[科普中国]-图像分辨率

表示1图像分辨率的方法有很多种，这主要取决于不同的用途。下面所要探讨的，就是在各种情况下分辨率所起的作用，以及它们相互间的关系。

在平面设计中，图像的分辨率以PPI来度量，它和图像的宽、高尺寸一起决定了图像文件的大小及图像质量。比如，一幅图像宽8英寸、高6英寸，分辨率为100PPI，如果保持图像文件的大小不变，也就是总的像素数不变，将分辨率降为50PPI，在宽高比不变的情况下，图像的宽将变为16英寸、高将变为12英寸。打印输出变化前后的这两幅图，我们会发现后者的幅面是前者的4倍，而且图像质量下降了许多。

那么，把这两幅变化前后的图送入计算机显示器会出现什么现象呢？比如，将它们送入显示模式为800×600的显示器显示，我们会发现这两幅图的画面尺寸一样，画面质量也没有区别。对于计算机的显示系统来说，一幅图像的PPI值是没有意义的，起作用的是这幅图像所包含的总的像素数，也就是前面所讲的另一种分辨率表示方法：水平方向的像素数×垂直方向的的像素数。这种分辨率表示方法同时也表示了图像显示时的宽高尺寸。前面所讲的PPI值变化前后的两幅图，它们总的像素数都是800×600，因此在显示时是分辨率相同、幅面相同的两幅图像。读者不妨尝试一下这个例子。

在计算机中处理的图像，有时要输出印刷。在大多数印刷方式中，都使用CMYK（品红、青、黄、黑）四色油墨来表现丰富多彩的色彩，但印刷表现色彩的方式和电视、照片不一样，它使用一种半色调点的处理方法来表现图像的连续色调变化，不像后两者能够直接表现出连续色调的变化。

为了方便理解半色调点的处理方法，我们下面都以黑白照片的处理加以分析。用放大镜仔细观察报纸上的照片，可以发现这些照片都是由黑白相间的点构成的，而且由于点的大小有所不同使照片表现出了黑白色调的变化。那么，这些大小不同的点是怎样形成的呢？这个问题的答案可从传统的印刷制版过程原理中找到。根据印刷行业的经验，印刷上所有的LPI值与原始图像的PPI值有这样的关系，即：PPI值=LPI值×2×印刷图像的最大尺寸÷原始图像的最大尺寸。

一般说来，只有遵循这一公式，原始图像才能在印刷中得到较好地反映。印刷中采用的LPI值较为固定，通常报纸印刷采用75LPI，彩色印刷品使用150LPI或175LPI，因此在1∶1印刷的情况下，针对不同用途，原始图像的分辨率应分别是150PPI、300PPI和350PPI。实际上，我们常用的桌面打印机也大多采用了2半色调点的处理方法，上述公式同样也是适用的，但在打印过程中它们并没有使用一个物理网屏，而是靠数学计算来实现半色调点的处理。在这些打印机中产生的一个半色调点，要靠许多打印点来组成，显然构成一个半色调点的打印点越多，它所能表现的灰度变化范围就越大。比如要模拟256级灰度变化，就需要有16×16=256个打印点构成一个半色调点。

但从另一方面看，对于常用的360DPI的打印机来说，此时的行屏幕也就是网线仅为360/16=22.5行，这使得打印图像中的行十分明显，同样影响了图像质量。为此，大多数打印机采用了8×8的半色调图案，相应的行屏幕为45LPI。通过公式可算出，对于这些打印机来说，打印图像的分辨率应为90PPI。

在电视工业中，分辨率分为水平分辨率和3垂直分辨率，在大多数情况下两者是相等的，因此在技术指标中一般仅给出水平分辨率，其度量单位电视线也往往简称为线。从前面的定义中可知，这种分辨率是以人眼的感觉为标准的，因此要靠大量的实验统计才能得出。按我们国家现行的电视标准，宽高比为4∶3，扫描行数为625行。去掉扫描逆程期，有效扫描行数是576行，相应的有效像素为768×576（720×576），因此768×576（720×576）也是电视图像与数字图像相互转换的标准。但此时的分辨率也可说是电视系统的极限分辨率，为625×0.7=438线。

由此也可看出，有效像素数与分辨率中的黑白条纹数并不是1∶1的对应关系。影响分辨率的因素有很多，通常以电视设备中亮度信号的频带宽度×80线/MHz来估算分辨率的大小。

比如，我们广泛使用的视频捕捉卡，其模拟信号的带宽最好的也就是5MHz，因此其分辨率也就是400线。电视设备的分辨率总的来说是较低的，家用VHS型录像机的分辨率仅略高于250线，电视机与计算机显示器也无法相提并论，电视机的点距（相当一光点直径）一般为0.6mm～0.8mm，其DPI值在40以下，一台29英寸电视机的分辨率仅在410线左右。值得一提的是，某些国外厂家在电视机产品宣传中声称水平分辨率达到800线，这纯属无稽之谈。如果一幅电视图像要硬拷贝输出，几乎所有软件都将其相应的数字图像的分辨率设为72PPI，这也从另一方面说明了电视图像的质量水平。

总的说来，设备分辨率反映了硬件设备处理图像时的效果，图像分辨率指标的高低反映了图像清晰度的好坏。认清设备分辨率和图像分辨率的关系，在图像处理中选择合适的设备分辨率值和图像分辨率值，既能保证图像质量，又能提高工作效率和减少投资。在工作中我们应注意积累这方面的经验。

数码图像有两大类，一类是矢量图，也叫向量图；另一类是点阵图，也叫位图。矢量图比较简单，它是由大量数学方程式创建的，其图形是由线条和填充颜色的块面构成的，而不是由像素组成的，对这种图形进行放大和缩小，不会引起图形失真。

点阵图很复杂，是通过摄像机、数码相机和扫描仪等设备，利用扫描的方法获得，由像素组成的，是以每英寸的像素数（PPI）来衡量。点阵图具有精细的图像结构、丰富的灰度层次和广阔的颜色阶调。当然，矢量图经过图像软件的处理，也可以转换成点阵图。家庭影院所使用的图像，动画片的原图属于矢量图一类，但经过制作中的转化，已经和其他电影片一样，也属于点阵图一类了。

图像分辨率的表达方式也为“水平像素数×垂直像素数”，也可以用规格代号来表示。

不过需要注意的是，在不同的书籍中，甚至在同一本书中的不同地方，对图像分辨率的叫法不同。除图像分辨率这种叫法外，也可以叫做图像大小、图像尺寸、像素尺寸和记录分辨率。在这里，“大小”和“尺寸”一词的含义具有双重性，它们都可以既指像素的多少（数量大小），又可以指画面的尺寸（边长或面积的大小），因此很容易引起误解。由于在同一显示分辨率的情况下，分辨率越高的图像像素点越多，图像的尺寸和面积也越大，所以往往有人会用图像大小和图像尺寸来表示图像的分辨率。