你真的了解「像素」嗎?

配圖源自 Freepik

一切都從「像素」開(kāi)始...

維基百科詞源可知,像素 pixel 一詞由 pictureselement 兩個(gè)詞的簡(jiǎn)寫形式 pixel 結(jié)合而來(lái)。

像素,在數(shù)字成像中是不可分割的最小單元,可分為兩類:

  • 虛擬像素:其大小是任意的、可變的,沒(méi)有實(shí)際的物理尺寸大小。
  • 物理像素:通常用于描述手機(jī)、電腦、顯示器等設(shè)備的像素,它在設(shè)備出廠時(shí)已經(jīng)確定,是不可變的,具有實(shí)際的物理尺寸大小(一般使用英寸表示)。

物理像素(即屏幕像素,screen pixel)是顯示設(shè)備成像的最小單位。我們「肉眼」看到的物理像素都是真實(shí)的物理發(fā)光元件,既然是物理元件,就不可能「無(wú)縫」填滿整個(gè)屏幕,而且像素(即元件)大小、形狀也是可以自由定義的,在屏幕上多是方形或者接近方形的。兩個(gè)相鄰像素之間的距離就是點(diǎn)距(dot pitch),點(diǎn)距越小成像越細(xì)膩,近距離使用體驗(yàn)越好。

但并不是說(shuō)像素緊密排列就意味著「視覺(jué)效果」更好,比如說(shuō)戶外碩大的 LED 廣告牌,是可以明顯地看到黑色縫隙的,原因是它們的元件排列是有間隙的。

虛擬像素到物理成像,是有一定的映射關(guān)系的,具體由顯示設(shè)備或打印設(shè)備來(lái)決定。

分辨率

我們發(fā)現(xiàn),通常描述「分辨率」的單位也叫像素,但有什么區(qū)別呢?

  • 物理屏幕分辨率(Physical screen resolution):泛指電視機(jī)、電腦顯示器、手機(jī)屏幕等顯示設(shè)備的分辨率,它在設(shè)備出廠時(shí)便以確定,不可修改,而且是有著具體的物理尺寸大小。

    常說(shuō)的 1920 × 1080 分辨率的手機(jī),指的是顯示器橫向排列了 1080 個(gè)像素,縱向排列了 1920 個(gè)像素。

  • 顯示分辨率Display resolution):也稱作屏幕分辨率(screen resolution),它沒(méi)有具體的物理大小,是可以修改的。

    常說(shuō)的“調(diào)節(jié)電腦屏幕分辨率”,修改的就是顯示分辨率。當(dāng)顯示器分辨率與屏幕分辨率一致時(shí),表示一個(gè)虛擬像素將會(huì)用一個(gè)物理像素來(lái)顯示,此時(shí)顯示效果是最佳的。當(dāng)二者不相同時(shí),將有相關(guān)系統(tǒng)使用算法去模擬像素,而這些模擬處理都會(huì)帶來(lái)畫質(zhì)的損失。

  • 還有很多分類,比如 Image resolution、Printing resolution、Sensor resolution 等等,詳看 Wiki

以上描述源自。

請(qǐng)注意,不能單憑顯示器分辨率來(lái)計(jì)量屏幕的細(xì)膩程度。試想,同樣是 1920 × 1080 分辨率,一個(gè)放在 5.5 英寸的手機(jī)屏幕上,一個(gè)放在 40 英寸的電視機(jī)屏幕上,細(xì)膩程度會(huì)一樣嗎?

屏幕尺寸

這玩意本來(lái)就是外國(guó)人發(fā)明的,因此常用單位「英寸」來(lái)描述。單位換算:1 英寸 = 2.54 厘米(cm)。

請(qǐng)注意,英寸是「長(zhǎng)度」單位,而不是「面積」單位。

比如 4.7 英寸的手機(jī),這里的 4.7 英寸指的是手機(jī)顯示屏「對(duì)角線」的長(zhǎng)度,而不是顯示器的寬度或者高度,更不是面積。對(duì),就是數(shù)學(xué)中直角三角形的那個(gè)斜邊,勾股定理還記得吧。

下文將會(huì)提到的像素密度(PPI)表示「每英寸」屏幕所擁有的像素?cái)?shù),也是指對(duì)角線的長(zhǎng)度,而非面積大小。

像素密度

像素密度(Pixel density),通常用來(lái)計(jì)量電子設(shè)備屏幕細(xì)膩程度。

像素密度的單位一般是 PPI(Pixel Per Inch,每英寸像素),表示單位長(zhǎng)度上的像素?cái)?shù)量(注意,不是單位面積的像素?cái)?shù)量)。

電子設(shè)備的 PPI 取決于「屏幕尺寸」和「顯示器分辨率」,計(jì)算規(guī)則如下:

其中,

  • dp 為屏幕對(duì)角線的分辨率
  • di 為屏幕對(duì)角線的長(zhǎng)度(單位為英寸)
  • wp 為屏幕橫向分辨率
  • hp 為屏幕縱向分辨率

以 4.7 英寸的 iPhone 7 為例,分辨率為 750 × 1334,像素密度約為 326PPI(在線換算)。需要注意的是,應(yīng)以設(shè)備「實(shí)際尺寸」換算,而非廠商「宣傳尺寸」,二者之間可能會(huì)有一定的偏差,自然計(jì)算結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生誤差。比如:

「數(shù)碼相機(jī)」與手機(jī)等屏幕不同的是,數(shù)碼相機(jī)的屏幕通常用「點(diǎn)色數(shù)」來(lái)描述,而不是像素。每個(gè)像素包含了三個(gè)點(diǎn)色數(shù)(分別是紅、綠、藍(lán)三原色)。以佳能 50D 相機(jī)顯示屏為例,它有 920,000 個(gè)點(diǎn)色數(shù)(應(yīng)該是約數(shù)),即 92 萬(wàn)色,通過(guò)這個(gè)數(shù)據(jù),可以推算出屏幕為 307,200 個(gè)像素,分辨率為 640 × 480。因此,相機(jī)顯示屏的點(diǎn)色數(shù)和像素常被人混淆(源自維基百科)。

還有,用于量度「打印機(jī)」打印精細(xì)程度的計(jì)量單位是 DPI。

DPI(Dots Per Inch,每英寸點(diǎn)數(shù)),表示單位長(zhǎng)度上可打印的點(diǎn)數(shù)。

雖說(shuō) PPI 和 DPI 兩者所用的領(lǐng)域存在區(qū)別,「像素」只存在于屏幕顯示領(lǐng)域,而「點(diǎn)」只出現(xiàn)于打印或印刷領(lǐng)域。但由于 PPI 也會(huì)影響到圖片的打印質(zhì)量,因此容易出現(xiàn)混用或混淆的情況。比如,在 SONY Support 的一篇文章中指出:

Much of the confusion between these two terms happens for a couple of reasons. First, even though PPI refers to the resolution of an on-screen digital image, it can also affect the quality of the final printed picture. Second, even some professional print services request that pictures must be at a certain DPI level before they can be printed; what they normally mean is PPI, not DPI - thus, this adds to the confusion.

由于本文的重點(diǎn)討論的是顯示屏幕領(lǐng)域像素之間的關(guān)系,而非打印領(lǐng)域,加之本人對(duì)此并不是很了解,因此不作過(guò)多介紹,點(diǎn)到為止,哈哈!

設(shè)備獨(dú)立像素

DIPdevice-independent pixel,設(shè)備獨(dú)立像素;density-independent pixel,密度獨(dú)立性),是一種長(zhǎng)度單位, 常見(jiàn)簡(jiǎn)寫形式為 DP 或 DIP。

在 Android 開(kāi)發(fā)中很常見(jiàn),一種基于屏幕密度的抽象單位,這些單位與 160 dpi 屏幕相關(guān)(通常 Android 設(shè)備的分辨率是 160 的整數(shù)倍)。在 Android 操作系統(tǒng)上,1dp 相當(dāng)于 160dpi 屏幕上的一個(gè)物理像素,dp 與物理像素的比例會(huì)隨著屏幕密度而變化,但不一定成正比。

而在 Web 設(shè)計(jì)中應(yīng)以 px 作為單位。其中 Material Design 設(shè)計(jì)指南中表示:

When designing for the web, replace dp with px (for pixel).

CSS 像素

我們知道,Web 標(biāo)準(zhǔn)由 W3C(The World Wide Web Consortium) 制定,在 CSS 標(biāo)準(zhǔn)中,長(zhǎng)度單位包括「相對(duì)長(zhǎng)度」和「絕對(duì)長(zhǎng)度」兩類。其中 px 是絕對(duì)長(zhǎng)度單位之一(詳見(jiàn)),

但真的「絕對(duì)」嗎?

網(wǎng)上很多文章提到 px 歸為「相對(duì)單位」, 原因有二:

  1. 不加思索,人云亦云。
  2. 所選參照物不一樣。由于 CSS 像素與物理像素不一定是 1 : 1 的關(guān)系,它跟屏幕的像素密度有關(guān),比如在 iPhone 7 下 1 × 1 的 CSS 像素,將會(huì)使用 2 × 2 個(gè)物理像素去渲染。在 Web 領(lǐng)域通常使用「設(shè)備像素比」(Device Pixel Ratio,DPR)去描述 CSS 像素與最終顯示成像的關(guān)系。

我看到一句話「A pixel no longer equals a pixel」,在當(dāng)下高清屏大行其道的時(shí)代,這句話就成立了,一個(gè)虛擬像素不再等于一個(gè)物理像素。

未完待續(xù)...

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