【剑桥摄影协会】数码相机像素（Pixel）基础

        随着数码相机技术的不断发展，各种技术相关的术语层出不穷，刚入门的小白常常对此异常困惑。本文主要是让大家能够分清数字像素相关的一些概念，比如传感器尺寸、百万级像素、抖动和打印尺寸等。同时，理解这些概念，也会有助于挑选你的第一台数码相机。

像素：数字图像的基本单位

        每幅数字图像的最小组成单元被称为像素（Pixel），Pixel来自PICture ELement缩写。正如油画艺术家使用油漆斑点进行艺术作品创作一样，通过百万级像素的组合，便能够展现出细致的图像效果。

        每个像素都会包含用于描述颜色和亮度信息的一系列数字。一个像素所能够表达颜色的精度被称为位深。通常情况下，一幅图像所包含的像素越多，它表述细节内容的能力就越强（实际上，细节的丰富程度并不仅仅取决于像素的多少，稍后会详细说明）。

打印尺寸：每英寸像素数（PPI）和每英寸点数（DPI）

        由于像素仅仅是图像的信息单位，除非能够指定其尺寸，否则无法用它来描述实际的印刷品。每英寸像素数（Pixels Per Inch）和每英寸点数（Dots Per Inch）这两个概念，很好地将像素与真实世界的视觉分辨率关联在一起。但是，由于两者经常被混淆使用，以致于用户被误导，搞不清楚设备的最大打印分辨率（特别是对于喷墨打印机）。

        每英寸像素数（Pixels Per Inch）是更为直观常用的描述方式，通过PPI的数值，可以知道图像中每英寸的范围内水平和垂直方向各包含了多少像素，而且该数值所表达的分辨率不会因为设备不同而改变。

        每英寸点数（Dots Per Inch）的描述方式看起来好像很简单，实际却并非如此，因为经常会有使用多个点构成一个像素的情况，而且不同的设备会具有不同的值。换句话说，就是一种分辨率可能会对应多个DPI的值。使用多个点构成单个像素的过程被称为“抖动（Dithering）”。

        打印机经常会使用抖动的方式来合成更多的颜色表达。但是，因为抖动需要使用一组更小的点来构成像素，所以该方法是以牺牲分辨率为代价的。结果就是，对于图像中的相同的细节内容，DPI比PPI要大很多。

        从上图可知，虽然只有不到24种的点颜色，但是通过使用抖动方法，实际却表现出了128种颜色效果。需要注意，前提条件是抖动图像中的每个点都要比实际像素小很多。

        一般的照片打印标准约为300 PPI，但是对于喷墨打印机，如果想要达到相同的效果，则需要数倍于此的DPI值。具体的分辨率需求，还要看实际的应用场景，比如杂志和报纸印刷品的要求远低于300 PPI。

        另外，图像被放大的越大，其PPI就越小。

百万级像素和最大打印尺寸

        “百万级像素”简单解释就是有一百万的像素。如果对于细节的分辨率（PPI）存在特殊需求，则对于给定数量的百万级像素，需要匹配指定的最大打印尺寸。下表给出了几种常见的具有百万级像素的相机的最大打印尺寸。

        从表中不难看出，对于200万像素的相机，甚至无法在300 PPI分辨率下输出4x6英寸的照片，如果需要16x10英寸的照片，至少需要使用1600万像素的相机。这看起来很让人沮丧，但是不要绝望！因为很多人对于200 PPI的效果就很满意了，如果观看距离更远一些，PPI还可以更低（请参阅“数码图像的放大”）。例如，墙面海报大多数低于200 PPI，因为很少有人会在小于6英寸的距离内观看它们。

相机和图像的宽高比

        以上关于打印尺寸的计算有一个假设条件，那就是正在使用的相机宽高比（最长尺寸与最短尺寸比例）符合35mm相机的3:2标准。事实上，大多数单反数码相机的宽高比为3:2，而小型相机、显示器和电视屏幕的宽高比为4:3，也存在许多其他类型，比如一些高端电影设备使用的1:1方形图像，以及DVD电影使用的16:9拉伸图像。

        这意味着需要注意相机的宽高比与预期输出尺寸比例之间的匹配，如果相机的宽高比是4:3，而期望得到4x6英寸（3:2）的照片，则会有11%的像素被浪费。

        像素本身也可以有自己的宽高比，尽管这种情况不太常见。某些视频标准和早期的尼康相机都具有矩形尺寸的像素。

传感器尺寸：并非所有像素都是相等尺寸的

        尽管两台相机可能具有相同的像素数量，但是并不意味着它们的像素尺寸也是相等的。更昂贵的单反数码相机（SLR）和小型相机之间的主要区别在于前者具有更大的数字传感器面积。这意味着，如果两者的像素数量相同，则SLR具有更大的像素尺寸。

        为什么要考虑像素的尺寸大小呢？像素的尺寸越大，其感光区域也就越大，从而在给定时间间隔内，获得的光信号就越强。

        这通常会导致图像信噪比（SNR）的提升，从而产生更平滑、更细致的图像。另外，随着像素尺寸的变大，图像的动态范围（相机可以捕捉的亮暗范围）也会增加，因为像素势阱需要更多的光子才能够达到全白的饱和度。

        下图对比了当前市场中常见的几种标准传感器尺寸。大多数的单反数码相机具有1.5倍或1.6倍的增益系数（与35mm胶片相比），尽管其中的一些高端型号只配备有一个与35mm面积相同的数字传感器。以英寸表示的传感器尺寸并没有反应实际的对角线尺寸，而是反映了“成像圆”的大概直径（未充分利用）。然而，这个数字能够符合大多数小型相机的规格。

        为什么不直接使用尽可能大的传感器呢？因为传感器越大就越贵，从性价比考虑，这并不总是划算的。

        另一个原因是，如果想获得相同的景深效果，传感器越大，需要的孔径就越小，然而对于给定的孔径，他们的衍射效果也就越弱（请参阅“景深”）。

        这是否意味着在同一传感器区域中分割出更多的像素是糟糕的做法呢？如果仅限于在计算机显示器上以100%的尺寸查看，确实会看到更多的噪声。而在实际的照片中，对于较高的百万级像素模型，其噪点分布的更为精细，即便在屏幕上看起来更加嘈杂（请参阅“图像噪声：频率和幅度”）。当使用更大的百万级像素模型时，任何噪声的增加都会被这种优势所抵消（除了少数个例）。