2014年9月1日 星期一

數位相機的解析度迷思


數位相機界這20年來發起的解析度大戰似乎還沒有結束的跡象,從1990年代中期的100萬像素到當前最新的3600萬像素,平均以每年1.2倍的像素增長率前進,像素的增長似乎一直是業界推動消費者更換新機的主要推動力之一,但是顯有人反省到底多少像素的相機才能符合我們一般的需要,像素的增加真的能提供更好的成像嗎?一般消費者需要那一些列印出相片但是看不出差異的改進嗎?專業攝影師真的需要像Nikon D810這樣的3600萬像素的解析度嗎?

人類眼球觀看目標物示意圖

要探討人眼對於相片解析度的分辨能力得先由人眼的視力討論起,當今慣用之視力檢測度量標準為當能看清楚位於20尺外之大小為5分角之字母時,此時的視力定義為1.0,若只能在10尺距離看清楚者其視力為0.5,之後依此類推,5分角的字母是多大呢?約是0.887公分高(以圓周360度每一度又可分成60分的方式計算位於20尺的5分角弧長即約等於字母的高度),若以最簡單的字母E來分辨的話,也就是約在1公分的高度內要能分辨5條的黑白線那視力就達1.0的標準,反過來說擁有標準視力的人約僅能分辨20尺外寬度為0.2公分的線條,以此為標準可再換算人眼的解析力約為:76DPI在距離1公尺時,150DPI在距離50公分時,250DPI在距離30公分時(DPI表示在1英吋即2.54公分內的寬度可分辨的線條數目),以上3種距離約可代表觀看展示之畫作(1公尺)或是觀看電腦螢幕(50公分)以及寬看書報雜誌(30公分)的距離。以上面的人眼視力解析能力為基礎,就可以再推算出位於展示間的大型相片或是觀看電腦螢幕或是觀看書報雜誌以及觀賞一般相片時,多少的解析度是合於人類眼力的基本需求:
 
8x8 64像素的擴展解析度其時只有4x4 16像素的真實解析度
 
(1)以大型的展示相片40吋x 30吋為例,如距離1公尺的地方觀看這一幅寬度40吋的大型相片,人眼約能看清3040條的縱向線條(前面提到的76DPI x 40得3040),故此項相片需要有3040 x 2280的真實解析度(前篇討論到的影像感測器之真實解析度),再換算成現今數位相機慣用的擴展解析度則是6080 x 4560,也就是約為2700萬像素。

(2)再以16K大小20公分 x 30公分的全頁雜誌為例,如以30公分的一般觀看距離計算,人眼約能看清2952條的橫向線條(前面提到的250DPI x 30 / 2.54得2952),故刊載在雜誌全頁的圖像原稿需要有1966 x 2952的真實解析度,再換算成現今數位相機慣用的擴展解析度則是3992 x 5904,也就是約為2400萬像素。

(3)續以24吋對角的電腦螢幕(53公分 x 30公分)為例,如以50公分的一般觀看距離計算,人眼約能看清3130條的縱向線條(前面提到的150DPI x 53 / 2.54得3130),故顯示在此螢幕上的全螢幕相片稿需要有3130 x 1760的真實解析度,再換算成現今數位相機慣用的擴展解析度則是6260 x 3520,也就是約為2200萬像素(假設電腦螢幕能做到上面提到的真實解析度)。

(4)最後以8吋 x 6吋對角的相片(20.3公分 x 15.2公分)為例,如以30公分的一般觀看距離計算,人眼約能看清1998條的縱向線條(前面提到的250DPI x 20.3 / 2.54得1998),故顯示在此相片上的圖像需要有1998 x 1498的真實解析度,再換算成現今數位相機慣用的擴展解析度則是3996 x 2996,也就是約為1200萬像素。

由以上4種代表性的觀看為例,我們可以很理性且清楚的瞭解在不同的條件下我們需要的數位相機解析力會有著不同的差異,專業攝影師需要2400萬像素以上的相機是合理的,而一般在觀看沖印出的相片其1200萬像素就足以,而對於現今的電腦螢幕僅有HD的解析度則是830萬像素就足夠了(1920 x 1080 x4),這樣的話那一般人為何需要Nikon的D810啊,D810能提供3600萬得像素,已遠超過了專業攝影師的需求了。

所以數位相機業界應該要瞭解到一味的將消費型數位相機之像素數目向上提升其時對於使用者來說意義並不大,一般人需要的就莫約是1200萬像素了,一直提升影像感測器的像素不如改善其動態範圍來得實際一些,因為像素的提升在使用者的使用感受上會不如動態範圍的改善來得顯著,現今消費相機影像感測器的動態範圍約僅有11位元左右,尚不及彩色負片的動態範圍(14位元),如動態範圍能繼續提升並輔以影像處理技術的改進,讓一般消費者在使用數位相機時能感受到拍照出來的畫面和實際觀看到的影像越是接近,這不就是一般使用者最需要的嗎?目前數位相機影像感測器的解析度技術已逼近了人類眼睛視力的極限,但是影像感測器的動態範圍拓展技術確離人類眼睛對光線強弱的感受能力還有一大段的差距(據某些研究表示人眼的動態範圍約為24 F-Stop,也就是24位元),難到這麼大的差距不是我們科學與技術應當著重的地方嗎?撇開解析度的提升吧!應該全力的朝向動態範圍的提升邁進。(在此也敦請消費者在購買數位相機時注意其影像感測器的動態範圍測試規格,以正確的需求回應廠商的技術改進)

PS.業界對於數位相機影像感測器的規格測試比較專業的網站為DxOMark,但並不是每一款上市的數位相機他們都會進行測試。