像素在影像類產品上的應用及價值研究

彭杰

湖南軟件職業技術大學

像素，又叫圖像元素，英文翻譯為pixel，是指在由一個數字序列表示的圖像中的一個最小單位。它由圖像小方格組成的，這些小方塊都有一個明確的位置和被分配的色彩數值，小方格顏色和位置就決定該圖像所呈現出來的樣子。每個小方塊為一個像素，也可以稱為柵格。我們可以將像素視為整個圖像中不可分割的單位或者是元素。不可分割的意思是它不能夠再切割成更小單位或是元素，它是以一個單一顏色的小格存在 。每一個點陣圖像包含了一定量的像素，這些像素決定圖像在屏幕上所呈現的大小。

隨著計算機技術的發展，像素的概念也派生出其他幾個名詞，如：像素點、采樣點、比特、字節等。通常情況下我們說一個圖像中包含多少個像素，如果橫向為1920像素，縱向為1080像素，那么圖像像素總數大約是207萬像素。1920像素搭配1080像素，正是當下影像設備行業國際標準普遍使用的寬與高的像素，稱為高清視頻像素。眾多的影像電子產品都是符合這個國際標準的。數碼技術日新月異，更新迭代，高清視頻像素尺寸發展到4K、5K、8K等像素尺寸。這里我們以4K像素尺寸舉例，標準的4K像素指寬3840像素、高2160像素，總數為8294400像素，它的顯示比例為16:9。對于主流的電子設備廠商而言，16:9與消費者當前接受的觀看比例比較接近。而好萊塢有也另一種像素尺寸標準，叫4K超高清，寬4096像素、高2160像素，這是由“數字影院創導（DCI）”組織倡導，成員包括迪斯尼、二十世紀福克斯、米高梅、索尼娛樂、環球、華納兄弟等。無論像素尺寸是3840×2160，還是4096×2160，像素數量都是高清1920×1080的4倍或以上。當觀眾觀看電視屏幕、電影熒幕、電腦顯示器等顯示終端設備的時候，能看到800多萬像素的高清晰畫面，顯示的內容細膩程度為1920×1080的4倍以上，視覺感官感受更強烈。

像素技術朝著高像素發展，應用到數碼設備或電子產品上，必定促使數字行業眾多產品的發展升級。與我們大眾生活密切相關的就是圖形圖像電子產品。主要包括：電視機、LED屏幕、顯示器等固定式電子終端產品；手機、iPad等移動式電子終端產品。當下消費市場上鋪天蓋地的電子產品廣告，大肆渲染著高像素，影像類電子產品真的是圖像像素越高越好、越大越好嗎？我認為不是的，圖像像素越高并不一定就畫質越好。下面我談一談像素在影像類電子產品中的價值和我的觀點。

辯證唯物主義認為，任何事物都有兩面性，我們判斷事物下結論也應該辯證地來看待。我認為數碼圖像技術中的像素，同樣應該從它的兩面性，甚至多面性來認識對待。隨著科學技術的進步，數碼技術也日新月異，我們以與日常生活息息相關的手機為例，現在市場上的手機其拍照功能相當強大，2000萬像素已經是標配，甚至很多手機都有了4800萬像素。高像素的手機設置以最大尺寸去拍照片，自然是像素越大越清晰。像素的概念，我們已經有所了解，說一張圖片由多少個像素構成，通常是使用“寬×高”的像素乘積得出的總像素。圖像分辨率就是指單位長度上的像素或像素值，通常以像素／英寸（每英寸長度內分布的像素數量）來表示，又叫像素密度，英文為Pixels Per Inch，簡稱PPI。PPI數值越高，即代表顯示屏能夠以越高的密度顯示圖像，圖像真實度越高，圖像的細節越豐富。市場上出售的大部分數碼相機，默認設置拍出的圖片是300 PPI，而手機拍出的圖片通常是72 PPI或96 PPI。換言之，相同像素總量的兩張圖片，顯示的寬高尺寸也相似的話，像素密度大的圖片，比像素密度小的圖片看上去更清晰。

這里分辨率的概念必須要明晰。分辨率又稱解析度，可以細分為圖像分辨率PPI、打印分辨率DPI、顯示分辨率、位分辨率。我們常用的顯示器或者IPAD等產品上，都以顯示分辨率標稱，如1920×1080、2360×1640等。圖像信息是通過顯示終端電子產品展示出來，圖像分辨率是衡量影像圖像清晰與精細程度的標準之一。

當然，圖像的清晰與否，還受到其他因素的制約。

數碼相機圖像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。數碼相機圖像分辨率的高低，取決于相機中COMS（圖像傳感器）或者CCD（Charge Coupled Device）芯片上像素的多少，像素越多，分辨率越高。數碼相機的最大分辨率也是由其生產工藝決定的，但用戶可以調整到更低分辨率以減少照片占用的空間。就同類數碼相機而言，圖像傳感器元件的尺寸越大，可獲得的最大分辨率越高，相機檔次越高。如果要增加一個圖片的面積大小，在沒有更多的光進入傳感器元件的情況下，唯一的辦法就是把像素的面積再增大，經過硬件插值運算后獲得，這樣也會影響圖片的清晰度。插值運算通過設在數碼相機內部的DSP芯片，在需要放大圖像時用最臨近法插值、線性插值等運算方法，在圖像內添加圖像放大后所需要增加的像素。這實質就是行業內稱為的圖像傳感器獲得的最大像素。與之對應的，真正參與感光成像的為有效像素，有效像素才是決定圖片質量的關鍵。所以，圖像傳感器等感光元件的尺寸越大，數碼相機的有效像素越多，才能讓影像圖像更清晰。

高像素，到底多少像素才算是高像素，也需要在特定時間段相對來看。從2018年的數碼電子產品市場獲得的數據，2400萬算是相機的像素分水嶺，比如尼康相機D800、D810，佳能相機5DS、5DSR，都可以說是高像素相機。像素發展始終是數碼相機、數碼攝像機等影像類電子產品避不開的話題，那么像素發展多少才夠用，高像素又為影像類產品帶來了什么變化呢？對于用戶來說，高像素最核心的競爭力是細節表現。無論是135全畫幅相機，還是中畫幅相機，同級別相機中高像素必然意味著更清晰的畫面表現，這是大多數專業攝影師對器材的核心衡量標準之一。

我們還是以2400萬像素為例，意味著數碼相機的圖像分辨率為6000×4000。市場上主流顯示器中，顯示分辨率為3840×2160或者1920×1080，圖像2400萬像素在顯示器上都不能100%顯示。這對于一般的消費者或者攝影愛好者，多出的像素是足夠用了。當需要做輸出印刷時，高像素的優勢就顯現出來。圖像分辨率寬6000點、高4000點時，我們按照打印的像素密度300DPI，那得出物理尺寸的大 小：6000÷300=20吋=508mm，4000÷300≈13.3吋=338mm，可以打印一張508×338mm的清晰照片。宣傳廣告、戶外招貼等用像素密度200DPI彩噴打印的話，能輸出打印762×508mm。由此可見，高像素的核心用處是放大輸出使用。

傳感器面積相同，像素高者像素密度就大。像素密度越大，理論上拍攝的照片就越細膩，或者說能夠更加精細地展示出拍攝對象的細節。但是數碼傳感器同時會受到反向制約：像素密度越大，單個像素點的面積就越小，較小的像素點感光能力不如更大的像素點強，具體到實拍中就是對弱光的感光能力以及對色彩細節的表現力下降，還有就是更高的像素密度，像素點之間的光電干擾更趨嚴重，實際拍攝中就是畫面噪點增加，尤其是高感光度下。所以，實際上像素是一把雙刃劍，一方面需要高像素來表現更多的細節和獲得更大的照片尺寸，另一方面過高的像素會引起畫質下降。所以不少相機廠商的全畫幅相機會同時推出兩種類型的機器：主打高感性能的較低像素相機，和主打大尺寸、低感畫質更精細的高像素相機。如尼康的Z6和Z7，佳能的EOSR6和EOSR5。

高像素的另一個重要作用就是二次構圖裁切。

影像拍攝往往受制于特定條件。當攝影人的拍攝位置離拍攝物體比較遠并無法到達，手里的長焦鏡頭也不夠取到理想的畫面景別，這時可采取的方式是設置相機最大分辨率尺寸，拍攝一張穩定的盡可能靠近的構圖畫面，保證曝光的正確合理。后期整理圖像時，對畫面進行二次創作重新構圖裁切，得到想要的畫面景別。當然，二次構圖必定會損失掉一些像素，裁切后并不會降低畫面的清晰度。圖片用于網絡頁面、社交媒體、小幅面打印等也是夠用的。比如說5000萬像素的圖片，分辨率尺寸能達到8167×6132，裁切成3600×2400來使用仍然有864萬像素，足夠精細輸出一張12寸的照片。而大多數顯示器、iPad等顯示終端上，顯示分辨率才到1920×1080或2160×1620，4K電視機顯示分辨也就是3840×2160，裁切后的圖片上屏展示，觀看視覺體驗仍然是很清晰的。對于圖片使用者，這樣的圖片完全可以放心使用。

但高像素的相機生成的數據文件很大，對加工、處理的計算機的速度、內存和硬盤的容量以及相應軟件都有較高的要求。圖片用戶對影像處理，后期修圖等花費的時間也會更長。

像素不是影響畫質的決定因素，畫質還受圖像傳感器設計、處理器運算性能、圖片文件算法、位分辨率等多方面因素影響。位分辨率是與像素密切相關的一個衡量指標。位分辨率又叫做色彩深度，簡稱色深，在計算機領域存儲1個像素的顏色分量所用的位數或比特數，表示為每像素的位數（位／像素）。色彩位分辨率越高，圖像像素包含的顏色就越多，越可能更真實的還原亮部和暗部的細節。多媒體應用中我們常見的位分辨率有8位256種顏色，以24位模式表示，三種基本色（紅、綠、藍）各占8位二進制數，也就是說紅、綠、藍各自分為2的8次方共256個不同的等級。它們的組合為256×256×256＝16777216，即大約1600多萬種顏色。以此可以推算出，位分辨率是10位1024種顏色的話，有10億種色彩。所以說像素存儲的位分辨率（色深）值越高，就越能真實的還原色彩，相鄰色彩之間顯示出來過渡更加自然柔和，也就是行業內經常講的圖像顏色沒有斷層現象，有更大的顏色動態范圍。

綜上所述，計算機技術的發展，先進技術的不斷革新，像素的發展是朝著高像素、高密度、高顏色深度發展，這也是必然趨勢。人們對影像產品不斷地提出新需求、新標準，圖片和視頻的媒體時代已經悄然而至，時代在進步，相信不久的將來，像素會被應用到更尖端的影像產品和傳播領域。