分辨率,PPI和DPI

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在图像处理领域,有很多概念,这些概念之间既有相似也有区别,理清这些概念是必须的。

分辨率

分辨率(resolution)决定了位图图像细节的精细程度。通常情况下,图像的分辨率越高,所包含的像素就越多,图像就越清晰,印刷的质量也就越好。显示分辨率就是屏幕上显示的像素个数。

将分辨率和称呼从高到低排一下:

部分缩写意义:Ultra/Quad/Full High Definiton

720P,1080P等,表示的是“视频像素的总行数”,比如,720P表示视频有720行的像素,而1080P则表示视频总共有1080行像素数,1080P分辨率的摄像机通常像素数是1920*1080。“P”本身表示的是“逐行扫描”,是Progressive的缩写,相对于已基本淘汰的隔行扫描(Interlaced)。

到了4K时代,事实上比高清的时候要简单多了,没有诸多不同的分辨率,也没有逐行隔行之分(统一都是逐行扫描)。电视领域的4K很快就确定在了3840x2160,很好记,横纵都是高清时代的2倍;而电影领域用的4K则定在4096x2160,与高清时代一样,比例为17:9,稍稍有点不同。

duoshaok.png

程序分辨率

比如在Windows系统中,设置一个低于物理分辨率的分辨率。

PPI

PPI(Pixels Per Inch,每英寸像素数量)是图像分辨率的单位,图像ppi值越高,画面的细节就越丰富,因为单位面积的像素数量更多,数码相机拍出来的图片因品牌或配置不同可能会有所不同,常见的有72ppi,180ppi和300ppi。

注意72PPI这个数字,一般屏幕都是这个标准。

PPI实际上决定了屏幕上一个pixel的具体size,一般pixel都是正方形的。

72PPI的由来

早期MAC开发了一种图形界面,当把ppi设置成72时,1英寸=2.54厘米=72点=72像素=6派卡。这时就把只有相对单位长度的像素赋予了真实的物理长度,刚好1个点(打印设备)和屏幕上的1个像素对应。而且当时MAC的显示器大都是14英寸的,系统显示分辨率最高也就到800×600像素,72ppi。当图像的ppi和屏幕分辨率的ppi一致时,屏幕上的标尺就会和现实生活中的标尺一致,图像在电脑中显示的大小就和打印出来的尺寸是一样的了。

很久以前72ppi就已经成为了屏幕图像设计的标准,并且大家长期这样使用。

似乎在说到屏幕的时候,PPI和DPI这两个概念有点混淆,但我觉得他们都是一样的,一个pixel就是屏幕上的一个dot

显示器的尺寸

显示器的尺寸,是指显示器这块长方形屏幕(不含边缘)的对角线的尺寸,单位是英寸,1英寸=2.54厘米。在结合显示器的宽高比,比如16:9,就可以计算出具体的宽和高。

DPI

DPI(Dots Per Inch,每英寸点数)是一个量度单位,用于点阵数码影像,指每一英寸长度中,取样、可显示或输出点的数目。此概念主要用于打印输出。

不论是DPI还是PPI,实际都是一种换算的概念,即将图片承载的信息换算为现实中的图片(即人眼能实际看到的图像)。DPI和PPI的区别在于换算的途径不同,DPI面向的是印刷受体,而PPI面向的是显示屏幕。

PPI是英文Pixels Per Inch的缩写,意为像素每英寸。英寸是常用的长度单位,大约相当于2.54厘米。而像素是专用于荧幕的概念,指的是荧幕可以解析的最小的点。因此,PPI值得是像素在荧幕上的密度,PPI越高图像就越清晰。

很多格式的图片会内置DPI或PPI这个属性,它的唯一作用是作为图形处理软件的参考值。比如,一张图片的PPI是300,那么置入Illustrator的时候就会直接是300PPI下的尺寸。DPI是完全相同的道理。换言之,不论图片的DPI和PPI如何变化,如果分辨率不变,那么图片承载的信息量就不会变化,在实际意义上图片的“大小”都是相同的。

显示器DPI的更专业的说法,应该是显示器的PPI。

栅格处理

栅格处理,实际就是将图片在物理尺寸不变的情况下,对DPI或PPI进行调整,图片的信息量会受到影响。图像为何需要进行栅格处理?因为任何设备都有固定的解析能力,比如很多荧幕的解析能力是72PPI,这时一张全屏后(即在屏幕的物理尺寸下)从信息量上来说有300PPI的图片显然超过了荧幕的解析能力,因此对荧幕来说这么大的图片是没必要的,把图片在荧幕的物理尺寸下处理为72PPI就刚好了。

从上面的例子中,你也可以看出,栅格处理无处不在。你在解析能力为72PPI的电脑荧幕上查看一张图片时,不论你如何放大缩小图片,肉眼看到的都是72PPI的图像。即便图片可能被放大到模糊,你看到的仍是72PPI,因为电脑荧幕会将任何图像栅格处理到72PPI。 然而在栅格处理的过程中,处理结果的质量和原图质量有很大的关系。比如,一张在该物理尺寸下信息量可以达到300PPI级别的图片,被设备栅格到150PPI,它仍然会是清晰的。而如果原信息量只有72PPI,栅格到150PPI就会看起来模糊。

对于印刷设备来说也是一样的,现代印刷机的解析能力一般是300,因此在图片的物理尺寸和预想印刷完成后的物理尺寸相同时,如果信息量达不到300DPI,那么在印刷时就会被印刷设备栅格处理到300DPI,结果就会是模糊的。但上述两者都不能算绝对,毕竟人眼的识别能力也是有限的,比如220DPI的图像被从300DPI的设备中印刷出来,肉眼也基本看不出模糊。

栅格处理有非常多种算法,在Photoshop中,在缩放图片的时候你可以看到类似“两次立方”、“两次线性”、“临近”这样的选项,指的就是栅格处理的计算方式。

参考:图像缩放算法

几乎所有的栅格都是有损处理,除了某些算法中的整数倍放大。这很容易理解,毕竟栅格相当于一种缩放。试想,你将5×5像素的图片栅格成4×4像素会发生什么?由于像素完全无法一一对应,4×4像素的图片中,每个像素都需要根据原图中的9个像素来计算新的色值,因此原图的信息受到了不可逆的破坏。

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