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攝像機線數和像數(轉載)

2012-5-11  來源:站內

攝像機線數和像數

標簽: 教育

分辨率和圖象的像素有直接的關系,我們來算一算,一張分辨率為640×480像素的圖片,那它的分辨率就達到了307,200像素,也就是我們常說的30萬像素,而一張分辨率為1600×1200的圖片,它的像素就是200萬。這樣,我們就知道,分辨率的兩個數字表示的是圖片在長和寬上占的點數的單位

分辨率(Resolution - 影象清晰度或濃度的度量標準。舉例來說,分辨率代表垂直及水平顯示的每英寸點(dpi)的數量。BitWare 可以用普通或標準(100 200 dpi)及精細分辨率(200 200 dpi)發送及接收傳真文檔。

  分辨率是一個表示平面圖像精細程度的概念,通常它是以橫向和縱向點的數量來衡量的,表示成水平點數×垂直點數的形式。在一個固定的平面內,分辨率越高,意味著可使用的點數越多,圖像越細致。

  顯示分辨率

  顯示分辨率是平板電視在顯示圖像時的分辨率,分辨率是用點來衡量的,顯示器上這個就是指像素(pixel)。顯示分辨率的數值是指整個顯示器所有可視面積上水平像素和垂直像素的數量。例如1366×768的分辨率,是指在整個屏幕上水平顯示800個像素,垂直顯示600個像素。顯示分辨率的水平像素和垂直像素的總數總是成一定比例的,最常見的為16:9。傳統CRT電視所支持的分辨率較有彈性,而液晶電視的像素間距已經固定,所以支持的顯示模式不像CRT電視那么多。液晶電視的最佳分辨率,也叫最大分辨率,在該分辨率下,液晶電視才能顯現最佳影像。

  液晶電視呈現分辨率較低的顯示模式時,有兩種方式進行顯示。第一種為居中顯示:例如在XGA 1024×768的屏幕上顯示SVGA 800×600的畫面時,只有屏幕居中的800×600個像素被呈現出來,其它沒有被呈現出來的像素則維持黑暗。目前該方法較少采用。另一種稱為擴展顯示:在顯示低于最佳分辨率的畫面時,各像素點通過差動算法擴充到相鄰像素點顯示,從而使整個畫面被充滿。這樣也使畫面失去原來的清晰度和真實的色彩。

  目前平板電視的分辨率主要有1366×7681920×1080等幾種,隨著新品的不斷涌現,分辨率也在提高中。

·             比如你的手機照片大小最大是1280X960的像素就是它們的積1228800像素,一般都說成是130萬像素

·             家庭影院的圖像顯示設備的種類、性能和功能永遠是一個新鮮話題,但其有關的基礎知識,或更確切的說是有關電視、電視機和其它視頻播放設備的基礎知識的話題,卻是一個古老而有趣的話題,也是許多家庭影院愛好者一致關心和感興趣的話題。由于對電視、電視機和其它視頻播放設備的基礎知識并非每個家庭影院愛好者都明白,對現在正在蓬勃發展著的新技術、新設備的特點也不能正確地理解。不但如此,即使就是現在自己正在使用著的設備,也不懂得如何去將它的性能充分發揮出來,不懂得如何去將它的功能充分利用起來。筆者作為一個普通家庭影院愛好者,在這里希望能從探討的角度出發,和大家一起來解讀有關家庭影院圖像技術和顯示設備的一系列常用的、實用的和重要的基本知識,其中還包括設備的使用和調整等方面的知識。在目前五彩紛呈的顯示技術和顯示設備中,我們擬從電視說起,在電視中,又打算從大家都最關心的分辨率和清晰度問題說起。

一、分辨率和清晰度還用得著討論嗎?

  說起電視的分辨率和清晰度,似乎是盡人皆知、誰人都懂的問題,好像沒有什么值得可談的,更沒有必要作專文加以討論。

  在與清晰度有關的用語中,除了清晰度一詞以外,我們經?;箍梢約椒直媼?、分辨率、解析力、解析度、解像力、解像度這些詞語。對于這些詞語分別的含義和所指的具體內容是什么,怎樣使用才合適,目前流行的看法是很不統一的,歸納起來主要有3種不見的看法。

第一種:分辨率就是清晰度

  這是一種最普遍的看法。這種看法認為,這些詞語的意義是一樣的或者說是一致的,有的人習慣于用分辨力(率)、分解力、解析力(度)和解像力(度)這一類詞,而另一些人習慣于用清晰度這一個詞?;蛘咚?,這些詞的意義是一樣的,但在習慣上對不同的對象使用不同的詞匯,如習慣于將清晰度一詞用于電視機,將分辨率一詞用于計算機之類的顯示器。

第二種:分辨率和清晰度是兩回事

  這種意見認為清晰度與分辨率(還包括分辨力、解析度、解像度等幾個詞語)有著本質的區別,它們所指的具體內容本來就不一樣。具體說來,清晰度是指人眼宏觀看到的圖像的清晰程度,是由系統和設備的客觀性能的綜合結果造成的人們對最終圖像的主觀感覺。(雖然是主觀感覺,但不像主觀聽音評價那樣不能用一個客觀標準來計量,清晰度這種主觀感覺是可以進行定量測試的,即可以用黑白相間的線條的粗細來衡量,并有標準的測試方法和測試圖,其測量數據有明確的單位,即電視線TVL)。而分辨率與清晰度不同,它不是指人的主觀感覺,而是指在攝錄、傳輸和顯示過程中所使用的圖像質量記錄指標,以及顯示設備自身具有的表現圖像細致程度的固有屏幕結構,說具體點就是指單幅圖像信號的掃描格式和顯示設備的像素規格。圖像信號的掃描格式也好,顯示設備的像素規格也好,都是用水平像素×垂直像素來表達的,其單位不是,而是。圖像信號的分辨率和顯示設備的分辨率是制式和規格決定了的,是固定不變的,而清晰度是因條件而可改變的。清晰度的線數永遠小于圖像信號分辨率像素所連成的線數。比如,對于PAL制電視720×576的掃描格式,其水平像素為720點,也就是可以得到720條垂直豎線,但不論用什么高清晰度的顯示器,也不可能獲得720條電視線的水平清晰度。

第三種:分辨率和清晰度可以互換使用,但概念不同

  這種意見實際上是介于上述兩種極端意見之間的意見。這種意見認為:電視系統有一個清晰度,也可叫分辨率、分解力、解析力和解像度等;電視機最終反映的圖像也有一個清晰度,也可以叫分辨率、分解力、解析力和解像度等,因此二者是可以互換使用的。但是,二者的概念并不一樣,因此雖然清晰度一詞和分辨率那幾個詞可以隨便互換使用,但在心目中不能將電視制式的清晰度電視機所達到的圖像清晰度兩者混淆。

  對于以上3種意見,不知您贊同哪一種?不管贊同哪一種,現在的實際情況是,3種意見是并存著的;說不要將兩者混淆,實際上這種混淆的情況是隨處可見的。就以身邊剛剛發生的一件小事為例,就可以知道不搞清這個問題的麻煩了。事情是這樣的:一位同事將一份新方特出版的《數碼影像產品導購手冊》(2003.8總第24期)給我看,問為什么索尼的和松下的總共20款數字攝錄機的水平解像度分別是500線、520線和5303種情況,而佳能在手冊上僅有的6款攝錄機的水平解像度全部都是625線,難道佳能的攝錄機比索尼和松下的攝錄機清晰度要高100多線嗎?我向他解釋說,索尼的和松下的是指攝錄的圖像信號可以達到的水平清晰度的電視線數,而佳能的是指攝錄的圖像信號制式的掃描線數,即PAL720×625中的625線。前者是水平解像力所具備的清晰度,后者直接就是垂直解像力,也就是我們所說的垂直分辨率。因此,索尼和松下攝錄機表示的水平解像度多少線,與佳能攝錄機表示的水平解像度多少線是完全不同的兩回事。那位同事聽來聽去很難搞得清楚,最后只好抱怨說:一個是水平的,一個是垂直的;一個是轉換過的,一個是沒有轉換的,那為什么都一律說成是水平解像度呢?——我還能說什么呢?只好說:我也鬧不明白,為什么許多人都不但認同將清晰度與分辨率、解像度等詞混用,而且還要近乎頑固地維護這種讓明白的人可能明白,不明白的人就讓他不明白的做法!

  為了讓不明白的人也能明白一點,我們在下面將對電視的清晰度、分辨率和電視制式的概念和來源作一個簡單介紹,使上面所說的這個問題能得到比較統一和合理的認識。

二、電視的清晰度

1、人眼的分辨力和電視的清晰度

  人眼的分辨力是指人眼對所觀察的實物細節或圖像細節的辨別能力,具體量化起來就是能分辨出平面上的兩個點的能力。人眼的分辨力是有限的,在一定距離、一定對比度和一定亮度的條件下,人眼只能區分出小到一定程度的點,如果點更小,就無法看清了。根據人眼的分辨力,決定了影視工作者力求達到的影像清晰度的指標,也決定了采用圖像像素的合理值。

  人眼分辨圖像細節的能力也稱為視覺銳度,視覺銳度的大小可以用能觀察清楚的兩個點的視角來表示,這個最小分辨視角稱為視敏角。視敏角越大,能鑒別的圖像細節越粗糙;視敏角越小,能鑒別的圖像細節越細致。在中等亮度和中等對比度的條件下,觀察靜止圖像時,對正常視力的人來說,其視敏角在11.5分之間,觀察運動圖像時,視敏角更大一些。關于視敏角的示意圖見圖1。

  為了將研究的對象從兩個點擴大到一個面,所以將視敏角從人眼到兩個點之間的夾角,引伸到從觀察點(人眼)到一定距離的一條相鄰黑、線條之間的夾角。如果觀察的是在垂直方向上排列的一系列連續水平黑白線條,則能表現出圖像的垂直清晰度;如果觀察的是在水平方向排列的一系列連續垂直黑白線條,則能表現出圖像的水平清晰度。測量垂直清晰度的水平黑白線條的示意圖見圖2,測量水平清晰度的垂直黑白線條的示意圖見圖3。

  電視正是利用了這個原理,確定出了電視應當設計成具有多高的垂直清晰度和多高的水平清晰度,再從清晰度推算出需要多少條水平掃描線和多少條垂直掃描線,從掃描線又推導出需要多少水平像素和多少垂直像素,也即建立起了相應的圖像的分辨率和單幅電視圖像的掃描格式,將它再與每秒鐘圖像的顯示次數和其它指標結合起來,最終建立起了相應的電視制式。下面,我們以PAL制電視為例,說明其清晰度和分辨率是怎樣演變出來的。

2、垂直清晰度

  上面已經提到過,根據視敏角原理,人眼能辨別在垂直方向上排列的相鄰黑白水平線條的細致程度叫垂直清晰度,但是怎么來鑒別和量度這個細致程度呢?下面參照圖4來加以說明。假設畫面高度為H,在垂直方向上有M條黑白相間、具有一定寬度的水平線條,每條水平線條在垂直方向上的寬度為h。如果人眼在距離為L處剛好可以分辨清楚這些水平線條,則視敏角θ可表示為:

θh/L(弧度)

因為每條線對的寬度為

hH/M

則有

θH/LM)(弧度)

將弧度化為角度后,則為

θ3438H/LM)(分)

也就是

M3438H/L)(1/θ

  試驗表明,觀看圖像的最佳距離應當是畫面高度的4倍至5倍,這時的總視角約為15度,在這種情況下,可以保證人眼不轉動就能看到完整的畫面。這個距離,既可以避免因過近觀看時眼球需要不停地轉動而引起眼疲勞,又可以避免過遠觀看時對圖像辨別能力的降低,以及防止畫面以外的景像進入視野中。如果選擇觀看距離L為畫面高度H5倍,即L5H,將其與視敏度θ1.5分一起代入上式后,則為

M34381/5)(1/1.5

458(線)

  這個458線也就是我們所說的458條電視線,簡稱。從上面的計算可以看到,在5倍畫面高度的距離觀看圖像時,人眼的垂直分辨力是約458線,這時圖像所具有的垂直清晰度正是458線。這樣,在制定電視制式的掃描格式時,其垂直像素應當基于458線清晰度來考慮。

3、水平清晰度

  水平清晰度的確定,與確定垂直清晰度的思路是一樣的。不過,由于電視機畫面的寬高比,以及垂直清晰度和水平清晰度對整體圖像質量影響的關系,不經過上述復雜的推導,也可以很方便地算出水平清晰度線數來。

  傳統電視屏幕的寬高比是4:3,這是根據原來的電影銀幕的長寬比預先確定下來的。試驗說明,在圖像顯示時,水平清晰度和垂直清晰度應當接近或一樣,才能獲得最佳的圖像質量。利用這兩點,再根據垂直清晰度計算原理,將垂直清晰度線數乘以屏幕幅型比4/3,立即可以算出圖像的水平清晰度線數N

N4/3 M

4/3×458

610(線)

  這就是說,在5倍畫面高度距離觀看43畫面的圖像時,人眼的水平分辨力約為610線,這時圖像所具有的水平清晰度正是610線。

  以上就是電視垂直清晰度和水平清晰度的來源。從這里不難看出,在明確了人眼的垂直和水平分辨力后,也明確了電視的清晰度的概念:電視的清晰度是指電視機已經顯示出來的黑白相間的直線,在垂直方向或水平方向將屏幕排滿時,人眼所能辨別的最細線條數,或者說能辨別的最多線條數。在垂直方向排列的這種水平線條的最大數量,是電視的垂直清晰度;在水平方向排列的這種垂直線條的最大數量,是電視的水平清晰度。

  可見,清晰度是在確定電視圖像的掃描線數和像素數之前就提出來了的一個重要概念和物理量,而與水平像系×垂直像素所表示的分辨率概念和物理量完全不是一個東西。分辨率對圖像信號來說也好,對顯示器材的屏幕像素來說也好,都是固定不變的,而清晰度卻是可變的。雖然圖像信號分辨率的高低對電視機圖像清晰度有影響,但信號分辨率并不是人們看到的圖像清晰度;顯示設備的像素對圖像清晰度也有影響,但它也并不是人們看到的圖像清晰度。圖像信號分辨率是源頭,最終顯示的圖像清晰度是結果;從數量上來說,清晰度永遠小于分辨率。同一分辨率的圖像信號,通過不同的傳輸渠道和不同的顯示設備,最終得到的圖像清晰度是各不相同的。因此,分辨率與清晰度之間并沒有直接換算關系。如果說有換算關系的話,也只能是自己與自己換算,而不能進行源頭與結尾、源頭與中間以及中間與結尾之間的換算。

三、PAL制電視圖像分辨率的由來

  從上面的介紹已經知道,將處在同一垂線上的所有水平掃描點(水平像素)從垂直方向連接起來,可以構成垂直方向的許多線條;將每一條水平掃描線的所有掃描點(水平像素)從水平方向連接起來,可以構成許多水平線條。那么,如果已經有458條水平掃描線和610條垂直線條將屏幕布滿,這些線條是否就可以再現出上面計算出來的458線垂直清晰度和610線水平清晰度來呢?回答是否定的,因為這牽涉到孔闌效應和掃描線的有效性問題。

  所謂孔闌效應,是指當掃描電子束光點尺寸小到與實物細節或圖像細節光點尺寸相同和相近時,會造成對應尺寸的圖像細節模糊的現象,也就是圖像清晰度受電子束孔徑(直徑)大小限制的現象。這種現象既存在于攝像過程中,也存在于顯像過程中。以攝像為例,具體說來是這樣的:由于掃描電子束光點的電信號是被攝取的實物細節光點所具有的面積內的平均值,當掃描電信號光點與實物細節在尺寸上差不多時,如果掃描電子束在掃過兩個黑白相鄰的實物細節時,電子束正好掃在實物細節光點上,那么就能真實地重現黑、白光點的突變邊界,保持了高的水平清晰度;相反,如果掃描電子束掃過的不是兩個黑白相鄰的光點本身,而是它的邊緣,這時,就不能重現出光點黑白突變的邊界,而是重現出一個明暗過渡的邊界,從而使圖像細節變得模糊,使圖像水平清晰度下降,其下降的程度為50%。從統計規律來說,剛好掃在光點上和剛好掃在光點的邊界上各有50%的可能性。這樣一來,對整幅圖像來說,有50%面積維持了原有的清晰度;有50%面積的清晰度只有原來的一半,即還保留了原圖像總清晰度的25%。因此,整幅圖像最后50%和25%的清晰度加起來,得到了相當于原來75%的清晰度。

  在垂直方向上的掃描線也與孔闌效應有相類似的情況。當掃描線的寬度與線條的寬度相當時,如果正好掃在黑白線條上,則能夠保持原有的垂直清晰度;如果掃描線正好掃在黑白線條之間,則重現的黑白線條是灰的,黑白線條邊界變得模糊,清晰度降低,使這一條掃描線的有效率降低到50%,垂直清晰度相應也降低到50%。根據統計學的道理,正好掃在黑白線條上和正好掃在黑白線條之間的情況各占50%的幾率,所以同樣也可以得到最后顯示的圖像垂直清晰度只有掃描信號所具有的垂直清晰度的75%的結果。

  需要說明的是,我們在這里所說的正好掃在線條上正好掃在線條間,是一種簡化的說法,實際還有無數中間狀態,但在中間狀態時清晰度下降的比例不同,沒有50%這么大,但各種狀態對清晰度影響的綜合效果,與簡化為正好掃在線條上正好掃在線條間的效果是相同的,即整幅圖像最后只相當于原來75%的清晰度,孔闌效應的綜合情況也是如此。

  因此,為了保證復原100%的清晰度,就應當增加垂直和水平掃描線,也就是在上面所計算出的垂直清晰度458線上需要乘以一個系數K,這個系數K稱為有效系數,這個系數一般取1.31.4。乘以有效系數以后,所得到的掃描線數肯定大于458線。

  如果不采用乘以有效系數的辦法,我們姑取就以上面計算出的75%的總有效率來計算,也可以反推出要還原出100%的清晰度時應當具有的掃描線的行數m

m458÷0.75611(行)

同樣,根據電視屏幕43的比例,也可以很方便地計算出垂直掃描線n的數量:

n611×4/3815(行)

  可見,要達到普通人在正常收視條件下獲得458線的垂直清晰度和610線的水平清晰度圖像,原則上需要611行水平掃描線和815行垂直掃描線。因為垂直掃描線并非直接從豎向掃出來的,而是水平掃描線上的像素點在垂直方向上排列起來構成的一條線,所以人們也可能將其叫做垂直掃描線,也可能將其叫做水平像素點。

  以上講到的水平掃描線是構成圖像的有效掃描線,如果加上逆程掃描線,水平掃描線的數字還要大些。由于在制定電視制式時考慮到視頻帶寬和其他技術條件的限制,最后將PAL制的掃描格式確定為:

水平像素×垂直方向的水平掃描線=720×625

625條掃描線中,包括了50行左右的逆程線,實際有效掃描線為575576左右。

  由于制定電視制式時,PAL制電視最后安排的視頻帶寬為6MHz,這種帶寬連720×625都不能完全滿足,實際使用時,只好將PAL制電視的圖像格式在720×625的基礎上又有所壓縮,壓縮的是水平像素點,保留了625行水平掃描線。因此,PAL制電視的分辨率經過由815×611720×625的降低,再經過為滿足6MHz視頻帶寬的壓縮,PAL制電視并不能達到458線的垂直清晰度和610線的水平清晰度,而只能達到431線的垂直清晰度和468線的水平清晰度。

2012-5-11
 


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