低分辨角用的也是最弱的。如果你的眼睛好一点，不就需要再离远点才能分不出像素点吗？但设计时是以四倍高度出发，定出行扫描线数，然后以同样的水平分辨率要求再制定视频通道的带宽。那时是模拟时代，还没有像素点的概念，现在数字化处理时，就按3∶4倒算出水平像素点。

像素点格式 先把像素格式的资料汇总一下，见表1～表3。

作为显示设备的各种分辨率格式，用像素点矩阵来表示是最直接了当的，每一个像素点就是一个图像的彩色点。

但由于每一个彩色点是由红、绿、蓝三个单原色点构成，所以，直视式显示设备，如液晶电视、PDP显示板等，用像素数来表示时，就在画幅格式的图像像素点数上乘以3，SVGA格式为800×600×3＝144万，听起来就比原来的48万大多了。

现在正规的液晶投影机是用三片该格式的单色显示片构成，则直接用每单片的像素点矩阵表示，有时后面再乘个3，即800×600×3，但乘不乘无关紧要。DIY发展来的液晶投影机用彩色显示板做画面引擎，红、绿、蓝三点作为一图像点。所以，用像素数表示时，就乘上3。三片式液晶投影机用总像素点表示时，也是乘3的。但一般的DLP投影机都是单片的，彩色靠色轮旋转分时获得，乘3就有点说不过去，故用像素矩阵表述最确切。

16∶9画幅格式是新出现的，除HDTV的二种比较规范外。适用于DVD影碟播放的品种就有些混乱，像素点矩阵不一致。三洋投影机LPV-Z1为964×544，而松下的液晶背投TH-42PW5CZ/5CH为852×480。好在这只是一些过渡品种，很快就会向表2的格式看齐，例如，三洋的LPV-Z2投影机就用1280×720的宽幅液晶板了。

数码相机及手机数码照片的像素点，其有效像素数就是显示图像用的像素点矩阵的总点数，一般不乘3。但个别手机厂商觉得手机像素点太少，听起来像是玩具相机，也有用乘3后的数值作宣传，要注意。

dpi 这是扫描仪和打印机等的分辨率单位，dpi即每英寸多少个点。扫描仪和打印机等的分辨率是用行向分辨率×列向分辨率矩阵表示，行向即水平方向的分辨率，在打印机上现常为墨点密度。例如，佳能i255打印机的最大分辨率为4800×1200dpi，则行向的墨点距离为1/4800英寸。但一个像素点由红、绿、蓝三原色点构成，因此，图像像素点水平方向实为1600点。后面的1200是前进方向步进马达的分辨率，一点就是一点。

扫描仪有光学分辨率和最大分辨率之分，这些点是彩色的，一般用24bit量化，每单色8bit。行方向光学分辨率是由感光元件CCD的密度决定的，列方向也是步进马达的分辨率。故600×1200dpi光学分辨率的扫描仪，行方向是以每英寸600点取样，列方向每1英寸由1200行构成。扫描仪的最大分辨率是软件插入数据获得的，只能使画面细腻，图像清晰度不会提高，但商品宣传时却很唬人。

一般扫描得到的图像数据行列方向都用相同的分辨率表示，所以，图像实际的分辨率就与使用时的设置有关。如上述光学分辨率的扫描仪使用时，置600dpi扫描，得到的图像数据就是600×600dpi，图像两个方向的分辨率都是600dpi。这时，设置的行向分辨率用足了，列向分辨率没有用足，步进电机的跨距大一些，扫描较快。若你置1200dpi扫描，得到的图像数据就是1200×1200dpi，而行向新增的600个点是插入数据，已与原图的数据不同，清晰度还只有600dpi，此图两个方向的清晰度就不一样。

像素点与dpi的转换 至此，我们已经看到用点子数来表示分辨率有二类：显示设备和数码相片是用绝对像素点数表示的，而扫描仪和打印机则用像素点密度来表示。这就有个换算问题。例如，我们要把135底片(36mm×24mm)扫描成文件，若用600dpi精度扫描格式扫描，先把2.4cm和3.6cm分别除以2.54转换成英寸，然后乘上扫描精度每英寸600点，转换出850×567像素点。用1200dpi扫描，像素点就有1700×1134。如扫描仪的光学分辨率在1200dpi×1200dpi以上，后者图像的清晰度就是前者的二倍，而文件数据量为前者的四倍。

如要合理配置或使用这些设置，打印及扫描用多大精度，就要看你做什么用。

系统清晰度的配合 先看直视图像的像素点要求。视频类图像中，现行电视、SDTV和DVD格式图像以四倍画面高度为最近界限，即34英寸的4∶3电视，观看距离不能小于2米，42英寸16∶9的PDP，观看距离不能小于2.1米。如果投影成100英寸的4∶3画面，最近观看距离6米。这时水平方向的视角约17°，与一般人的最清晰视角持平。

如果小于这个距离，人眼就会感觉到不清晰，景物边缘开始模糊。如果是隔行扫描的、或设备像素点与这种格式一个等级，那么扫描线和像素结构就会被看出来。

还是这种格式的图像源，在这个距离或略近些的距离上想要有好的观感，可用逐行扫描或精密显像机种。PDP、投影机等则应用SVGA以上像素点的品种。这时扫描线和像素结构就会消失，但分辨率不会提高。只是细腻些，模糊感依旧存在。这是现阶段能在近距离上获得的最好图像了。

如果有HDTV格式的图像信号，还有真正HDTV分辨率的显示设备，最近的观看距离可缩短到二倍的画面高度。这时的图像不但细腻，而且清晰，你看到的头发就应该是一根根的，而不是一簇簇的。这时水平方向的视角约30°，因为视频画面的宽度已大于人的最清晰视角，所以，开始有真正大画面感觉。

然后再看照片应该有多少像素点。照片是在明视距离上观看，视距固定为30cm。人的视觉分辨率取最高水平，即1，六十分之一度。照片的尺寸是以宽边长来标称的，如5英寸相片，为5英寸×3.5英寸。那么5英寸相片需要1490×1030像素点，用200万像素的数码相机拍摄就够用了，更高已无意义。如果你只在电脑上看全幅数码相片，那么800×600，最多1280×1024，50～110万像素就可以了。表4是扩放不同尺寸相片需要的数码图像像素数。

显见，现在主流的320万像素级数码相机已足够家庭和一般业务用了。像素再高很多，价格就成倍上升，而只高出百分之几十，则无太多实际意义。注意这里要求的像素数是指把照片拿在手中细细观看都看不出像素结构的最高标准。实际上10英寸以上的相片都是用于展出或装饰家居壁挂欣赏的，视距已大于30cm，只要不是近看就不需要这么多的像素点。去影楼看看，那些大幅照片，近了一样模糊，且颗粒粗粗。

最后，再看数据文件的打印和扫描的分辨率要求。如果原图文件的像素点少于打印机要获取的点数，那么原图的一个像素点打印机就重复打，好的设备用插入方法给出新点的色彩构成数据。这时，图像的分辨率没有提高，但看起来均匀细腻些。如果原图的像素点多于打印机能打印的点数，那么原来的某些像素点就被跳过不打，或抽点后重新均匀后打出。这时，图像的分辨率就下降到打印机的分辨率上。

由于打印机打印时，你要把画面尺寸和数据文件都输入进打印机。打印机就能自动选择最合适的打印分辨率，既不影响分辨率，又缩短打印时间，我们就不必计算了。

扫描仪则不同，原图的分辨率扫描仪分辨不了，故扫描精度要人工干与。例如，把135底片扫入电脑，而你只想在SVGA格式的电脑显示器或投影机上播放，那么用600dpi精度格式扫描正合适。而在VGA显示设备上显示，扫描过度了，浪费了内存资源。若用XGA格式显示设备，600dpi扫描精度就不够，原底片上的清晰度无法表达完整，应改用1200dpi的精度扫描。

再如，你手头有一张已扩印成5英寸的相片要扫描成文件，用多大分辨率？首先，这张相片即使感觉十分清晰，其像素点也不会超过1490×1030。纵然你原来的底片有极高的分辨率，但商业用的彩扩机只可能做到人眼最高分辨率的份上，它要讲成本。这样，5英寸只有1490个点，用300dpi就可以了。考虑骑缝像素点的效应，应除以一个0.75，那么400dpi足足有余。不要因为你的扫描仪有1200dpi分辨率，甚至更高的分辨率，就不管什么图像都用1200dpi去扫。这样，既费时间又多占内存空间。