圖像分辨率相關(guān)原理

圖像分辨率原理

數(shù)碼圖像有兩大類，一類是矢量圖，也叫向量圖；另一類是點(diǎn)陣圖，也叫位圖。矢量圖比較簡(jiǎn)單，它是由大量數(shù)學(xué)方程式創(chuàng)建的，其圖形是由線條和填充顏色的塊面構(gòu)成的，而不是由像素組成的，對(duì)這種圖形進(jìn)行放大和縮小，不會(huì)引起圖形失真。

點(diǎn)陣圖很復(fù)雜，是通過攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和掃描儀等設(shè)備，利用掃描的方法獲得，由像素組成的，是以每英寸的像素?cái)?shù)（PPI）來衡量。點(diǎn)陣圖具有精細(xì)的圖像結(jié)構(gòu)、豐富的灰度層次和廣闊的顏色階調(diào)。當(dāng)然，矢量圖經(jīng)過圖像軟件的處理，也可以轉(zhuǎn)換成點(diǎn)陣圖。家庭影院所使用的圖像，動(dòng)畫片的原圖屬于矢量圖一類，但經(jīng)過制作中的轉(zhuǎn)化，已經(jīng)和其他電影片一樣，也屬于點(diǎn)陣圖一類了。

表示圖像分辨率的方法有很多種，這主要取決于不同的用途。下面所要探討的，就是在各種情況下分辨率所起的作用，以及它們相互間的關(guān)系。

在平面設(shè)計(jì)中，圖像的分辨率以PPI來度量，它和圖像的寬、高尺寸一起決定了圖像文件的大小及圖像質(zhì)量。比如，一幅圖像寬8英寸、高6英寸，分辨率為100PPI，如果保持圖像文件的大小不變，也就是總的像素?cái)?shù)不變，將分辨率降為50PPI，在寬高比不變的情況下，圖像的寬將變?yōu)?6英寸、高將變?yōu)?2英寸。打印輸出變化前后的這兩幅圖，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)后者的幅面是前者的4倍，而且圖像質(zhì)量下降了許多。那么，把這兩幅變化前后的圖送入計(jì)算機(jī)顯示器會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？比如，將它們送入顯示模式為800×600的顯示器顯示，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)這兩幅圖的畫面尺寸一樣，畫面質(zhì)量也沒有區(qū)別。對(duì)于計(jì)算機(jī)的顯示系統(tǒng)來說，一幅圖像值是沒有意義的，起作用的是這幅圖像所包含的總的像素?cái)?shù)，也就是前面所講的另一種分辨率表示方法：水平方向的像素?cái)?shù)×垂直方向的的像素?cái)?shù)。這種分辨率表示方法同時(shí)也表示了圖像顯示時(shí)的寬高尺寸。前面所講的PPI值變化前后的兩幅圖，它們總的像素?cái)?shù)都是800×600，因此在顯示時(shí)是分辨率相同、幅面相同的兩幅圖像。讀者不妨嘗試一下這個(gè)例子。

在計(jì)算機(jī)中處理的圖像，有時(shí)要輸出印刷。在大多數(shù)印刷方式中，都使用CMYK（品紅、青、黃、黑）四色油墨來表現(xiàn)豐富多彩的色彩，但印刷表現(xiàn)色彩的方式和電視、照片不一樣，它使用一種半色調(diào)點(diǎn)的處理方法來表現(xiàn)圖像的連續(xù)色調(diào)變化，不像后兩者能夠直接表現(xiàn)出連續(xù)色調(diào)的變化。為了方便理解半色調(diào)點(diǎn)的處理方法，我們下面都以黑白照片的處理加以分析。用放大鏡仔細(xì)觀察報(bào)紙上的照片，可以發(fā)現(xiàn)這些照片都是由黑白相間的點(diǎn)構(gòu)成的，而且由于點(diǎn)的大小有所不同使照片表現(xiàn)出了黑白色調(diào)的變化。那么，這些大小不同的點(diǎn)是怎樣形成的呢？這個(gè)問題的答案可從傳統(tǒng)的印刷制版過程原理中找到。根據(jù)印刷行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，印刷上所有的LPI值與原始圖像的PPI值有這樣的關(guān)系，即：PPI值=LPI值×2×印刷圖像的最大尺寸÷原始圖像的最大尺寸。

一般說來，只有遵循這一公式，原始圖像才能在印刷中得到較好地反映。印刷中采用的LPI值較為固定，通常報(bào)紙印刷采用75LPI，彩色印刷品使用150LPI或175LPI，因此在1∶1印刷的情況下，針對(duì)不同用途，原始圖像的分辨率應(yīng)分別是150PPI、300PPI和350PPI。實(shí)際上，我們常用的桌面打印機(jī)也大多采用了半色調(diào)點(diǎn)的處理方法，上述公式同樣也是適用的，但在打印過程中它們并沒有使用一個(gè)物理網(wǎng)屏，而是靠數(shù)學(xué)計(jì)算來實(shí)現(xiàn)半色調(diào)點(diǎn)的處理。在這些打印機(jī)中產(chǎn)生的一個(gè)半色調(diào)點(diǎn)，要靠許多打印點(diǎn)來組成，顯然構(gòu)成一個(gè)半色調(diào)點(diǎn)的打印點(diǎn)越多，它所能表現(xiàn)的灰度變化范圍就越大。比如要模擬256級(jí)灰度變化，就需要有16×16=256個(gè)打印點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)半色調(diào)點(diǎn)。但從另一方面看，對(duì)于常用的360DPI的打印機(jī)來說，此時(shí)的行屏幕也就是網(wǎng)線僅為360/16=22.5行，這使得打印圖像中的行十分明顯，同樣影響了圖像質(zhì)量。為此，大多數(shù)打印機(jī)采用了8×8的半色調(diào)圖案，相應(yīng)的行屏幕為45LPI。通過公式可算出，對(duì)于這些打印機(jī)來說，打印圖像的分辨率應(yīng)為90PPI。

在電視工業(yè)中，分辨率分為水平分辨率和垂直分辨率，在大多數(shù)情況下兩者是相等的，因此在技術(shù)指標(biāo)中一般僅給出水平分辨率，其度量單位電視線也往往簡(jiǎn)稱為線。從前面的定義中可知，這種分辨率是以人眼的感覺為標(biāo)準(zhǔn)的，因此要靠大量的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)才能得出。按我們國家現(xiàn)行的電視標(biāo)準(zhǔn)，寬高比為4∶3，掃描行數(shù)為625行。去掉掃描逆程期，有效掃描行數(shù)是576行，相應(yīng)的有效像素為768×576（720×576），因此768×576（720×576）也是電視圖像與數(shù)字圖像相互轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)。但此時(shí)的分辨率也可說是電視系統(tǒng)的極限分辨率，為625×0.7=438線。

由此也可看出，有效像素?cái)?shù)與分辨率中的黑白條紋數(shù)并不是1∶1的對(duì)應(yīng)關(guān)系。影響分辨率的因素有很多，通常以電視設(shè)備中亮度信號(hào)的頻帶寬度×80線/MHz來估算分辨率的大小。比如，我們廣泛使用的視頻捕捉卡，其模擬信號(hào)的帶寬最好的也就是5MHz，因此其分辨率也就是400線。電視設(shè)備的分辨率總的來說是較低的，家用VHS型錄像機(jī)的分辨率僅略高于250線，電視機(jī)與計(jì)算機(jī)顯示器也無法相提并論，電視機(jī)的點(diǎn)距（相當(dāng)一光點(diǎn)直徑）一般為0.6mm～0.8mm，其DPI值在40以下，一臺(tái)29英寸電視機(jī)的分辨率僅在410線左右。值得一提的是，某些國外廠家在電視機(jī)產(chǎn)品宣傳中聲稱水平分辨率達(dá)到800線，這純屬無稽之談。如果一幅電視圖像要硬拷貝輸出，幾乎所有軟件都將其相應(yīng)的數(shù)字圖像的分辨率設(shè)為72PPI，這也從另一方面說明了電視圖像的質(zhì)量水平。

總的說來，設(shè)備分辨率反映了硬件設(shè)備處理圖像時(shí)的效果，圖像分辨率指標(biāo)的高低反映了圖像清晰度的好壞。認(rèn)清設(shè)備分辨率和圖像分辨率的關(guān)系，在圖像處理中選擇合適的設(shè)備分辨率值和圖像分辨率值，既能保證圖像質(zhì)量，又能提高工作效率和減少投資。在工作中我們應(yīng)注意積累這方面的經(jīng)驗(yàn)。 ??

用以描述圖像細(xì)節(jié)分辨能力，同樣適用于圖像、圖像、及其他類型圖像。常用 '線每毫米'、'線每'等來衡量。

通常，“分辨率”被表示成每一個(gè)方向上的像素?cái)?shù)量，比如640x480等。而在某些情況下，它也可以同時(shí)表示成“每英吋像素”（pixels per inch，ppi）以及圖形的長(zhǎng)度和寬度。比如72ppi，和8x6英吋。

圖像分辨率的表達(dá)方式

圖像分辨率的表達(dá)方式也為“水平像素?cái)?shù)×垂直像素?cái)?shù)”，也可以用規(guī)格代號(hào)來表示。

不過需要注意的是，在不同的書籍中，甚至在同一本書中的不同地方，對(duì)圖像分辨率的叫法不同。除圖像分辨率這種叫法外，也可以叫做圖像大小、圖像尺寸、像素尺寸和記錄分辨率。在這里，“大小”和“尺寸”一詞的含義具有雙重性，它們都可以既指像素的多少（數(shù)量大?。?，又可以指畫面的尺寸（邊長(zhǎng)或面積的大?。虼撕苋菀滓鹫`解。由于在同一顯示分辨率的情況下，分辨率越高的圖像像素點(diǎn)越多，圖像的尺寸和面積也越大，所以往往有人會(huì)用圖像大小和圖像尺寸來表示圖像的分辨率。

?