像素在影像类产品上的应用及价值研究

彭杰

湖南软件职业技术大学

像素，又叫图像元素，英文翻译为pixel，是指在由一个数字序列表示的图像中的一个最小单位。它由图像小方格组成的，这些小方块都有一个明确的位置和被分配的色彩数值，小方格颜色和位置就决定该图像所呈现出来的样子。每个小方块为一个像素，也可以称为栅格。我们可以将像素视为整个图像中不可分割的单位或者是元素。不可分割的意思是它不能够再切割成更小单位或是元素，它是以一个单一颜色的小格存在 。每一个点阵图像包含了一定量的像素，这些像素决定图像在屏幕上所呈现的大小。

随着计算机技术的发展，像素的概念也派生出其他几个名词，如：像素点、采样点、比特、字节等。通常情况下我们说一个图像中包含多少个像素，如果横向为1920像素，纵向为1080像素，那么图像像素总数大约是207万像素。1920像素搭配1080像素，正是当下影像设备行业国际标准普遍使用的宽与高的像素，称为高清视频像素。众多的影像电子产品都是符合这个国际标准的。数码技术日新月异，更新迭代，高清视频像素尺寸发展到4K、5K、8K等像素尺寸。这里我们以4K像素尺寸举例，标准的4K像素指宽3840像素、高2160像素，总数为8294400像素，它的显示比例为16:9。对于主流的电子设备厂商而言，16:9与消费者当前接受的观看比例比较接近。而好莱坞有也另一种像素尺寸标准，叫4K超高清，宽4096像素、高2160像素，这是由“数字影院创导（DCI）”组织倡导，成员包括迪斯尼、二十世纪福克斯、米高梅、索尼娱乐、环球、华纳兄弟等。无论像素尺寸是3840×2160，还是4096×2160，像素数量都是高清1920×1080的4倍或以上。当观众观看电视屏幕、电影荧幕、电脑显示器等显示终端设备的时候，能看到800多万像素的高清晰画面，显示的内容细腻程度为1920×1080的4倍以上，视觉感官感受更强烈。

像素技术朝着高像素发展，应用到数码设备或电子产品上，必定促使数字行业众多产品的发展升级。与我们大众生活密切相关的就是图形图像电子产品。主要包括：电视机、LED屏幕、显示器等固定式电子终端产品；手机、iPad等移动式电子终端产品。当下消费市场上铺天盖地的电子产品广告，大肆渲染着高像素，影像类电子产品真的是图像像素越高越好、越大越好吗？我认为不是的，图像像素越高并不一定就画质越好。下面我谈一谈像素在影像类电子产品中的价值和我的观点。

辩证唯物主义认为，任何事物都有两面性，我们判断事物下结论也应该辩证地来看待。我认为数码图像技术中的像素，同样应该从它的两面性，甚至多面性来认识对待。随着科学技术的进步，数码技术也日新月异，我们以与日常生活息息相关的手机为例，现在市场上的手机其拍照功能相当强大，2000万像素已经是标配，甚至很多手机都有了4800万像素。高像素的手机设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，我们已经有所了解，说一张图片由多少个像素构成，通常是使用“宽×高”的像素乘积得出的总像素。图像分辨率就是指单位长度上的像素或像素值，通常以像素／英寸（每英寸长度内分布的像素数量）来表示，又叫像素密度，英文为Pixels Per Inch，简称PPI。PPI数值越高，即代表显示屏能够以越高的密度显示图像，图像真实度越高，图像的细节越丰富。市场上出售的大部分数码相机，默认设置拍出的图片是300 PPI，而手机拍出的图片通常是72 PPI或96 PPI。换言之，相同像素总量的两张图片，显示的宽高尺寸也相似的话，像素密度大的图片，比像素密度小的图片看上去更清晰。

这里分辨率的概念必须要明晰。分辨率又称解析度，可以细分为图像分辨率PPI、打印分辨率DPI、显示分辨率、位分辨率。我们常用的显示器或者IPAD等产品上，都以显示分辨率标称，如1920×1080、2360×1640等。图像信息是通过显示终端电子产品展示出来，图像分辨率是衡量影像图像清晰与精细程度的标准之一。

当然，图像的清晰与否，还受到其他因素的制约。

数码相机图像分辨率的高低决定了所拍摄的影像最终能够打印出高质量画面的大小，或在计算机显示器上所能够显示画面的大小。数码相机图像分辨率的高低，取决于相机中COMS（图像传感器）或者CCD（Charge Coupled Device）芯片上像素的多少，像素越多，分辨率越高。数码相机的最大分辨率也是由其生产工艺决定的，但用户可以调整到更低分辨率以减少照片占用的空间。就同类数码相机而言，图像传感器元件的尺寸越大，可获得的最大分辨率越高，相机档次越高。如果要增加一个图片的面积大小，在没有更多的光进入传感器元件的情况下，唯一的办法就是把像素的面积再增大，经过硬件插值运算后获得，这样也会影响图片的清晰度。插值运算通过设在数码相机内部的DSP芯片，在需要放大图像时用最临近法插值、线性插值等运算方法，在图像内添加图像放大后所需要增加的像素。这实质就是行业内称为的图像传感器获得的最大像素。与之对应的，真正参与感光成像的为有效像素，有效像素才是决定图片质量的关键。所以，图像传感器等感光元件的尺寸越大，数码相机的有效像素越多，才能让影像图像更清晰。

高像素，到底多少像素才算是高像素，也需要在特定时间段相对来看。从2018年的数码电子产品市场获得的数据，2400万算是相机的像素分水岭，比如尼康相机D800、D810，佳能相机5DS、5DSR，都可以说是高像素相机。像素发展始终是数码相机、数码摄像机等影像类电子产品避不开的话题，那么像素发展多少才够用，高像素又为影像类产品带来了什么变化呢？对于用户来说，高像素最核心的竞争力是细节表现。无论是135全画幅相机，还是中画幅相机，同级别相机中高像素必然意味着更清晰的画面表现，这是大多数专业摄影师对器材的核心衡量标准之一。

我们还是以2400万像素为例，意味着数码相机的图像分辨率为6000×4000。市场上主流显示器中，显示分辨率为3840×2160或者1920×1080，图像2400万像素在显示器上都不能100%显示。这对于一般的消费者或者摄影爱好者，多出的像素是足够用了。当需要做输出印刷时，高像素的优势就显现出来。图像分辨率宽6000点、高4000点时，我们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，可以打印一张508×338mm的清晰照片。宣传广告、户外招贴等用像素密度200DPI彩喷打印的话，能输出打印762×508mm。由此可见，高像素的核心用处是放大输出使用。

传感器面积相同，像素高者像素密度就大。像素密度越大，理论上拍摄的照片就越细腻，或者说能够更加精细地展示出拍摄对象的细节。但是数码传感器同时会受到反向制约：像素密度越大，单个像素点的面积就越小，较小的像素点感光能力不如更大的像素点强，具体到实拍中就是对弱光的感光能力以及对色彩细节的表现力下降，还有就是更高的像素密度，像素点之间的光电干扰更趋严重，实际拍摄中就是画面噪点增加，尤其是高感光度下。所以，实际上像素是一把双刃剑，一方面需要高像素来表现更多的细节和获得更大的照片尺寸，另一方面过高的像素会引起画质下降。所以不少相机厂商的全画幅相机会同时推出两种类型的机器：主打高感性能的较低像素相机，和主打大尺寸、低感画质更精细的高像素相机。如尼康的Z6和Z7，佳能的EOSR6和EOSR5。

高像素的另一个重要作用就是二次构图裁切。

影像拍摄往往受制于特定条件。当摄影人的拍摄位置离拍摄物体比较远并无法到达，手里的长焦镜头也不够取到理想的画面景别，这时可采取的方式是设置相机最大分辨率尺寸，拍摄一张稳定的尽可能靠近的构图画面，保证曝光的正确合理。后期整理图像时，对画面进行二次创作重新构图裁切，得到想要的画面景别。当然，二次构图必定会损失掉一些像素，裁切后并不会降低画面的清晰度。图片用于网络页面、社交媒体、小幅面打印等也是够用的。比如说5000万像素的图片，分辨率尺寸能达到8167×6132，裁切成3600×2400来使用仍然有864万像素，足够精细输出一张12寸的照片。而大多数显示器、iPad等显示终端上，显示分辨率才到1920×1080或2160×1620，4K电视机显示分辨也就是3840×2160，裁切后的图片上屏展示，观看视觉体验仍然是很清晰的。对于图片使用者，这样的图片完全可以放心使用。

但高像素的相机生成的数据文件很大，对加工、处理的计算机的速度、内存和硬盘的容量以及相应软件都有较高的要求。图片用户对影像处理，后期修图等花费的时间也会更长。

像素不是影响画质的决定因素，画质还受图像传感器设计、处理器运算性能、图片文件算法、位分辨率等多方面因素影响。位分辨率是与像素密切相关的一个衡量指标。位分辨率又叫做色彩深度，简称色深，在计算机领域存储1个像素的颜色分量所用的位数或比特数，表示为每像素的位数（位／像素）。色彩位分辨率越高，图像像素包含的颜色就越多，越可能更真实的还原亮部和暗部的细节。多媒体应用中我们常见的位分辨率有8位256种颜色，以24位模式表示，三种基本色（红、绿、蓝）各占8位二进制数，也就是说红、绿、蓝各自分为2的8次方共256个不同的等级。它们的组合为256×256×256＝16777216，即大约1600多万种颜色。以此可以推算出，位分辨率是10位1024种颜色的话，有10亿种色彩。所以说像素存储的位分辨率（色深）值越高，就越能真实的还原色彩，相邻色彩之间显示出来过渡更加自然柔和，也就是行业内经常讲的图像颜色没有断层现象，有更大的颜色动态范围。

综上所述，计算机技术的发展，先进技术的不断革新，像素的发展是朝着高像素、高密度、高颜色深度发展，这也是必然趋势。人们对影像产品不断地提出新需求、新标准，图片和视频的媒体时代已经悄然而至，时代在进步，相信不久的将来，像素会被应用到更尖端的影像产品和传播领域。