分辨率知识

分辨率与图像质量密切相关，是用以衡量图像细节表现力的一个重要技术参数。

其应用范围十分广泛，在扫描仪等数字化设备中都以分辨率作为衡量设备捕捉、显示或输出图像数据的能力。

但由于所处环境不同，其含义也不尽相同.因此，正确认识扫描仪分辨率及其相互关系，不论在对硬件设备的了解程度方面还是在对图像的应用处理方面都非常重要.
一、分辩率的表示方法与含义
在使用扫描仪、打印机、数字相机、显示器等数字设备或进行图像的数字化处理时,经常会接触到ppi，dpi和spi这3个常用表示方法。

ppi(pixels perinch）：即每英寸的像素数。

像素是组成数字图像的基本单位，如果将一幅数字图像进行多级放大，可以发现它是由一个一个带颜色的“小区域”构成的.这些“小区域”就是像素.这种描述方法主要用来描述图像分辨率。

例如在显示器上经常可以看到诸如1024X768ppi和800X600ppi等分辨率的设置，实际上这是屏幕的显示分辨率。

另外,现在的扫描仪等数字化输入设备也常用以描述所获取信息的密度，即输入分辨率。

dpi（dotsperinch）：即每英寸的点数。

严格地说,点实际上是指打印机在打印文字和图像时所表征图像打印输出效果的色点。

表示打印机分辨率的这个数越大，表明图像输出的色点就越小,所输出的图像就越精细。

打印机色点的大小只同打印机的硬件工艺有关，而与要输出图像的分辨率无关。

不过,在描述扫描仪分辨率时经常会使用此术语表示。

spi：即每英寸的采样点数。

实际上这个术语是扫描仪专用的，这是因为扫描仪在扫描图像时，不显示像素，也不使用点，它将源图像看成是由大量网格组成的，扫描时，从每一个网格中取出一个点，这个点就称为取样点，这些取样点的信息转换成计算机能够识别的形式后,再以像素的形式在显示器屏幕上显示或以点的形式通过打印机打印出来。

通常，这3个概念非常容易混淆，dpi中的色点指的是硬件设备最小的显示单元：而像素则既可以是一个点,也可以是多个点的集合。

由于扫描仪在扫描图像时，每一个采样点都是和所形成图像的每一个像素相对应的，因此扫描时设定的dpi值与扫描形成图像的ppi 值通常是等效的，此时两者可以暂划等号。

但大多数情况下，两者之间还是存在一定的区别。

例如分辨率为1ppi的图像，在300dpi的打印机上打印输出，此时图像的每一个像素，在打印时都对应了300x300点。

同样，在显示方面，若显示器的分辨率为80dpi描述，即每英寸对应80个光点，在640x480dpi显示分辨率下1像素与1光点相对应，但如果将显示模式调整为320x200dpi，则在显示一幅320x200dpi的图像时，一个像素则对应4个光点。

二、分辨率的常用术语
由于分辨率这个概念不仅仅使用在扫描作业中，而是被广泛应用于整个数字影像领域，因此其内涵和表示方法不是单一的、固定的，在一定范围内容易引起混淆，所以有人说很难对它下定义。

但无论如何，在确定最佳分辨率之前,弄清有关的技术术语是很重要的。

常常听到的有关分辨率的术语有光学分辨率、插值分辨率、图像分辨率、显示器分辨率、
输出分辨率、打印机分辨率等等。

除此之外,其他一些类型的分辨率，要么与这些概念有关,要么就是这些概念的不同叫法。

1．光学分辩率
光学分辨率是衡量扫描仪感光器件精密程度的重要参数.即扫描仪的光学部件每平方英寸面积内所能捕捉到的实际的光点数，是扫描仪CCD的物理分辨率，也是扫描仪的真实分辨率，它的数值是由CCD的像素点除以扫描仪水平最大可扫尺寸得到的数值.例如分辨率为1200dpi的扫描仪，其光学部分的分辨率只占400～600dpi。

扩充部分的分辨率(由硬件和软件所生成的)是通过计算机对图像进行分析,对空白部分进行科学填充所产生的。

对于扫描仪自身来说，不能单看最大分辨率，其实际的光学分辨率更能反映扫描仪的性能。

2．插值分辨率
从性能上看，插值分辨率即是指扫描仪的最大分辨率,因为它是通过扫描仪的驱动程序得到的,也即通过数学演算手法得到的，又叫最高分辨率、软件分辨率。

其原理是在光学分辨率所获得的两个扫描点之间插入附加的信息点，因此它不会增加新的细节，只是在相邻像素间求出颜色和灰度数据的平均值，从而在它们之间增加一个新的像素。

比如一台扫描仪的光学分辨率为600dpi通过插值算法可使其最大分辨率达到9600dpi。

适度的利用插值算法提高分辨率，可在一定范围内增加图像的尺寸，但对图像品质不会带来实质性的提高，因为内插法得到的图像信息不是从原图像直接获取的，带有“虚假"的性质，对扫描仪来说只有参考价值.比如有一张2英寸X3英寸的照片，用光学分辨率60dpi的扫描仪以600dpi的精度扫描，得到的图像尺寸是1200dpiXl800dpi这时的图像很清晰，因为图像上的每一点都是由真正的感光元件获取的.同样以这张照片，用光学分辨率300dpi的扫描仪扫描，因为其光学分辨率最高为30dpl所以得到的图像尺寸只能是600dpiX900dpi但是，我们需要得到1200郎ixl800dpi的图像才能满足要求，只好通过软件把600dpiX 900dpi的图像放大为1200dpiXl800dpi虽然尺寸上满足了要求，但是清晰度却大大下降了.
通过以上分析可以看出，在使用过程中扫描仪的分辨率是可调的,而调整的方法就是通过软件(驱动程序）进行的。

如果设置的标准超过了设备的光学分辨率指标，则驱动程序会对超过的部分自动进行插值运算，从而满足用户的需求.
3．输入分辨率
输入分辨率是表示输入设备在每英寸线内捕捉的信息量。

当输入设备是平台式扫描仪时,输入分辨率就是指扫描分辨率，它以每英寸的点数（dpi）来测量。

扫描分辨率是扫描一幅原稿时扫描仪实际使用的分辨率，而不是扫描时设定的输出分辨率.
扫描作业时可以设置多种不同的分辨率。

如果在首次扫描图像时就已经知道图像输出的尺寸，则可以准确选择扫描分辨率,以使其产生所需要的精确的信息总量，避免在以后处理图像时再增加信息或减少信息。

输入分辨率只受扫描设备的最高光学分辨率或内插分辨率的限制。

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4．显示器分辨率
显示器分辨率有两种不同的表示方法.
第一种方法是描述一台显示器在同一时间可以显示的总信息量。

PC机常见的显示器分辨率有如下几种:640~480（Pixel),800～600（Pixel)和1024X768(Pixel).第一个数字表示屏幕的横向像素数量,第二个数字表示屏幕的纵向像素数量.比如640～480(Pixel)的含义是每行有640个像素,总共有480行。

显示器的显示分辨率越高，工作时一次所能看到的图像的范围越大。

对于经常处理大尺寸、高分辨率图像的专业设计人员,最好使用具有更高分辨率的显示器，比如1152X864（Pixel)或1600X1200（Pixel)等.
第二种方法是指在屏幕上每英寸所描述的点数或线数。

不同的制造厂商以及不同型号的显示器其数值不同.通常计算机显示器采用的是每英寸72dpi的分辨率。

但并不是所有尺寸的显示器都一样，它随着显示器的大小和分辨率不同而变化。

也可以通过“显示属性"对话框改变当前屏幕的分辨率，但是范围很有限。

显示器分辨率只会影响用户工作时的方便性,不会影响图像数据的输出质量。

图像在屏幕显示的大小取决于图像的像素尺寸、显示器尺寸以及显示器分辨率设置。

屏幕上图像的显示尺寸是由图像的像素尺寸加上显示器的大小和设置确定的,图像的文件大小与其像素尺寸成正比。

需要注意的是，在屏幕上显示的图像分辨率都是非常低的.尽管许多图像在屏幕上展示时是那样的色彩缤纷、绚丽夺目，但是显示器几乎是各种数字影像媒体中分辨率最低的一种设备了.在使用中显示器的分辨率几乎总是低于给图像设定的输出分辨率，因此在屏幕上显示的图像要比印刷出来的图像大得多。

在Photoshop中，图像像素被直接转换成显示器像素,这意味着当图像分辨率高于显示器分辨率时，图像在屏幕上的显示比指定的打印尺寸大。

例如，当在72dpi显示器上显示1英寸X1英寸、144dpi的图像时，它会显示在屏幕上的2英寸X2英寸区域内。

因为显示器只能显示72像素／英寸,它需要2英寸才能显示组成图像一个边的144像素。

5．输出分辨率
输出分辨率是指图像最终输出到彩色打印机或者其它数字印刷设备上所需要的密度信息。

输出分辨率是影响印刷质量的重要因素。

如果输出分辨率低于印刷设备的要求，则会使印刷图像缺少层次,并且图像出现颗粒状。

反之如果输出分辨率过高，会增加不必要的输出时间和成本,反差的微细层次也可能会丢失。

当输出设备为打印机时，打印机分辨率对输出分辨率有制约作用。

打印机分辨率是指打印机在水平和垂直方向可以产生的每英寸点数（dpi）。

打印机的分辨率越高，它所产生的点就越小，其打印图像的色调看起来就越具有连续性。

打印机分辨率限制了打印中可以呈现的单种颜色的最大数量。

为获得最佳效果,应当使用与打印机分辨率成正比（但不相同）的图
像分辨率。

如果激光打印机的输出分辨率为300dpi到600dpi，会对72dpi到150dpi的图像打印效果较好.
当最终输出设备是连续色调的打印机时，只要输出分辨率大致与打印机分辨率相等就可能再现出接近于原稿的图像，如热升华打印机以及某些热腊打印机等.打印机本身的分辨率是决定因素,一般认为输出分辨率等于打印机分辨率时会产生良好的效果，例如使用300dpi 的热升华打印机选用300dpi的输出分辨率就会得到良好的效果。

对于使用连续色调打印机作为最终输出设备的原图来说，在计算其扫描分辨率时只需要考虑放大系数和打印机分辨率两项因素，即:
扫描分辨率;放大系数x打印机分辨率。

6．图像分辨率
图像分辨率是指以像素数表示数字图像的总信息量，例如4000X2600(Pixel).无论采用何种介质，当确定一幅图像是否包含高质量输出所需的信息量时，图像分辨率是很重要的.高分辨率的图像比相同打印尺寸的低分辨率图像包含更多的像素，因而像素点较小.例如,72dpi 分辨率的1英寸X1英寸图像包含总共5,184像素；同样1英寸X1英寸而分辨率为300dpi 的图像则包含总共90，000像素.
因为较高分辨率的图像使用更多的像素表示每单位区域,打印时它们通常比较低分辨率的图像能够重现更精细的颜色转变。

但是,对以较低分辨率扫描或创建的图像，增加分辨率只能将原始像素信息扩展为更大数量的像素，而不会提高图像的品质。

要确定使用的图像分辨率，应考虑图像最终发布的媒介。

如果制作的图像用于网页显示,图像分辨率只需满足典型的显示器分辨率（72dpi或96dpi)就够了。

但是,如果用于打印输出,使用太低的分辨率会导致清晰度很差、显示粗糙的结果.使用太高的分辨率（比输出设备能够产生的像素还要小）会使图像文件增大，并降低图像的打印速度.
由于有如此众多的分辨率类型,你可能会想究竟哪一种类型是最重要的，哪一种需要进行控制。

可以这样说,为了自始至终保证图像从输入到输出的质量，如果打算将图像输出到幻灯片、多媒体视频设备等，那么只需协调两种类型的分辨率,即输入分辨率和显示分辨率;如果打算输出到打印机(或印刷)，则需要控制四种类型的分辨率.
输入分辨率——应保证有足够的信息进入数字化后的图像,以满足最终所需的各种要求。

图像分辨率——为了得到很好的输出，应检验图像包含的信息不能太少，也不要太多。

输出分辨率——应确保信息密度能满足网线密度的要求或打印机分辨率的要求。

打印机分辨率--应确知打印机的最高分辨率。

三、扫描仪分辨率的作用和影响
1．分辨率与像素的关系
像素是用以度量图像数据的最小单元，所有数字图像的奥秘就是使用这些独立的、不连续的小元素去仿真连续的色调。

每一个像素都有四个基本特性，就是大小、色调、色彩深度和位置.理解这四个特性，就能更好地从不同的角度把握分辨率。

先说像素的大小。

分辨率是由数字图像中每一英寸的像素数来表示的，那么也就是说在同一幅图像中所有像素的大小都是一致的。

扫描图像时，像素的大小是由使用的分辨率确定的，例如，600dpi扫描分辨率就表示每个像素只是六百分之一英寸。

输入分辨率越高,像素就越小，这就意味着每个度量单元具有较多的信息和潜在的细节，色调看起来就比较连续；分辨率越低，就意味着像素越大，每个度量单元的细节就越小，因而看起来有些粗糙。

一幅图像中的像素大小和数量组合在一起就确定了它所包含的信息总数。

以后在任何时候，只要改变分辨率就可改变像素的大小，如果用于输出印刷，那么修改分辨率就自动地改变了印刷晶的尺寸。

原始的灰度或彩色照片都具有连续的色调,即在相邻的颜色或阴影之间是平稳过渡的，可是计算机并不能理解任何连续的东西，信息被分成可以进行处理的独立单元。

当扫描仪将一个颜色或灰度值赋予图像中的每一个像素时，因为像素很小，而且相邻像素的颜色或色调变化也很小，就给人造成一种连续色调的感觉。

这就是像素所具有的色调的特性在起作用。

具有低噪声系数和宽动态范围的扫描仪扫描的图像会呈现一种非常自然的连续色调，是因为它们包括了从亮到暗特别宽的色调范围。

再说像素与色彩深度的关系.扫描仪将一个颜色或灰度值赋予图像中的每一个像素，一个单独的像素只能赋予它一个值，但是扫描仪的色彩深度隐含着一个相当大数量的颜色或色调范围可以用来为其赋值，比如8位灰度级的扫描仪可以用256种颜色为灰度图像的像素赋值；24位色彩深度的扫描仪可以用1677万种颜色为彩色图像的像素赋值,36位的扫描仪可以用687亿种颜色为彩色图像的像素赋值。

正因为像素有如此丰富的色彩表现范围，所以色彩深度高的扫描仪扫描出来的图像就容易得到栩栩如生的效果。

关于像素的位置。

如果将数字图像放大很多倍来看,一幅图像仅仅是一个包括很多单个像素的网格。

每个像素在网格内部都有一个可定义的水平和垂直位置。

在大多数的图像编辑程序中,只要在图像中移动一种称为“滴管"的工具，就可获得任何一个像素的坐标位置。

网格的物理尺寸由像素的总数和分辨率确定，它又去确定各像素的相对位置.
2．分辨率与文件大小和图像尺寸
文件大小是指图像以像素表示的多少，单位是千字节（1CB)、兆字节（MB）或千兆字节(GB).文件大小与图像的像素尺寸成正比，在给定打印尺寸的情况下，像素多的图像产生更多细节，但要求更多的磁盘空间存放，而且编辑和打印速度会慢些。

这就意味着文件扩大了，相应的下载、拷贝、打印的时间也就增加了。

Photoshop支持的最大图像文件大小为2GB，最大图像尺寸为30000X30000像素。

这个限定限制了图像可能的打印尺寸和分辨率.比如输出100英寸X100英寸图像的分辨率最高只能达到300dpi(30000像素／100英寸：300dpi.大多数扫描仪的驱动程序都可以根据预览原始
图像时的剪辑方法和选定的颜色方式以及输入分辨率，自动地计算文件大小。

分辨率的增大会使图像文件急剧增大，分辨率每提高一倍，文件大小要增加4倍。

例如，以600dpi的扫描分辨率扫描3英寸X3英寸的原图,其文件大小为9．49MB；以1200dpi的扫描分辨率扫描，其文件大小为37．97MB。

如果要扫一幅A4彩色图像，用1200dpi扫描，文件大小约为408MB.可见这样的文件长度不仅要占用大量的硬盘空间，而且需要很长的工作时间，实际体会一下就会明白，这是很不合算的事情.所以,在保持良好图像品质的前提下，尽量选择最低的分辨率，减少文件所占用的磁盘空间。

也许有人会问,照你这么一说，高分辨率和插值分辨率不是就没用了吗？不是，如果以高档的彩色图像系统处理连续色调的图像时，较高的分辨率是非常重要的,这是因为较高的分辨率可以明显改善图像中像素的锐度和清晰度。

当扫描黑白图像或放大较小的原稿时，插值分辨率非常有用.对于黑白图像,应将分辨率设定为输出设备的分辨率.例如，要将黑白图像用1200dpi的打印输出,用1200dpi的插值分辨率也能使图像产生平滑的线条，并且不会出现锯齿现象。

一旦完成扫描后，改变图像的分辨率只会改变其物理尺寸，除非采用再次采样去增减该图像中的信息，否则其文件长度将不会改变。

这就是为什么低分辨率大图像的文件长度不会大于高分辨率小图像的文件长度的原因.
3．分辨率与图像效果
分辨率的大小决定了扫描仪所记录的图像的细致程度，较高的分辨率可以提高图像的品质，但这是有限度的，不合理地增大分辨率，只会使图像文件的长度增大，并不能对图像的品质产生显著的改善.需要特别注意的是光学分辨率与插值分辨率的区别:光学分辨率是决定图像清晰度的关键因素，受到扫描仪硬件指标的制约；而插值分辨率是通过软件人为增加的分辨率，它实际上并没有增加任何的图像细节.
同样多数量的像素可以在输出设备占据大小不同的面积。

在同样的视觉距离和条件下，如果像素数量不变，那么面积小的图像呈现出较高的影像锐度,或者说感觉到清晰度比较高。

反之，在同样的视觉条件下，同样多的像素，其占据的面积太大，就会影响到这幅图像的清晰度。

4．分辨率与输出
在选择扫描分辨率之前，首先必须检查一下输出设备的情况，因为不管图像是在屏幕上显示还是在纸上打印,都有与输出设备有关的分辨率，只有当图像的分辨率与输出设备的分辨率相匹配才能获得最佳结果。

如果不匹配，下面两种结果之一就会出现：
1)如果图像的分辨率低于输出设备的分辨率，则显示或是打印过程就会插值出所需的额外的像素，最终的结果就会使图像失去某些细节和清晰度。

2）如果图像的分辨率高于输出设备的分辨率，则显示或是打印过程就要抛弃额外的像素.这种结果比第一种结果要稍微好一些。

该怎样确定理想的分辨率呢?最理想的情况是扫描分辨率与将要使用的输出设备的分辨率相匹配.虽然显示器分辨率从72dpi到96dpi可能不同，但是其变化范围并不大,而打印机的变化范围就比较大，常见的喷墨打印机的分辨率其变化范围就非常宽,比如Canon BJC-8200彩色喷墨打印机的最高分辨率为1200dpiXl200dpl其它型号S900、S6300、S750等，最高分辨率可达到2400dpiXl200dpi。

另外扫描所用的理想的分辨率设置还依赖于原件和复制品的相对尺寸。

如果打算以原件相同的尺寸复制图像的话，就没有调节的必要，可直接以输出设备的分辨率进行扫描。

但如果想以不同的尺寸显示或打印,不管是比原件大还是小，都需要在扫描时进行细微的设置.
通过以上叙述可以看出，分辨率不仅影响图像质量、文件长度,而且影响操作难易程,度、文件传输时间和输出质量等许多方面。

用高于需要的分辨率进行扫描将会损失宝贵的时间和过多地占用系统资源，过分大的文件长度需要更多的内存供图像处理、更多的硬盘空间供存储文件。

将这种额外付出的时间和存储空间加上图像处理过程中的操作工作量，就会感觉到这种浪费是何等惊人。

因此可以说调整图像的分辨率,使其与输出图像的物理尺寸相协调,是扫描前准备工作中最重要的任务之一。

四、像素、英寸与分辨率的换算方法
在处理数字图像时，经常需要在英寸、像素或每英寸像素之间转换,下面介绍一些基本的方法.
1．把像素转换为英寸
数字图像通常用像素表示其大小，但是打印输出一般用英寸或厘米表示尺寸。

在把一幅数字图像进行打印输出时，就需要进行换算，以便知道需要有多大的影像文件和打印输出的幅面有多大。

比如有一幅1500～1200像素的图像要在一台输出精度为300dpi的设备上输出，其计算方法是：
宽度：1500／300=5（英寸）
高度：1200／300=4（英寸）
但是，如果输出设备的精度提高到600dpi那么同样的一幅图像只能印出2．5英寸X2英寸的小图来了.
2．把英寸转换为像素·
扫描是打印输出的逆操作。

通常被扫描的图像用尺寸表示,而扫描后的文件用像素表示。

这样就需要把英寸换算成像素.方法是把英寸乘以扫描分辨率。

比如一幅3英寸X4英寸的图像，用300dpi扫描，通过计算可得到以下像素数：
宽度：3X300=900像素、
高度：4X300=1200像素
应用举例；
如果要用300dpi的彩色喷墨打印机输出一张10英寸宽的图，需要多大的文件？应该用多高分辨率来扫描原稿呢?
若仅考虑宽度,其水平方向上的像素数是：10X300=3000，也就是说需要有3000个像素.
若原稿是35mm底片,那么它的宽度大约是1．375英寸，这样就可计算出需要的扫描分辨率了：3000÷1．375=2182(dpi），这就是在原稿为35mm底片的情况下，需要在扫描时确定的输入分辨率。

若原稿是一张5英寸X7英寸的彩色照片，需要多高的扫描分辨率呢?类似地可以计算出：3000÷7=429（dpi)，429dpi就是原稿需要确定的输入分辨率。

五、扫描仪分辨率的选择
定义合适的扫描分辨率是一件最重要的输入工作。

选取正确的分辨率，需要考虑文件的大小、输出要求的分辨率、网点频率、图像的大小与扫描品质，并且所有这些项目之间是相互关联的.如果分辨率设得过低，图像获取的信息量太少，最终输出的图像会很粗糙，可以明显的看出像数点。

如果分辨率设得过高，扫描图像的信息量很大，占用很多的硬盘空间，计算机进行编辑处理时,计算速度会明显下降，打印机输出速度也会大幅度降低，极大地降低工作效率，增加制作成本，甚至影响图稿质量，因此较高的分辨率设置并不是改善最终输出质量的必要条件.
对于化学方法冲印的彩色照片及实物扫描,原稿的色彩是连续的，自身分辨率可以称之为无穷大，因此选择扫描分辨率时所要考虑的因素只是需要多大的扫描图片。

如果是作为图像素材扫描，最终要打印输出,最好使用扫描仪的最高光学分辨率，以采集尽可能丰富的图像细节。

从计算机角度讲,就是获得最多的原始图像信息，以便在后面的转换处理、打印输出过程中即使丢失部分信息，仍然可以保持一定的图像信息总量，保证数字图像的相应品质。

如果最终并不准备高精度输出，比较合适的分辨率一般是300dpi，基本能再现彩色照片的细节，并且文件又不至于过分庞大.如果用做屏幕显示和网页素材，则根据最终需要的图片大小来选择基本合适的分辨率就行。

例如,需要在屏幕上显示尺寸几乎和原来一样的图片，仅需72dpi就可以。

印刷品质的分辨率设置是扫描操作的一大难点.随处可见的杂志、宣传画、彩色报刊常常附有彩页,那些看上去很“精美”的彩页，扫描出来可能会一塌糊涂。

一般的印刷品自身分辨率大都在100—200 dpi，最高档次的精美印刷品，分辨率也只能达到600 dpi。

并且还存在一个网纹问题，肉眼看起来并不明显，甚至难以分辨,扫描出来就非常明显。

尽管几乎所有的平台式扫描仪都有“去网"功能,效果也很明显,但总不能完全解决问题,而恰当地选择分辨率可以使扫描效果得到明显改善。

如果扫描的目的是用作网页素材或屏幕显示，还有一。