您所知道的关于图像分辨率的一切可能都是错误的

“分辨率”是人们在谈论图像时经常抛来抛去的一个术语,有时是错误的。这个概念并不像“图像中的像素数”那样是黑白的。继续阅读,找出你不知道的东西。

就像大多数事情一样,当你把像“决议”这样的流行术语剖析到针灸(或极客)的水平时,你会发现它并不像你可能被误导的那样简单。今天我们要看看“分辨率”的概念有多远,简单地谈谈这个术语的含义,以及更高的分辨率在图形、印刷和摄影中意味着什么。

所以,DUH,图像是由像素组成的,对吧?

下面可能已经向您解释过分辨率的方法:图像是由行和列的像素组成的数组,图像具有预定义的像素数,像素数越大的图像分辨率…越高。对吗?这就是为什么你会对1600万像素的数码相机如此着迷,因为很多像素都等同于高分辨率,对吧?嗯,不完全是,因为分辨率比这要模糊一点。当你谈论一幅图像时,就像它只是一桶像素,你忽略了所有其他使图像变得更好的因素。但是,毫无疑问,使图像具有“高分辨率”的原因之一是拥有大量像素来创建可识别的图像。

将大量百万像素的图像称为“高分辨率”可能很方便(但有时是错误的)。因为分辨率超出了图像中的像素数,所以更准确地说它是具有高像素分辨率或高像素密度的图像。像素密度以每英寸像素数(PPI)或有时以每英寸点数(DPI)为单位测量。因为像素密度是相对于英寸的点的度量,所以一英寸可以有十个像素,也可以有一百万个像素。像素密度较高的图像将能够更好地解析细节-至少在一定程度上如此。

“高百万像素=高分辨率”这个有点误入歧途的想法是一种延续,当时数字图像根本不能显示足够的图像细节,因为没有足够的小构件来组成一幅像样的图像。因此,随着数字显示器开始有更多的图片元素(也称为像素),这些图像能够解析更多的细节,给出正在发生的事情的更清晰的画面。在某一点上,对数以百万计的更多图像元素的需要不再有用,因为它达到了解决图像中细节的其他方法的上限。好奇?让我们来看看。

光学、细节和分辨率图像数据

图像分辨率的另一个重要部分与捕捉方式直接相关。一些设备必须解析和记录源图像数据。这是大多数类型的图像的创建方式。它还适用于大多数数字成像设备(数字单反相机、扫描仪、网络摄像头等)以及模拟成像方法(如胶片相机)。不用过多地研究相机的工作原理,我们可以谈一谈所谓的“光学分辨率”。

简单地说,分辨率,对于任何一种成像来说,都意味着“解析细节的能力”。这里有一个假设的情况:你买了一台奇装异服的超高像素相机,但因为镜头很糟糕,很难拍出清晰的照片。你就是不能对焦,而且拍摄的照片很模糊,缺乏细节。你能称你的图像为高分辨率吗?你可能会被诱惑,但你不能。你可以把这看作是光学分辨率的意思。镜头或其他收集光学数据的手段对它们可以捕捉的细节数量有上限。它们只能根据形状因素(广角镜头与长焦镜头)捕捉那么多的光,因为镜头的因素和风格允许或多或少的光线。

光还具有衍射和/或产生称为像差的光波的扭曲的趋势。两者都通过阻止光线精确聚焦来创建清晰的图片,从而造成图像细节的扭曲。形成最佳透镜以限制衍射,从而提供更高的细节上限,而不管目标图像文件是否具有记录细节的百万像素密度。上图所示的色差是指不同波长(颜色)的光以不同的速度通过透镜会聚到不同的点。这意味着颜色失真,细节可能丢失,并且基于这些光学分辨率上限记录的图像不准确。

数字光电传感器也有能力上限,尽管人们很容易认为这只与百万像素和像素密度有关。事实上,这是另一个晦涩的话题,充满了复杂的想法,值得一篇自己的文章。重要的是要记住,用更高的百万像素传感器来解决细节问题有一些奇怪的取舍,所以我们会更深入地讨论一下。这里还有另一个假设的情况--你扔掉你的旧的高百万像素相机,换一台全新的两倍百万像素的相机。不幸的是,你买了一台和你上一台相机一样的裁剪系数的相机,在弱光环境下拍摄时遇到了麻烦。在那种环境下,你会丢失很多细节,不得不在超快的ISO设置下拍摄,这会让你的图像变得粗糙而难看。取舍是这样的--你的传感器有感光点,也就是捕捉光线的微小感受器。当您在传感器上放置越来越多的感光点以创建更高的百万像素计数时,您将失去能够捕获更多光子的更强、更大的感光点,这将有助于在那些弱光环境中渲染更多细节。

由于这种对有限的光记录介质和有限的聚光光学的依赖,细节的分辨率可以通过其他方式来实现。这张照片是由安塞尔·亚当斯拍摄的,他以使用躲闪和烧录技术以及普通相纸和胶片创建高动态范围图像的成就而闻名。亚当斯是一个天才,善于利用有限的媒体来解决尽可能多的细节问题,有效地避开了我们上面谈到的许多限制。这种方法和色调映射一样,是一种通过显示否则可能看不到的细节来提高图像分辨率的方法。

解决细节问题并改进成像和打印

因为“解决方案”是一个如此广泛的术语,它在印刷业也有影响。你可能已经意识到,过去几年的进步使电视和监视器的清晰度更高(或者至少使更高清晰度的监视器和电视更具商业可行性)。类似的成像技术革命一直在提高印刷图像的质量--是的,这也是“分辨率”。

当我们不是在谈论您的办公室喷墨打印机时,我们通常谈论的是在某种中间材料中创建半色调、线调和固体形状的过程,该中间材料用于将墨水或碳粉转移到某种纸张或基材上。或者,更简单地说,“把墨水印在另一件东西上的形状。”上面打印的图像很可能是用某种胶印光刻工艺打印的,就像你家书籍和杂志上的大多数彩色图像一样。图像被缩小成一排排的网点,用几种不同的油墨放在几个不同的打印表面上,然后重新组合以产生打印的图像。

印刷表面通常用某种具有其自身分辨率的感光材料成像。在过去十年左右的时间里,印刷质量有了如此显著的提高,其中一个原因是改进的技术的分辨率提高了。现代胶印机提高了细节分辨率,因为它们使用了精确的计算机控制的激光成像系统,类似于您办公室中的各种激光打印机。(也有其他方法,但激光可以说是最好的图像质量。)。这些激光可以产生更小、更精确、更稳定的点和形状,基于能够解析更多细节的打印表面,可以产生更好、更丰富、更无缝、更高分辨率的打印。花点时间看看最近完成的90年代初的照片,并将它们与现代照片进行比较-分辨率和打印质量的飞跃相当惊人。

不要混淆监视器和图像

很容易将图像的分辨率与显示器的分辨率混为一谈。不要因为你在监视器上看到的图像和“像素”这个词相关联就动心。这可能会令人困惑,但图像中的像素具有可变的像素深度(DPI或PPI,这意味着它们可以具有每英寸可变的像素),而显示器具有固定数量的物理连接的、计算机控制的色点,用于在计算机要求时显示图像数据。真的,一个像素与另一个像素没有关系。但是它们都可以被称为“图片元素”,所以它们都被称为“像素”。简单地说,图像中的像素是记录图像数据的方式,而监视器中的像素是显示该数据的方式。

这是什么意思?一般来说,当你谈论显示器的分辨率时,你谈论的是一个比图像分辨率清晰得多的场景。虽然还有其他技术(我们今天不会讨论这些技术)可以改善图像质量--简单地说,显示器上的像素越多,显示器就越能更准确地解析细节。

最后,您可以认为您创建的图像有一个终极目标-您将在其上使用它们的媒介。具有极高像素密度和像素分辨率的图像(例如,从高级数码相机捕获的高百万像素图像)适合从像素密度非常高(或“打印点”密度)的打印介质(如喷墨打印机或胶印机)使用,因为高分辨率打印机需要解决大量细节问题。但用于网络的图像的像素密度要低得多,因为显示器的像素密度约为72ppi,几乎所有图像的像素密度都在100ppi左右。因此,屏幕上只能看到这么多的“分辨率”,但所有已解析的细节都可以包含在实际的图像文件中。

简单的要点是,“分辨率”不像使用具有大量像素的文件那么简单,而通常是解析图像细节的函数。记住这个简单的定义,只需记住创建高分辨率图像有很多方面,像素分辨率只是其中之一。对今天的文章有什么想法或问题?让我们在评论中了解他们,或者简单地将您的问题发送到ericgood night@howtogek.com。

图片来源:“沙漠女孩”(Bhagathkumar Bhagavathi),“知识共享”(Creative Commons)。乐高像素艺术,作者:Emmanuel Digiaro,Creative Commons。乐高积木作者:本杰明·埃沙姆(Benjamin Esham),创意公地(Creative Commons)。D7000/D5000 B&W,作者:Kary和Kacey Jordan,Creative Commons。彩色阿伯丁示意图,作者:Bob Mellish和DrBob,GNU License by Wikipedia。Sensor Klear Loupe,作者:Michael Toyota,The Creative Commons。Ansel Adams在公共领域的图像。作者托马斯·罗斯(Thomas Roth),“知识共享”(Creative Commons)。RGB LED,作者:Tyler Nienhhouse,Creative Commons。

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