关于像素、分辨率、PPI、DPI等概念的分析

        当我们说到 像素、分辨率、DPI、PPI等专业术语的时候,一般会涉及到图像、屏幕、打印机等等。

        像素(Pixel)为图像显示的基本单位,是用来计算数码影像的一种单位。Pix是picture的简写,加上“元素”element,就得到pixel,故“像素”表示“图像元素”之意,有时亦被称为pel(picture element)。
        像素也是是专用于屏幕的概念,指的是屏幕可以解析的最小的点。

PPI:即Pixel Per Inch,每英寸的像素。用于衡量计算机屏幕上每英寸可以显示的像素点的数量。
DPI:即Dot Per Inch,每英寸的点数。用于衡量打印物上每英寸的点数,比如打印机可以在一英寸内打多少个点。
        英寸是常用的长度单位,大约相当于2.54厘米。

DPI面向的是印刷受体,而PPI面向的是屏幕。

一、屏幕分辨率和PPI

        屏幕分辨率就是屏幕上的像素数(跟它是否清晰没有关系,仅仅代表它有多少像素),例如分辨率为2560×1440px的屏幕,屏幕横向有2560个像素,纵向有1440个像素,分辨率不是物理尺寸的定义,不管屏幕物理尺寸是多少,它们的分辨率都是可以是2560×1440px。
       每个屏幕和每个印刷设备都有自己PPI或DPI参数。拿屏幕来说,屏幕的PPI就决定了屏幕的解析能力(并非最大解析能力,而是绝对解析能力)。
        PPI的计算公式是:

比如27英寸显示器有2560×1440px的点对点分辨率,按照公式,可以计算出来PPI=108.78。

        现在的液晶显示器都是有原生固定分辨率的(一般称为点对点分辨率),这跟CRT显示器的原理不同

        操作系统可以设置屏幕的分辨率,Windows系统默认PPI 为96, Mac OS系统默认PPI 为72。
        如果想尽可能保持像素完美,一定要将屏幕分辨率设置为显示器的点对点原生分辨率。
        如果把屏幕分辨率调低,屏幕上的窗口、icon等都变大了,因为窗口、icon依旧需要那么多像素来描绘,而屏幕上的像素变少了。其实像素还是那么多像素,PPI还是那个PPI,它们就在那里不多不少。说像素变少了的意思是当你把屏幕分辨率调低时,操作系统会通过拉伸来填充屏幕,这个时候CPU/GPU会用点对点的像素计算出来一套新的分辨率。
       假设设计了一个109×109px的蓝色方块,并且这个方块的物理尺寸为1×1英寸。如果你的屏幕是72PPI的,那这个方块看起来就要比实际的物理尺寸更大点,因为72PPI的屏幕要显示109px差不多需要1.5英寸才行

      目前的操作系统都不支持4K,如果你在一个Chromebook或者macbook上用4K屏幕,它们会使用最高DPI模式,这样会以2倍的比例显示元素,虽然看起来不错但是特别的小。
      屏幕有个刷新率的设置,它跟PPI没关系,它指的是屏幕每秒显示的图像的帧数,60Hz的刷新率就是每秒显示60帧,120Hz就是每秒显示120帧,以此类推。

二、图像的分辨率和打印DPI

        图像主要分为两类:一类是位图,一类是矢量图。
        位图是由多个像素组成的,当放大位图时,可以看见图像被分成了很多色块(锯齿效果),而且放大的位图属于失真状态。我们平时拍的照片、扫描的图片等都属于位图。
        矢量图是通过数学公式计算获得的图像,它最大的特点是无论放大多少倍都不失真,而且文件小、分辨率高,缺点是难以表现色彩层次丰富的逼真图像效果。

       像素是构成位图图像最基本的单元,每个像素都有自己的颜色,像素越多,颜色信息就越丰富,图像效果就越好。
       图像分辨率=图像水平方向的像素点数×图像垂直方向的像素点数(跟它是否清晰没有关系,仅仅代表它有多少像素)。例如1英寸×1英寸,100PPI的图像包含10000个像素(100像素×100像素)。

       一般图片会内置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300PPI的图片,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。

        如果图像宽度和高度的调整尺寸超过原图,图像尺寸虽然会增大,但像素总量不变,PPI会降低,也就是画质会下降,所以,一般情况下,不建议图像的尺寸调大到超过原图。分辨率不变的前提下,减小图像尺寸,画质不会发生变化。
        把某个图片的尺寸在屏幕上放大缩小,它的物理尺寸在改变,因此对信息量来说PPI也在改变。然而,屏幕会按照它自己的PPI显示能力来重新解析这张图片,最终形成你肉眼看到的结果。这个过程,称为“栅格处理”。

三、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,比如很多屏幕的解析能力是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的图片显然超过了屏幕的解析能力,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。

       在解析能力为72PPI的电脑荧幕上查看一张图片时,不论如何放大缩小图片,肉眼看到的都是72PPI的图像。即便图片可能被放大到模糊,看到的仍是72PPI,因为电脑屏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,一张信息量300PPI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300DPI,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。
        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。

        

        总结,屏幕的分辨率仅仅是指它原有多少个物理的像素,而PPI参数指出它的解析能力。

        图片的分辨率仅仅代表它由多少个像素组成,软件系统会根据其分辨率选择合适的解析方式,而其它的表现受到屏幕或者打印设备的PPI的限制,即我们看到的图片的DPI不能超越物理硬件的PPI。
 

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