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分辨率
來源:互聯網

分辨率(英文:resolution)又稱解析度、解像度,用于描述圖像、視頻或電子設備的顯示或輸出質量的參數。在數字圖像處理中,分辨率通常以每英寸的像素數(PPI)表示。高分辨率圖像通常具有更高的像素密度,可以在打印或顯示時提供更清晰和更詳細的圖像。在顯示設備中,分辨率通常用于描述顯示設備的像素密度和精度,例如Retina顯示屏或4K顯示屏等。這些設備通常具有更高的分辨率和更清晰的圖像質量,可以提供更好的用戶體驗。總的來說,分辨率是衡量表示圖像的清晰度或詳細程度,以及顯示設備的像素密度或精度。

分辨率可細分為屏幕(顯示)分辨率、圖像分辨率、打印分辨率和掃描分辨率等。其可應用于光學、計算機科學測繪學、航空航天、醫學等領域。

相關概念

像素

像素(pixel)是圖像顯示的基本單位,被視為圖像最小的完整采樣,是有顏色的小方塊。圖像就是由若干個小方塊組成的。它們有各自的顏色和位置,因此小方塊越多,也就是像素越多,那么圖像也就越清晰,但圖像的大小也就越大。將位圖圖像放大到足夠大時,就可以看到組成圖像的一個個像素。像素作為單位使用時,其符號為px。像素本身是沒有實際尺寸的,它依賴于輸出(呈現)它的硬件設備。只有當像素向指定的設備(如顯示器、打印機)輸出時,才具有物理量的長寬、面積等。

位圖

GIF、JPEG、PNG和WebP圖像的一個共同點是,它們都是位圖(也叫作光柵)圖像。當你放大位圖時,你可以看到它像是由很多像素(小的單色方格)鑲嵌而成的。這與矢量圖不同,矢量圖由光滑的線和填充區域組成并基于數學公式運算。

圖像分辨率

圖像分辨率指圖像中存儲的信息量,是每英寸圖像內有多少個像素點。圖像的分辨率越高,則每英寸包含的像素點就越多、越密,圖像的顏色過渡就越平滑。同時圖像的分辨率和圖像的大小有著不可分割的關系,圖像的分辨率越高,所包含的像素點就越多,則圖像的信息量也就越大,文件的容量也就越大。例如,一幅尺寸為1 inch×1 inch(1 inch = 2.54 cm)的圖像,如果分辨率為72 PPI,那么這幅圖像就包含5184個像素(72×72=5184);如果分辨率為300 PPI,那么這幅圖像就包含90000個像素(300×300=90000)。相同尺寸的圖像,分辨率越高,畫面內容就越精細。如果圖像用于計算機和網頁中,使用72像素即可;但如果用于印刷,則分辨率應設為300像素或300像素以上,否則圖像會像素化。

屏幕(顯示)分辨率

屏幕(顯示)分辨率是確定計算機屏幕上顯示多少信息的設置,以水平和垂直像素來衡量。

屏幕分辨率為1024×768,是指每一條水平線上包含1024個像素點,每一屏上共有768條線,即掃描列數為1024列,行數為768行。分辨率不僅與顯示尺寸有關,還受顯像管點距、視頻帶寬等因素的影響。其中,它和刷新頻率的關系比較密切,嚴格地說,只有當刷新頻率為“無閃爍刷新頻率”,顯示器能達到最高多少分辨率,才能稱這個顯示器的最高分辨率為多少。

掃描分辨率(SPI)

掃描分辨率(SPI)是指掃描時,每英寸掃描的像素點數。它的表示方式是用垂直分辨率和水平分辨率相乘表示。如某款產品的登器率標識為600 × 1200 DPI,就表示它可以將掃描對象每平方英寸的內容表示呈水平方向600點、垂直方向1200點,兩者相乘共720 000個點。掃描分辨率將影響所生成的圖像文件的質量和使用性能,它決定圖像將以何種方式顯示或打印。

網屏分辨率與LPI

網屏分辨率(LPI),印刷圖像加網線數是指印刷品在水平或垂直方向上每英寸的網線數,即掛網網線數。稱為網線數是因為最早的印刷品網點有線狀的。掛網線數的單位是line/inch(線/英寸),簡稱LPI。圖像分辨率與印刷分辨率(加網線數)既有聯系又有區別:圖像分辨率要高于印刷分辨率,一般是2×2個以上的像素生成1個網點,即LPI是DPI的1/2左右。設備分辨率DPI與印刷分辨率LPI(加網線數)的關系是:對于圖像輸出設備來說,一般是由10×10個以上的激光點構成1個網點,即DPI必須大于LPI的10~20倍以上。

光學分辨率

角分辨率

角分辨率指取向圖相鄰兩點之間可分辨的最小取向差,它決定了小角度晶界能否被探測到以及取向的判定精度,一般取決于花樣的質量和標定方法。對于通常的設備,限制像素合并、采集高質量的菊池花樣,可以得到的角分辨率為0.1°甚至更小。

空間分辨率

空間分辨率,也稱作側向分辨率。物理分辨率是分辨大角度晶界兩側不同菊池花樣的最小距離,如下圖所示。假設大角度晶界兩端的相鄰兩種取向的花樣分別為A和B,如果花樣A或B恰好沒有明顯地來自隔壁取向的信號貢獻,那么這個距離就是物理分辨率的最小距離。

物理分辨率取決于信號產生區的大小,信號產生區是材料性質(如原子序數和密度)以及實驗參數(如樣品厚度、傾斜角度和加速電壓)的函數。在體材料中,同條件下重元素樣品的信號產生區小,且其背散射電子產額高、能量分布窄,所以在花樣質量和物理分辨率上優于輕元素樣品。

位分辨率

位分辨率用來衡量每個像素存儲信息的位數,又稱位深。這種分辨率決定可以標記為多少種色彩等級的可能性。一般常見的有8位、16位、24位或32位色彩。有時也將位分辨率稱為顏色深度。所謂“位”,實際上是指“2”的二次方數,8位即是2的8次方,也就是8個2相乘,等于256。所以,一幅8位色彩深度的圖像,所能表現的色彩等級是256級。

PPI

PPI(Pixels Per Inch),即每英寸像素取值,更確切的說法應該是像素密度,也就是衡量單位物理面積內擁有像素值的情況。在1英寸( inch)單位內面積內擁有的像素越多,密度越大,PPI值就越高。更高的PPI意味著在同一實際尺寸的物理屏幕上能容納更多的像素,能夠展現更多的畫面細節,也就意味著更平滑的畫面。

PPI計算公式如下:

其中屏幕寬度和高度的單位為px,對角線長度的單位為inch。在P圖中,圖像像素被直接轉換成顯示器像素,當圖像分辨率高于屏幕分辨率時,屏幕中顯示出的圖像會比實際尺寸大。在Web上圖像最終顯示的大小取決于顯示圖像的屏幕的分辨率。

DPI

DPI全稱是dots per inch,即每英寸的點數,在顯示器上就是每英寸的像素數。對于屏幕顯示、數碼沖印、寫真等輸出方式,圖像的分辨率PPI要等于相應輸出設備的分辨率DPI。如果是印刷輸出,則圖像的分辨率要設置為印刷分辨率的1.5~2倍。

灰度

灰度分辨率可以用來表征圖像量化精度。灰度分辨率是圖像可辨別的最小灰度變化,量化等級越多,灰度層次越豐富,灰度分辨率越高,圖像的質量也越好;量化等級越少,灰度層次欠豐富,灰度分辨率越低,圖像會出現偽輪廓分層的現象,降低了圖像的質量。灰度分辨率通常根據用于存儲每個像素點所需要的二進制位數來確定,因此灰度分辨率通常是1bit、2bit、4bit、8bit、16bit等。

差值

在數字圖像中,其灰度值只在整數位置(z,y)被定義,即規定所有的像素值都位于柵格整數坐標處,而通過幾何變換后的灰度值往往會出現在原始圖像中相鄰像素值的點之間。為此,需要通過插值運算來獲得變換后不在采樣點上的像素的灰度值。

色彩深度

因為點陣圖的每個像素的色彩是通過紅、綠、藍三個單色的不同組合形成的,每個單色的亮度變化會導致像素最終顏色的變化,因此,每個像素的色彩變化范圍是由每個單色的亮度可變范圍決定的。要是每個單色只有黑和白兩種變化(稱為一位色深或位深),那么紅、綠、藍的組合就有8種可能(2×2×2=8)。要是每個單色有二位色深,即四種亮度變化(在黑和白之間另有兩級灰階64和128亮度值),那么這個像素的色彩就有64種可能(4×4x4 =64)。不過一般一個像素的色深都是以三個單色色深的和來表示的。所以,所謂的“真實色”或“全彩色”,就是24位的,即每個單色有8位色深、有256級亮度變化(這也就是一般每個單色都以0~255數字表示亮度值的原因)。這樣,紅、綠、藍三個頻道的綜合可變性就成了16777216 (256 ×256×256 = 16777216)。

色深不但決定圖片能顯示的顏色,它還是圖片文件尺寸的決定性因素之一。圖片的文件尺寸是長、寬像素的積乘以色深得出的。同樣一個1000 × 1000像素的圖片,在一位色深不壓縮時是100萬個比特,即125000字節(8個比特為1個字節),而色深是8位時,文件尺寸就成了800萬個比特,即100萬個字節了。所以,在同等條件下,色深越大,文件尺寸就越大。

代碼對照表

應用

分辨率使用于各種不同的場合,而每個場合都有各自特定的含義,極易被混用。不同場合分辨率主要有圖像分辨率、掃描分辨率、網屏分辨率、設備分辨率。像素單位PPI和DPI經常會出現混用現象,從技術角度說,“像素”(p)只存在于計算機顯示領域,而“點”(d)只出現于打印或印刷領域。

同時,分辨率的設置是決定輸出品質的重要因素,分辨率越高,圖像越清晰,圖像文件也就越大,同時,處理的時間也就越長,對設備的要求就越高。但并不是所有的圖像分辨率越高越好,圖像要使用何種大小的分辨率,應視圖像的用途而定,不同用途的圖像需要設置不同的分辨率。

屏幕(顯示)分辨率

PC機

對于PC機顯示而言。分辨率又分為屏幕分辨率,圖像分辨率和像素分辨率。屏幕分辨率是指在特定的顯示模式下,以縱、橫像素表示的計算機屏幕圖像區,其一般用橫像素值×縱像素值來表示。圖像分辨率是指以縱,橫像素表示的數據圖像的尺寸。圖像分辨率與屏幕分辨率同,如可以在屏幕分辨率為640×480的屏幕上顯示圖像分辨率為320×200的圖像。只有當兩者一樣時,圖像才充滿整個屏幕。像素分辨率是在不同圖形顯示模式或計算機硬件間移動圖像的一個因子,即一個像素的高度與寬度的比率。

顯示器

電光顯示器分辨率(resolu-tion of electro-optical display)分辨率就是屏幕圖像的精密度,是指顯示器所能顯示的點數的多少。由于屏幕上的點、線和面都是由點組成的,顯示器可顯示的點數越多,畫面就越精細,同樣的屏幕區域內能顯示的信息也越多。可以把整個圖像想象成一個大型的棋盤,而分辨率的表示方式就是所有經線和緯線交叉點的數目。

液晶顯示器(LCD)和傳統的陰極射線管(CRT)顯示器,分辨率都是重要的參數之一。分辨率是指單位面積顯示像素的數量。LCD的物理分辨率是固定不變的,對于CRT顯示器而言,只要調整電子束的偏轉電壓,就可以改變不同的分辨率。但是在LCD里面實現起來就復雜得多了,必須要通過運算來模擬出顯示效果,實際上的分辨率是沒有改變的。并不是所有的像素同時放大,因此存在著縮放誤差。若LCD使用在非標準分辨率,文本顯示效果就會變差,文字的邊緣就會被虛化。LCD的最佳分辨率,又稱最大分辨率,在該分辨率下,LCD才能顯現最佳影像。

LCD呈現分辨率較低的顯示模式時,有兩種方式進行顯示。①居中顯示:如在擴展圖形陣列(XGA)1024×768的屏幕上顯示超級視頻圖形陣列(SVGA)800×600的畫面時,只有屏幕居中的800×600個像素被呈現出來,其他沒有被呈現出來的像素則維持黑暗。目前該方法較少采用。②擴展顯示:在顯示低于最佳分辨率的畫面時,各像素點通過差動算法擴充到相鄰像素點顯示,從而使整個畫面被充滿。這樣也使畫面失去原來的清晰度和真實的色彩。

目前15英寸LCD的最佳分辨率為1024×768,17~19英寸的最佳分辨率通常為1280×1024,更大尺寸擁有更大的最佳分辨率。

作用功能一般情況下,分辨越高,屏幕顯示效果越好。但是人眼分辨能力具有識別閾限,高于這個閾限,清晰度就不會隨著分辨率增高而提高。在低分辨率下更容易產生視覺疲勞。一般要達到較好的視覺績效,顯示分辨率應至少達到90DPI。

手機

手機的規格中會有“屏幕像素密度”這個參數。如果兩種手機的屏幕分辨率相同,但是某一型號的尺寸稍小,屏幕像素密度高,其顯示效果更精細一些。

電視

分辨率表征了攝像管的分辨本領,是描述一切成像器件空間特性的重要指標。電視系統圖像的清晰程度實際上是像質的一個綜合性指標,它與攝像管,訊道、顯示器件的分辨能力相關。在測試時,必須保證訊道,顯示器件的分辨能力和帶寬盡可能大。分辨率與物體的亮度、對比,視角等因素有關。測試時要給出足夠亮度、對比為(黑白相間條紋)的標準條紋,在標準測試條件下,攝像系統能分辨出最高空間頻率即空間分辨率。由于電視系統采用掃描方式,故分辨率在垂直和水平方向上是不同的,因而分為垂直分辨率和水平分辨率。

視頻圖像格式是按視頻采集設備的采集分辨率來進行分類的。

1)CIF標準化圖像格式

CIF是常用的標準化圖像格式。在H.323協議簇中,規定了視頻采集設備的標準采集分辨率CIF的像素為352×288。

2)D系列

日本的D端子采用了類似計算機的多針D型插接插件,用來直接傳輸數字圖像信號,根據傳輸數字信號的規格不同,D端子已經形成了一個系列的型號,如D1、D2、D3、D4、D5等,系列序號越高,傳輸數據的規格越高。

觸摸屏

觸摸屏分辨率是觸摸激活點的數目或兩個相鄰觸摸坐標間的物理空間距離。當考慮觸摸系統的分辨率時,要注意觸摸系統的實際應用。在一些應用領域如控制面板、公共訪問或基于計算機的訓練不需要非常高的分辨率,一些應用如簽名確認則需要非常高的分辨率。

投影機

在實際應用中,投影機的分辨率可分為兩種,即物理分辨率和適應分辨率。物理分辨率也稱為標準分辨率或真實分辨率,它由投影機成像器件的分辨率決定。與物理分辨率對應的是適應分辨率,它由投影機的硬,軟件決定。在投影機說明書中,適應分辨率通常用支持分辨率范圍來表示。投影機物理分辨率只有一個,而適應分辨率有多個。決定圖像清晰程度的是投影機的物理分辨率,決定投影機的適用范圍的是適應分辨率。

投影機的分辨率還有兩種常見的表示方式,即電視線(TV線)方式和像素方式。以電視線表示分辨率,主要是為了匹配接入投影機的電視信號而提供的。兩種分辨率的表示由投影機顯示格式體現。

圖像分辨率

數碼相機

數碼相機分辨率的高低決定了所拍攝的影像最終能夠打印出高質量畫面的大小,或在計算機顯示器上所能夠顯示畫面的大小。數碼相機分辨率的高低,取決于相機中成像器件CCD(Charge Coupled Devicc:CCD)芯片上像素的多少,它是數碼相機最重要的性能指標,分辨率越高,數碼相機的成像效果越好。

光刻

光刻工藝中使用的波長范圍內的分辨率,光學上稱為瑞利(Rayleigh)公式。為了提高分辨率,縮短曝光波長以及提高鏡頭系統的NA是必要的。其他方面,降低k系數也很重要,k系數是源于光刻工藝的參數,從光刻膠開始,在周圍參數的共同作用下,可以使其變小。

打印分辨率

打印機

打印設備的類型很多,原理也不一樣,有噴墨打印、激光打印、熱敏打印、熱升華打印等,比如說,熱升華照片打印機分辨率只有300 DPI,但是打印效果看起來比2400 DPI的彩噴還要好。

受普通打印紙質量的影響,打印分辨率越高有時反而會起到適得其反的作用,比如600 × 600 DPI以上的圖像,在普通紙上按照更高打印精度(如:4800×1200 DPI)的打印是沒有意義的。例如現在的HP噴墨打印機最高分辨率是4800 × 1200 DPI,這意味著在紙張的X方向(橫向)上,每一英寸長度理論上可以放置4800個墨點。如果此時使用普通紙張,對墨水的吸收過于飽和,墨水連成一片,反而使圖像印刷質量下降。所以打印分辨率用“理論”點數來描述,是指打印機能夠達到的能力極限,但是實現起來需要依靠紙張的配合,如果采用專用紙張,便可達到更好的效果,在每英寸上放置更多的獨立墨點,如果使用紙張不能支持選定的最高分辨率,就會出現相鄰的墨點交融連成一片的情況,從而影響打印效果。

印刷領域

不同媒介要求不同的印刷分辨率,例如普通報紙大約為85 LPI,彩色雜志大約為150 LPI,美術畫冊、精美的藝術書籍則可能用到300 LPI,相應的報紙、色彩雜志、美術畫冊和精美畫冊中圖像的分辨率就要設置為170 PPI、300 PPI、600 PPI。在掃描圖像用于印刷時,也需要根據印刷的精度要求確定掃描分辨率。

掃描分辨率

掃描儀

掃描儀本身有一個分辨率指標,這個掃描儀本身的分辨率要從三個方面來確定:光學部分、硬件部分和軟件部分,也就是說掃描儀的分辨率等于其光學部件的分辨率加上其自身通過硬件及軟件進行處理分析所得到的分辨率。光學分辨率是指掃描儀CCD的物理分辨率,也是掃描儀的真實分辨率,它的數值是由CCD點數除以掃描儀水平最大可掃尺寸得到的數值。分辨率為1200DPI的掃描儀,其光學部分的分辨率只占400 ~ 600DPI。擴充部分的分辨率(由硬件和軟件所生成的)是通過計算機對圖像進行分析,對空白部分進行科學填充所產生的(這一過程也叫插值處理)。光學掃描與輸出是一對一的,掃描到什么輸出的就是什么。經過計算機軟硬件處理之后,輸出的圖像就會變得更逼真,分辨率會更高。目前市面上出售的掃描儀大都具有對分辨率的軟、硬件擴充功能。有的掃描儀廣告標明分辨率是9600 DPI,這只是通過軟件插值得到的最大分辨率,并不是掃描儀真正光學分辨率。

在使用掃描儀的時候,其掃描分辨率的設置與掃描圖片的用途有密切的關系。例如,要掃描一張5寸的老照片,如果想掃描以后重新數碼沖印5寸照片(數碼沖印需要的圖像分辨率是300 PPI),要設置300 DPl的掃描分辨率。如果想沖印10寸照片,即尺寸變為原來的2倍,則要設置600 DPl的掃描分辨率。所以掃描儀分辨率的選擇公式為:掃描分辨率=放大倍數N×圖像輸出所需要的分辨率。

如果想掃描圖片制作課件,且比原圖放大一倍,因為制作課件是基于顯示器的輸出,顯示器的分辨率是96 DPI,所以,掃描分辨率是2×96=192 DPI。

通常在掃描的時候可以采用稍大一點的分辨率,建議最低為300 PPI,得到數字圖像以后可以采用P圖等軟件調整大小。當然也不能太大,掃描分辨率設置的數值越大,則掃描速度越慢,占用的存儲空間也越多。

光學分辨率

望遠鏡

望遠鏡中剛好能夠分辨開的物鏡像方焦平面上兩點的最小距離稱為望遠鏡的分器率。

顯微物鏡

顯微鏡存在光闌,由于光的衍射效應,一個物點在像面上形成的應該是圓孔的衍射斑。根據瑞利判據,這時光學系統只能夠分辨物面上一定大小的物體,即顯微鏡存在一定的分辨率。顯微鏡對于一定波長光線的分辨率,在像差校正良好時,完全由物鏡數值孔徑所決定,數值孔徑越大,分辨率越高。這就是在實際應用中,總希望顯微鏡要有盡可能大的數值孔徑的原因。當顯微鏡的物方介質為空氣時,物鏡可能具有的最大數值孔徑為1,一般只能達到0.9左右。而當在物體與物鏡第一片之間浸以液體,例如浸以n=1.5~1.6甚至1.7的油或其它高折射率的液體時,數值孔徑可達1.5~1.6。

通常在顯微鏡的物鏡上刻有表示數值孔徑的數字。例如物鏡上刻有N.A.0.65字樣,即表示該物鏡的數值孔徑為0.65。

掃描電鏡分辨率

掃描電鏡成像涉及空間分辨率,EDS涉及能量分辨率(能量分辨率,不屬于本詞條范圍)和空間分辨率,而EBSD主要涉及角分辨率和空間分辨率。

相對于透射電鏡中的衍射技術,掃描電鏡中的EBSD具有較高的角分辨率,通常可以優于1°。高角分辨率EBSD(有時縮寫為HR-EBSD)精度約為0.01°,它在材料科學應用有兩個主要優點:準確地評估晶體缺陷的取向差;測量與彈性應變有關的晶格畸變。

EBSD的角分辨率與衍射圖的質量和清晰度有關。除了設置率為0.1°甚至更小。EBSD的角分辨率與衍射圖的質量和清晰度有關。除了設置加速電壓外,還可以通過控制束電流和采集時間來優化,如設置更大的束流和更長的采集時間。但是,更大的束流降低了空間分辨率,而更長的采集時間則降低了數據采集速率

一些商用型號的EBSD可以分成追求速度的高速型和追求角度分辨率的高分辨型。后者探測器具有更大的像素尺寸,并且非常適合對花樣質量要求較高的應用。

EBSD的空間分辨率從判定方法上分為物理分辨率和有效分辨率。

遙感系統

如果把與對地觀測平臺相關的效能指標加以分離(如地面覆蓋能力),單獨考慮遙感系統的性能指標,往往可以從一組分辨率的數值對其進行描述和刻畫。分別從幾何和物理屬性出發,這樣的一組分辨率指標大體上可歸結為空間分辨率、輻射分辨率、光譜分辨率、時間分辨率和姿態分辨率。通過分辨率指標概要地、簡潔地描繪出空間遙感系統的能力,甚至簡化地論述對地觀測系統的綜合能力,已經成為學界和業界習慣性采用的簡便方法。

鼠標

鼠標的分辨率也叫光感應度,即鼠標移動一英寸能檢測的點數,它是衡量鼠標移動精確度的指標。分辨率越高,鼠標的性能越好。一般的鼠標分辨率多為400DPI~1000DPI,1000DPI以上屬于高分辨率鼠標。

紅外熱成像儀

紅外分辨率指的是熱成像儀的探測器像素,與可見光類似,像素越高畫面越清晰越細膩,同時獲取的溫度數據越多。

眼睛的分辨率

眼睛能分辨開兩個很靠近的點的能力,稱為眼睛的分辨率。剛剛能分辨開的兩點對眼睛物方節點所張的角度,稱為角分辨率。角分辨率值越小,眼睛的分辨本領越高。

由于光的衍射,一個物點經過眼睛在網膜上形成的不是一個點,而是一個光斑,即愛里斑。只有在物空間兩個物點距離足夠遠,其兩個愛里斑分別落在兩個不同的視神經細胞上,兩個物點才能夠分辨開。所以,眼睛的角分辨率的大小由兩個主要因素決定,即網膜上愛里斑的大小和視神經細胞的大小。人眼的視角分辨率為60",如果遠距離兩目標對人眼的張角小于60",它們的像不能落在網膜相鄰的細胞上,就不能分清是一個點還是兩個點。

參考資料 >

4K(UHD TV)分辨率測試圖卡.sine image.2023-08-26

分辨率.術語在線.2023-08-07

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