分辨率

分辨率(resolution)，又稱解析度、解像度，泛指量測(cè)或顯示系統(tǒng)對(duì)細(xì)節(jié)的分辨能力，決定了位圖圖像細(xì)節(jié)的精細(xì)程度1，通常用作圖像、視頻或顯示設(shè)備中所顯示的細(xì)節(jié)和清晰度的度量。分辨率描述了圖像或視頻中像素的數(shù)量和密度，以及顯示設(shè)備能夠呈現(xiàn)的細(xì)節(jié)水平，具體可以細(xì)分為顯示分辨率、圖像分辨率、打印分辨率和掃描分辨率等。在顯示器領(lǐng)域，分辨率通常指屏幕水平和垂直方向有多少像素點(diǎn)。分辨率大小使用乘積表示，如1920×1080。當(dāng)屏幕分辨率高時(shí)，屏幕上顯示的像素多，單個(gè)像素尺寸比較小。圖像分辨率指的是圖像中存儲(chǔ)的信息量，通常為單位英寸中包含的像素點(diǎn)數(shù)。隨著圖像技術(shù)的發(fā)展，理論上圖像分辨率會(huì)越來越大。

歷史發(fā)展

分辨率最早起源于屏幕顯示技術(shù)，屏幕顯示技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了顯示分辨率的不斷提高。

1869年，德國物理學(xué)家Julius Plücker和Johann Wilhelm Hittorf首次觀察到了陰極射線。

1897年，德國物理學(xué)家Karl Ferdinand Braun發(fā)明了CRT(cathode-ray tube，陰極射線管)，最初被稱為布勞恩管(Braun tube)，也是世界上最早的電子顯示器之一。

1907年，俄國科學(xué)家Boris Rosing使用CRT將簡(jiǎn)陋的幾何圖像傳輸?shù)搅穗娨暺聊簧?，成為電視領(lǐng)域的重要里程碑。

20世紀(jì)中后期，陰極射線管被普遍用于電視和計(jì)算機(jī)顯示器。在此期間，顯示器的性能和分辨率被不斷提高。

1888年，奧地利植物學(xué)家Friedrich Reinitzer在研究胡蘿卜中的膽甾醇苯甲酸酯發(fā)現(xiàn)了液晶。

1990年，IBM的擴(kuò)展圖形陣列(XGA)顯示器以800×600像素的分辨率顯示1680萬種顏色。

1936年，匈牙利工程師Kálmán Tihanyi在論文中描述了平板等離子顯示系統(tǒng)。

1962年，RCA實(shí)驗(yàn)室物理化學(xué)家Richard Williams發(fā)現(xiàn)當(dāng)薄液晶層施加電場(chǎng)時(shí)，晶體會(huì)形成條紋圖案并進(jìn)入向列狀態(tài)。

1962年，通用電器工程師Nick Holonyack發(fā)明了世界上第一個(gè)可見光LED。

1964年，伊利諾伊大學(xué)巴納-香檳分享的Donald Bitzer、H. Gene Slottow和Robert Willson開發(fā)了第一個(gè)單色等離子顯示器，用于PLATO計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

1968年，George H. Heilmeier帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)明了第一個(gè)液晶顯示器。

1969年，惠普公司的 Howard C. Borden 和 Gerald P. Pighini推出了第一臺(tái)采用集成電路技術(shù)的LED設(shè)備HP型號(hào)50282-7000計(jì)算器。

1987年，Eastman Kodak 公司的兩位化學(xué)家鄧青云和 Steven Van Slyke 共同開發(fā)了第一臺(tái)實(shí)用的 OLED 設(shè)備。

1987年，Digital Projection 公司推出了第一臺(tái) DLP 投影儀。

基本原理

顯示技術(shù)經(jīng)過了長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，衍生出多種技術(shù)路線。主要可分為前平板時(shí)代技術(shù)和平板時(shí)代技術(shù)，前平板時(shí)代包括CRT技術(shù)，其屏幕應(yīng)用了不同顏色的光反射到眼睛里形成畫面的原理，結(jié)合RGB技術(shù)在屏幕上布置大量的RGB陣列，再調(diào)節(jié)每個(gè)RGB燈光的亮度在特定的點(diǎn)產(chǎn)生特定的顏色從而形成畫面。平板時(shí)代的液晶技術(shù)包括LCD，LED，OLED等，利用燈管作為背光光源，通過輔助光學(xué)模組和液晶層對(duì)光線的控制力來達(dá)到最為理想的顯示效果，具有價(jià)格合理等優(yōu)勢(shì)。相比較傳統(tǒng)技術(shù)而言，OLED技術(shù)憑借超薄、對(duì)比度高、節(jié)能省電等優(yōu)點(diǎn)，成為時(shí)下熱門的顯示技術(shù)。下面將對(duì)部分顯示技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹：

真實(shí)世界中表示圖像首先通過采樣的方式將空間上連續(xù)的圖像變成離散的點(diǎn)，采樣頻率越高，還原的圖像越真實(shí)3。相關(guān)采樣技術(shù)中，CRT通過特制的電子槍，發(fā)射出的電子光束撞擊在熒光屏幕上，達(dá)到產(chǎn)生畫面的效果。在射擊過程中，射擊位置的數(shù)量決定了屏幕顯示的分辨率。

LCD成色則是通過液態(tài)晶體與偏光片對(duì)光纖進(jìn)行處理，使其達(dá)到RGB成色的效果。液態(tài)晶體的網(wǎng)格數(shù)越大，則LCD能顯示的細(xì)節(jié)越多。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。

LCD顯示器呈現(xiàn)分辨率較低的顯示模式時(shí)，有兩種方式進(jìn)行顯示。第一種為居中顯示：例如在XGA1024×768的屏幕上顯示SVGA800×600的畫面時(shí)，只有屏幕居中的800×600個(gè)像素被呈現(xiàn)出來，其它沒有被呈現(xiàn)出來的像素則維持黑暗，該方法較少采用。另一種稱為擴(kuò)展顯示：在顯示低于最佳分辨率的畫面時(shí)，各像素點(diǎn)通過差動(dòng)算法擴(kuò)充到相鄰像素點(diǎn)顯示，從而使整個(gè)畫面被充滿。這樣也使畫面失去原來的清晰度和真實(shí)的色彩7。 由于相同尺寸的液晶顯示器的最大分辨率通常是一致的，所以同尺寸的LCD的價(jià)格一般與分辨率基本上沒有關(guān)系8。

VGA輸出的分辨率為640*480，WVGA輸出的分辨率為800*480，QVGA輸出的分辨率為320*240，HVGA輸出的分辨率為320*240。

WVGA 數(shù)碼產(chǎn)品屏幕材質(zhì)的一種，VGA的另一種形式，比VGA分辨率高，別名 ： Wide VGA, ，其分辨率為800×480像素，是擴(kuò)大了VGA（640×480）的分辨率。應(yīng)用于PDA和手機(jī)等，因?yàn)楹芏嗑W(wǎng)頁的寬度都是800，所以WVGA的屏幕會(huì)更加適合于瀏覽網(wǎng)頁，可以說是未來手持設(shè)備分辨率的大趨勢(shì)8。

QVGA即"Quarter VGA"。顧名思義就是VGA的四分之一尺寸，也就是在液晶屏幕（LCD）上輸出的分辨率為240×320像素。QVGA支持屏幕旋轉(zhuǎn)，可以開發(fā)出相應(yīng)的程序以顯示旋轉(zhuǎn)90°、180°、270°屏幕位置。由HandEra公司發(fā)布，多用于手持/移動(dòng)設(shè)備8。需要說明的是有些媒體把QVGA屏幕當(dāng)成與TFT和TFD等LCD材質(zhì)相同的東西是錯(cuò)誤的。QVGA屏幕多見于日本的一些手機(jī)中，采用微軟Pocket PC操作系統(tǒng)的智能手機(jī)屏幕也大多是320×240像素的QVGA屏幕8。

HVGA 即VGA(640*480)的一半，分辨率為(480*320)，(3:2寬高比)。它是用于各種各樣的PDA設(shè)備，最早為2002年的索尼Clie PEG - NR70。

LED是由無數(shù)個(gè)小發(fā)光二極管組成的矩陣，每個(gè)小發(fā)光二極管可以理解為一個(gè)像素點(diǎn)。相比于傳統(tǒng)LED，OLED使用有機(jī)的發(fā)光材料且成色方法也有不同。OLED屏幕中，RGB三原色以1:1:1排開，每一組可以被看作一個(gè)像素塊。

在研發(fā)顯示的過程中，研發(fā)人員發(fā)現(xiàn)RGB三色的子像素壽命有所不同，壽命時(shí)長(zhǎng): 綠色>紅色>藍(lán)色。因此研發(fā)人員發(fā)明了Pentile技術(shù)，通過增大紅色與藍(lán)色子像素的體積以降低成像時(shí)所需的亮度，從而增加顯示器壽命。在此過程中像素塊數(shù)量減少，圖像的分辨率降低。

與此同時(shí)，AMOLED(Active-matrixorganic light-emitting diode, 有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極體)使用了體積更小的子像素并使用了類似鉆石形態(tài)的子像素排列，大大提高了屏幕的壽命以及畫面品質(zhì)。

常用單位

PPI

圖像分辨率（ImageResolution）指圖像中存儲(chǔ)的信息量。這種分辨率有多種衡量方法，典型的是以每英寸的像素?cái)?shù)（PPI，pixel per inch）來衡量，當(dāng)然也有以每厘米的像素?cái)?shù)（PPC，pixel per centimeter）來衡量的。圖像分辨率決定了圖像輸出的質(zhì)量，圖像分辨率和圖像尺寸(高寬)的值一同決定了文件的大小。圖像分辨率以比例關(guān)系影響著文件的大小，通常情況下，文件大小與圖像分辨率的平方成正比。如果保持圖像尺寸不變，將圖像分辨率提高一倍，則文件大小增大為原來的四倍。4

PPI的計(jì)算方程：

(X：長(zhǎng)度像素?cái)?shù)；Y：寬度像素?cái)?shù)；Z：屏幕尺寸即對(duì)角線長(zhǎng)度)

PPD

PPD (Pixels Per Degree) 角分辨率或稱空間分辨率，指視場(chǎng)角中的平均每1°夾角內(nèi)填充的像素點(diǎn)的數(shù)量。

不同于手機(jī)屏幕用PPI來判定屏幕清晰度，頭戴顯示產(chǎn)品的清晰度是通過PPD這個(gè)參數(shù)來衡量。因?yàn)轭^戴顯示是透過光學(xué)系統(tǒng)看屏幕放大的虛擬圖像（簡(jiǎn)稱：虛像），而不是直接看屏幕，單用 PPI 是無法衡量頭戴顯示清晰度的。使用頭戴顯示產(chǎn)品時(shí)，人眼視野中單位區(qū)域的畫面內(nèi)填充的像素點(diǎn)的數(shù)量越多，視覺感受越清晰細(xì)膩（在清晰感達(dá)到人眼對(duì)所能分辨的極限之前）。

視野的單位區(qū)域可用“平均1°視場(chǎng)角FOV的區(qū)域”來表示，對(duì)于頭戴顯示產(chǎn)品來說“平均1°視場(chǎng)角FOV的區(qū)域”即為“以PPD為直徑的圓”。通過圓的面積公式可以得出：“平均1°視場(chǎng)角FOV的區(qū)域”的像素點(diǎn)數(shù)量與“PPD的值的平方”成正比，所以PPD越大，人眼視野中單位區(qū)域的畫面內(nèi)填充的像素點(diǎn)的數(shù)量越多，用戶對(duì)顯示畫面的感受就越清晰。PPD 提高一倍，則代表著同一視野區(qū)域內(nèi)填充的像素點(diǎn)數(shù)量增加為原來的4倍。

PPD計(jì)算方程：

（線段ab：?jiǎn)窝鄢上裢饨訄A的直徑像素點(diǎn)數(shù)量；FOV：視場(chǎng)角）

平均1°視場(chǎng)角FOV的區(qū)域像素點(diǎn)數(shù)量計(jì)算公式：

SPI

掃描分辨率指在掃描一幅圖像之前所設(shè)定的分辨率，它影響生成圖像文件的質(zhì)量和使用性能，決定了圖像將以何種方式顯示或打印。如果掃描圖像用于640×480像素的屏幕顯示，則掃描分辨率不必大于一般顯示器屏幕的設(shè)備分辨率。

大多數(shù)情況下，掃描圖像是為了使用高分辨率的設(shè)備輸出圖像。如果圖像掃描分辨率過低，會(huì)導(dǎo)致輸出的效果非常粗糙。如果掃描分辨率過高，數(shù)字圖像中會(huì)產(chǎn)生超過打印所需要的信息，不但減慢打印速度，而且會(huì)在打印輸出時(shí)使圖像色調(diào)的細(xì)微過度丟失。一般情況下，圖像分辨率應(yīng)該是網(wǎng)屏分辨率的2倍，這是中國大多數(shù)輸出中心和印刷廠都采用的標(biāo)準(zhǔn)。然而實(shí)際上，圖像分辨率應(yīng)該是網(wǎng)屏分辨率的1.5倍，具體到不同的圖像本身，情況各不相同。4

LPI

網(wǎng)屏分辨率（ScreenResolution）又稱網(wǎng)幕頻率（是印刷術(shù)語），指的是印刷圖像所用網(wǎng)屏的每英寸的網(wǎng)線數(shù)（即掛網(wǎng)網(wǎng)線數(shù)），以（LPI）來表示，例如150LPI是指每英寸有150條網(wǎng)線。4

DPI

設(shè)備分辨率（Device Resolution）又稱輸出分辨率，指的是各類輸出設(shè)備(如顯示器、噴墨打印機(jī)、激光打印機(jī)、繪圖儀)每英寸上可產(chǎn)生的點(diǎn)數(shù)。這種分辨率通過DPI來衡量，PC顯示器的設(shè)備分辨率在60至120DPI之間，打印設(shè)備的分辨率在360至2400DPI之間。4

位分辨率

像的位分辨率（BitResolution）又稱位深，用來衡量每個(gè)像素儲(chǔ)存信息的位數(shù)。這種分辨率可以標(biāo)記色彩等級(jí)個(gè)數(shù)，常見的有8位、16位、24位或32位色彩，有時(shí)也將位分辨率稱為顏色深度。所謂“位”，實(shí)際上是指“2”的平方次數(shù)，8位即是2的八次方，也就是8個(gè)2相乘，等于256。一幅8位色彩深度的圖像，所能表現(xiàn)的色彩等級(jí)是256級(jí)。4

應(yīng)用

顯示器分辨率5

顯示器分辨率是指計(jì)算機(jī)顯示器本身的物理分辨率。顯示器分辨率對(duì)CRT顯示器而言，是指屏幕上的熒光粉點(diǎn)；對(duì)LCD顯示器而言，是指顯示屏上的像素，這些都是在生產(chǎn)制造時(shí)加工出來的[5]。顯示器分辨率通常用“水平像素?cái)?shù)×垂直像素?cái)?shù)”的形式表示，如800×600，1024×768，1280×1024等，也可以用規(guī)格代號(hào)表示，如VGA、XGA和SXGA等。傳統(tǒng)CRT顯示器所支持的分辨率較有彈性，而LCD顯示器的像素間距已經(jīng)固定，所以支持的顯示模式?jīng)]有CRT顯示器那么多。

LCD顯示器的最佳分辨率也叫最大分辨率，在該分辨率下，LCD顯示器才能顯現(xiàn)最佳影像。過去顯示器出廠時(shí)一般并不標(biāo)出表征顯示器分辨率的dpi值，只給出點(diǎn)距，由點(diǎn)距可算出顯示器的分辨率dpi值，進(jìn)而推算出顯示器可支持的最高顯示模式?，F(xiàn)代LCD顯示器也標(biāo)出了最佳分辨率，15英寸LCD的最佳分辨率為1024×768，17~19英寸LCD的最佳分辨率通常為1280×1024，更大尺寸的LCD擁有更大的最佳分辨率。

|| || 顯示器分辨率

屏幕分辨率

屏幕分辨率（顯示分辨率）指屏幕圖像的精密度，表征了顯示器所能顯示的像素有多少。由于屏幕上的點(diǎn)、線和面都是由像素組成的，顯示器可顯示的像素越多，畫面就越精細(xì)，屏幕區(qū)域內(nèi)能顯示的信息也越多。將整個(gè)圖像想象成是一個(gè)大型的棋盤，分辨率的表示方式就是所有經(jīng)線和緯線交叉點(diǎn)的數(shù)目。顯示分辨率一定的情況下，顯示屏越小圖像越清晰，反之，顯示屏大小固定時(shí)，顯示分辨率越高圖像越清晰。屏幕分辨率必須小于或等于顯示器分辨率，而顯示器分辨率描述的是顯示器自身的像素點(diǎn)數(shù)量，是固有的、不可改變的。

圖像分辨率5

圖像分辨率是指在計(jì)算機(jī)中保存和顯示一幅數(shù)字圖像所具有的分辨率，表示圖片在長(zhǎng)和寬上占的點(diǎn)數(shù)的單位，它和圖像的像素有直接的關(guān)系。例如，一張分辨率為640×480像素的圖片，其分辨率就達(dá)到了307200像素，也就是常說的30萬像素；而一張分辨率為1600×1200的圖片，它的像素就是200萬。

圖像分辨率決定圖像的質(zhì)量。對(duì)于同樣尺寸的一幅圖，如果圖像分辨率越高，則組成該圖的圖像像素?cái)?shù)目越多，像素點(diǎn)也越小，圖像越清晰、逼真。如：72dpi分辨率的1英寸×1英寸圖像包含5184像素，而300dpi分辨率的1英寸×1英寸圖像包含90000像素。

圖像分辨率與顯示器分辨率是兩個(gè)不同的概念：顯示器分辨率用于確定顯示圖像的區(qū)域大小，而圖像分辨率用于確定組成一幅圖像的像素?cái)?shù)目。如在顯示器分辨率為1024×768的顯示屏上，一幅圖像分辨率為320×240的圖像約占顯示屏的1/12，而一幅圖像分辨率為2400×3000的圖像在這個(gè)顯示屏上是不能完全顯示的。對(duì)于具有相同圖像分辨率的圖像，屏幕分辨率越低(如800×600)，則圖像看起來較大，但屏幕上顯示的項(xiàng)目少；屏幕分辨率越高(如1024×768)，則圖像看起來就越小。

打印機(jī)分辨率

打印機(jī)為360DPI，是指在用該打印機(jī)輸出圖像時(shí)，在每英寸打印紙上可以打印出360個(gè)表征圖像輸出效果的色點(diǎn)。打印機(jī)分辨率的這個(gè)數(shù)越大，表明圖像輸出的色點(diǎn)越小，輸出的圖像效果就越精細(xì)。打印機(jī)色點(diǎn)的大小只同打印機(jī)的硬件工藝有關(guān)，與要輸出圖像的分辨率無關(guān)。7

掃描儀分辨率5

掃描儀分辨率需要從三個(gè)方面來確定：光學(xué)部分、硬件部分和軟件部分，掃描儀的分辨率等于其光學(xué)部件的分辨率加上其自身通過硬件及軟件進(jìn)行處理分析所得到的分辨率。光學(xué)分辨率是掃描儀的光學(xué)部件在每平方英寸面積內(nèi)所能捕捉到的實(shí)際光點(diǎn)數(shù)，即掃描儀CCD 的物理分辨率，也是掃描儀的真實(shí)分辨率。光學(xué)分辨率是由CCD的像素點(diǎn)除以掃描儀水平最大可掃尺寸得到的數(shù)值。

分辨率為1200DPI的掃描儀，其光學(xué)部分的分辨率只占400～600DPI，擴(kuò)充部分的分辨率是通過計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行分析，對(duì)空白部分進(jìn)行科學(xué)填充所產(chǎn)生的（由硬件和軟件所生成，這一過程也叫“插值”處理）。光學(xué)掃描與輸出是一一對(duì)應(yīng)的，光學(xué)掃描輸出經(jīng)過計(jì)算機(jī)軟硬件處理之后，輸出的圖像就會(huì)變得更逼真，分辨率會(huì)更高。市面上出售的掃描儀大都具有對(duì)分辨率的軟、硬件擴(kuò)充功能。例如某臺(tái)掃描儀的分辨率高達(dá)4800DPI（這個(gè)4800DPI 是光學(xué)分辨率和軟件差值處理的總和）是指用掃描儀輸入圖像時(shí)，在1平方英寸的掃描幅面上，可采集到4800×4800個(gè)像素點(diǎn)（Pixel），即1英寸見方的掃描區(qū)域，用4800DPI的分辨率掃描后生成的圖像大小是4800Pixel×4800Pixel。在掃描圖像時(shí)，掃描分辨率設(shè)得越高，生成的圖像效果就越精細(xì)，生成的圖像文件也就越大，但插值成分也越多6。

數(shù)碼相機(jī)分辨率6

數(shù)碼相機(jī)分辨率的高低決定拍攝的影像最終輸出高質(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)分辨率的高低，取決于相機(jī)中CCD（Charge CoupledDevice:電荷耦合器件）芯片上像素，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，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，最大分辨率越高，相機(jī)檔次越高。高分辨率的相機(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6。

數(shù)碼相機(jī)像素水平的高低與最終所能打印一定分辨率照片的尺寸可用以下方法簡(jiǎn)單計(jì)算：假設(shè)彩色打印機(jī)的分辨率為N DPI，數(shù)碼相機(jī)水平像素為M，則最大可打印出的照片為M÷N英寸。如打印機(jī)的分辨率為300DPI，那么水平像素為3600的數(shù)碼相機(jī)，其所攝的影像文件不作插值處理能夠打印出的最大照片尺寸為12英寸（3600÷300）。要打印出尺寸越大的數(shù)碼照片，就需要越高像素水平的數(shù)碼相機(jī)。此外，計(jì)算顯示尺寸的方法與計(jì)算打印尺寸的方法相同6。

|| || 數(shù)碼相機(jī)分辨率