彭杰

湖南軟件職業(yè)技術(shù)大學(xué)

像素，又叫圖像元素，英文翻譯為pixel，是指在由一個(gè)數(shù)字序列表示的圖像中的一個(gè)最小單位。它由圖像小方格組成的，這些小方塊都有一個(gè)明確的位置和被分配的色彩數(shù)值，小方格顏色和位置就決定該圖像所呈現(xiàn)出來(lái)的樣子。每個(gè)小方塊為一個(gè)像素，也可以稱為柵格。我們可以將像素視為整個(gè)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(gè)單一顏色的小格存在 。每一個(gè)點(diǎn)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(xiàn)的大小。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，像素的概念也派生出其他幾個(gè)名詞，如：像素點(diǎn)、采樣點(diǎn)、比特、字節(jié)等。通常情況下我們說(shuō)一個(gè)圖像中包含多少個(gè)像素，如果橫向?yàn)?920像素，縱向?yàn)?080像素，那么圖像像素總數(shù)大約是207萬(wàn)像素。1920像素搭配1080像素，正是當(dāng)下影像設(shè)備行業(yè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)品都是符合這個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的。數(shù)碼技術(shù)日新月異，更新迭代，高清視頻像素尺寸發(fā)展到4K、5K、8K等像素尺寸。這里我們以4K像素尺寸舉例，標(biāo)準(zhǔn)的4K像素指寬3840像素、高2160像素，總數(shù)為8294400像素，它的顯示比例為16:9。對(duì)于主流的電子設(shè)備廠商而言，16:9與消費(fèi)者當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)，叫4K超高清，寬4096像素、高2160像素，這是由“數(shù)字影院創(chuàng)導(dǎo)（DCI）”組織倡導(dǎo)，成員包括迪斯尼、二十世紀(jì)福克斯、米高梅、索尼娛樂(lè)、環(huán)球、華納兄弟等。無(wú)論像素尺寸是3840×2160，還是4096×2160，像素?cái)?shù)量都是高清1920×1080的4倍或以上。當(dāng)觀眾觀看電視屏幕、電影熒幕、電腦顯示器等顯示終端設(shè)備的時(shí)候，能看到800多萬(wàn)像素的高清晰畫面，顯示的內(nèi)容細(xì)膩程度為1920×1080的4倍以上，視覺(jué)感官感受更強(qiáng)烈。

像素技術(shù)朝著高像素發(fā)展，應(yīng)用到數(shù)碼設(shè)備或電子產(chǎn)品上，必定促使數(shù)字行業(yè)眾多產(chǎn)品的發(fā)展升級(jí)。與我們大眾生活密切相關(guān)的就是圖形圖像電子產(chǎn)品。主要包括：電視機(jī)、LED屏幕、顯示器等固定式電子終端產(chǎn)品；手機(jī)、iPad等移動(dòng)式電子終端產(chǎn)品。當(dāng)下消費(fèi)市場(chǎng)上鋪天蓋地的電子產(chǎn)品廣告，大肆渲染著高像素，影像類電子產(chǎn)品真的是圖像像素越高越好、越大越好嗎？我認(rèn)為不是的，圖像像素越高并不一定就畫質(zhì)越好。下面我談一談像素在影像類電子產(chǎn)品中的價(jià)值和我的觀點(diǎn)。

辯證唯物主義認(rèn)為，任何事物都有兩面性，我們判斷事物下結(jié)論也應(yīng)該辯證地來(lái)看待。我認(rèn)為數(shù)碼圖像技術(shù)中的像素，同樣應(yīng)該從它的兩面性，甚至多面性來(lái)認(rèn)識(shí)對(duì)待。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)碼技術(shù)也日新月異，我們以與日常生活息息相關(guān)的手機(jī)為例，現(xiàn)在市場(chǎng)上的手機(jī)其拍照功能相當(dāng)強(qiáng)大，2000萬(wàn)像素已經(jīng)是標(biāo)配，甚至很多手機(jī)都有了4800萬(wàn)像素。高像素的手機(jī)設(shè)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(jīng)有所了解，說(shuō)一張圖片由多少個(gè)像素構(gòu)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(zhǎng)度上的像素或像素值，通常以像素／英寸（每英寸長(zhǎng)度內(nèi)分布的像素?cái)?shù)量）來(lái)表示，又叫像素密度，英文為Pixels Per Inch，簡(jiǎn)稱PPI。PPI數(shù)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(shí)度越高，圖像的細(xì)節(jié)越豐富。市場(chǎng)上出售的大部分?jǐn)?shù)碼相機(jī)，默認(rèn)設(shè)置拍出的圖片是300 PPI，而手機(jī)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(xì)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(chǎn)品上，都以顯示分辨率標(biāo)稱，如1920×1080、2360×1640等。圖像信息是通過(guò)顯示終端電子產(chǎn)品展示出來(lái)，圖像分辨率是衡量影像圖像清晰與精細(xì)程度的標(biāo)準(zhǔn)之一。

當(dāng)然，圖像的清晰與否，還受到其他因素的制約。

數(shù)碼相機(jī)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(zhì)量畫面的大小，或在計(jì)算機(jī)顯示器上所能夠顯示畫面的大小。數(shù)碼相機(jī)圖像分辨率的高低，取決于相機(jī)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(shù)碼相機(jī)的最大分辨率也是由其生產(chǎn)工藝決定的，但用戶可以調(diào)整到更低分辨率以減少照片占用的空間。就同類數(shù)碼相機(jī)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(jī)檔次越高。如果要增加一個(gè)圖片的面積大小，在沒(méi)有更多的光進(jìn)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(jīng)過(guò)硬件插值運(yùn)算后獲得，這樣也會(huì)影響圖片的清晰度。插值運(yùn)算通過(guò)設(shè)在數(shù)碼相機(jī)內(nèi)部的DSP芯片，在需要放大圖像時(shí)用最臨近法插值、線性插值等運(yùn)算方法，在圖像內(nèi)添加圖像放大后所需要增加的像素。這實(shí)質(zhì)就是行業(yè)內(nèi)稱為的圖像傳感器獲得的最大像素。與之對(duì)應(yīng)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(zhì)量的關(guān)鍵。所以，圖像傳感器等感光元件的尺寸越大，數(shù)碼相機(jī)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(shí)間段相對(duì)來(lái)看。從2018年的數(shù)碼電子產(chǎn)品市場(chǎng)獲得的數(shù)據(jù)，2400萬(wàn)算是相機(jī)的像素分水嶺，比如尼康相機(jī)D800、D810，佳能相機(jī)5DS、5DSR，都可以說(shuō)是高像素相機(jī)。像素發(fā)展始終是數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等影像類電子產(chǎn)品避不開的話題，那么像素發(fā)展多少才夠用，高像素又為影像類產(chǎn)品帶來(lái)了什么變化呢？對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，高像素最核心的競(jìng)爭(zhēng)力是細(xì)節(jié)表現(xiàn)。無(wú)論是135全畫幅相機(jī)，還是中畫幅相機(jī)，同級(jí)別相機(jī)中高像素必然意味著更清晰的畫面表現(xiàn)，這是大多數(shù)專業(yè)攝影師對(duì)器材的核心衡量標(biāo)準(zhǔn)之一。

我們還是以2400萬(wàn)像素為例，意味著數(shù)碼相機(jī)的圖像分辨率為6000×4000。市場(chǎng)上主流顯示器中，顯示分辨率為3840×2160或者1920×1080，圖像2400萬(wàn)像素在顯示器上都不能100%顯示。這對(duì)于一般的消費(fèi)者或者攝影愛(ài)好者，多出的像素是足夠用了。當(dāng)需要做輸出印刷時(shí)，高像素的優(yōu)勢(shì)就顯現(xiàn)出來(lái)。圖像分辨率寬6000點(diǎn)、高4000點(diǎn)時(shí)，我們按照打印的像素密度300DPI，那得出物理尺寸的大 ?。?000÷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(jiàn)，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(xì)膩，或者說(shuō)能夠更加精細(xì)地展示出拍攝對(duì)象的細(xì)節(jié)。但是數(shù)碼傳感器同時(shí)會(huì)受到反向制約：像素密度越大，單個(gè)像素點(diǎn)的面積就越小，較小的像素點(diǎn)感光能力不如更大的像素點(diǎn)強(qiáng)，具體到實(shí)拍中就是對(duì)弱光的感光能力以及對(duì)色彩細(xì)節(jié)的表現(xiàn)力下降，還有就是更高的像素密度，像素點(diǎn)之間的光電干擾更趨嚴(yán)重，實(shí)際拍攝中就是畫面噪點(diǎn)增加，尤其是高感光度下。所以，實(shí)際上像素是一把雙刃劍，一方面需要高像素來(lái)表現(xiàn)更多的細(xì)節(jié)和獲得更大的照片尺寸，另一方面過(guò)高的像素會(huì)引起畫質(zhì)下降。所以不少相機(jī)廠商的全畫幅相機(jī)會(huì)同時(shí)推出兩種類型的機(jī)器：主打高感性能的較低像素相機(jī)，和主打大尺寸、低感畫質(zhì)更精細(xì)的高像素相機(jī)。如尼康的Z6和Z7，佳能的EOSR6和EOSR5。

高像素的另一個(gè)重要作用就是二次構(gòu)圖裁切。

影像拍攝往往受制于特定條件。當(dāng)攝影人的拍攝位置離拍攝物體比較遠(yuǎn)并無(wú)法到達(dá)，手里的長(zhǎng)焦鏡頭也不夠取到理想的畫面景別，這時(shí)可采取的方式是設(shè)置相機(jī)最大分辨率尺寸，拍攝一張穩(wěn)定的盡可能靠近的構(gòu)圖畫面，保證曝光的正確合理。后期整理圖像時(shí)，對(duì)畫面進(jìn)行二次創(chuàng)作重新構(gòu)圖裁切，得到想要的畫面景別。當(dāng)然，二次構(gòu)圖必定會(huì)損失掉一些像素，裁切后并不會(huì)降低畫面的清晰度。圖片用于網(wǎng)絡(luò)頁(yè)面、社交媒體、小幅面打印等也是夠用的。比如說(shuō)5000萬(wàn)像素的圖片，分辨率尺寸能達(dá)到8167×6132，裁切成3600×2400來(lái)使用仍然有864萬(wàn)像素，足夠精細(xì)輸出一張12寸的照片。而大多數(shù)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(jī)顯示分辨也就是3840×2160，裁切后的圖片上屏展示，觀看視覺(jué)體驗(yàn)仍然是很清晰的。對(duì)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(jī)生成的數(shù)據(jù)文件很大，對(duì)加工、處理的計(jì)算機(jī)的速度、內(nèi)存和硬盤的容量以及相應(yīng)軟件都有較高的要求。圖片用戶對(duì)影像處理，后期修圖等花費(fèi)的時(shí)間也會(huì)更長(zhǎng)。

像素不是影響畫質(zhì)的決定因素，畫質(zhì)還受圖像傳感器設(shè)計(jì)、處理器運(yùn)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(guān)的一個(gè)衡量指標(biāo)。位分辨率又叫做色彩深度，簡(jiǎn)稱色深，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域存儲(chǔ)1個(gè)像素的顏色分量所用的位數(shù)或比特?cái)?shù)，表示為每像素的位數(shù)（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(shí)的還原亮部和暗部的細(xì)節(jié)。多媒體應(yīng)用中我們常見(jiàn)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(lán)）各占8位二進(jìn)制數(shù)，也就是說(shuō)紅、綠、藍(lán)各自分為2的8次方共256個(gè)不同的等級(jí)。它們的組合為256×256×256＝16777216，即大約1600多萬(wàn)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(shuō)像素存儲(chǔ)的位分辨率（色深）值越高，就越能真實(shí)的還原色彩，相鄰色彩之間顯示出來(lái)過(guò)渡更加自然柔和，也就是行業(yè)內(nèi)經(jīng)常講的圖像顏色沒(méi)有斷層現(xiàn)象，有更大的顏色動(dòng)態(tài)范圍。

綜上所述，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)技術(shù)的不斷革新，像素的發(fā)展是朝著高像素、高密度、高顏色深度發(fā)展，這也是必然趨勢(shì)。人們對(duì)影像產(chǎn)品不斷地提出新需求、新標(biāo)準(zhǔn)，圖片和視頻的媒體時(shí)代已經(jīng)悄然而至，時(shí)代在進(jìn)步，相信不久的將來(lái)，像素會(huì)被應(yīng)用到更尖端的影像產(chǎn)品和傳播領(lǐng)域。