图像质量与图像分辨率的关系

图像质量与图像分辨率的关系

在摄影和图像处理领域，分辨率和图像质量是两个经常被提及但又容易混淆的概念。本文将深入探讨这两个概念之间的关系，帮助读者更好地理解如何获得高质量的图像。

图像质量与图像分辨率的关系

在谈论图像质量时，我们都会提到分辨率。分辨率当然是指以像素（图像元素）为单位测量的图像的大小。当你将图像分辨率的宽度和高度相乘时，它将给出图像的总像素数。而质量是指图像中存储在像素中的细节内容，如颜色、阴影、对比度等。

有些说法是，更高的分辨率可以提高图像的质量。意思就是说，如果你有一张低分辨率的图片，增加它的分辨率也会提高质量。这样真的能提高图像的质量吗？

这是实际分辨率为1280x960像素的原始图像

这里有一张分辨率为1280x960像素的照片。原始图像与放大到646%的图像一起显示。原始分辨率图像显示在左边，放大的在右边

图像放大时，仍然可以看到场景的细节。虽然随着图像的放大，图像变得越来越像素化和模糊，但质量看起来还不错，即便不是很好。

如果我们提高图像的分辨率，图像细节的质量会更好吗？

现在，原始图像将被放大到3800 x 2850像素的分辨率。我们使用了一个300ppi 的两次立方插值算法。再一次将图像放大646% 显示。

我们看到，通过增加分辨率，图像质量本身没有什么明显改善。虽然在无缩放时最大分辨率下看起来还不错，但是当你开始放大图像的时候，图像的质量实际上会受到影响。它看起来更模糊。颜色看起来也更加淡了，场景看起来不那么协调。事实上，低分辨率拍摄到的图像在缩放到高分辨率时不会提高质量。

那么，图像分辨率不能决定图像质量吗？

图像的分辨率和质量取决于一些因素。为了更好地理解这一点，我们要先了解，电子传感器（单反和无反相机）捕捉到的数字图像使用了所谓的光栅格式。光栅格式使用像素（数字成像）或点（打印数字图像时）创建图像。光栅文件被创建并存储在可以被照片编辑软件修改的存储介质上。之后我们可以压缩光栅文件（RAW格式）以减小文件大小（JPEG格式），但需要在画面细节上进行折衷。

一旦图像通过光栅格式获得，它就将所有细节存储在图像的像素里。因此，你事实上是不能通过提到更高的分辨率来提高图像的质量。相反，通过软件插值来提供分辨率，其实是复制相邻或最近的像素，你实际上添加的是已经存储在原始图像像素中的已有信息。例如，如果在原始图像中捕获的某个像素的 RGB 值为“39,48,43” ，那么当图像被放大时，它仍然是相同的值。没有任何新的信息可以添加（如今通过AI人工智能技术可以动态添加一些信息，但技术还不成熟和高效，暂不在本文讨论范围）。

这就是为什么专业摄影师和老司机们更喜欢使用高分辨率图像的原因，因为他们有更多的像素来存储更多的信息。更多的信息意味着更多的细节，因此比低分辨率的图像质量要好得多。如果这是商业化摄影，拥有最高质量的图像是很重要的。如果一个摄影师用800万像素而不是3200万像素拍摄这张照片，那么这张照片在印刷时就不那么好看了，但是在网络上可能不会有什么不同。这是因为大多数网页内容，像图片一样，没有以100%的大小显示，所以不会有明显的差别。当打印时，质量是非常明显的。这就是为什么出版商在影像分辨率和质量方面会给摄影师一定的标准。

图像质量的衡量

分辨率由像素与图像大小的比例决定。这是以 PPI (每英寸像素)来衡量的。高分辨率的图像通常每平方英寸有更多的像素。对角线像素的数量与穿过图像的对角线的长度成比例。PPI 越高，图像分辨率越高，这也意味着图像质量越高。

点间距(Dot Pitch)是用来测定图像清晰度的一种方法。这是使用毫米为单位，数值越小意味着越清晰的图像。当你有更近的像素点间距，图像看起来更清晰。点间距是从一个像素的中心到下一个像素的距离。一般情况下，点间距更小的图像质量看上去更好。例如，1024 x 768分辨率的点距为0.297。3840 x 2400分辨率的点距为0.125。后者将比前者更清晰，因此有更好的图像质量。（这里我们可以参考手机屏幕的像素密度，类似的概念）

压缩是衡量质量的另一个因素。原始光栅格式的图像称为 RAW 文件。Raw 文件包含最高质量的图像，所以一些摄影师只使用所谓的无损格式来保持图像质量。这方面的一个例子是 TIFF 文件格式，它也占用了磁盘上最大的存储空间。Jpeg 格式，基于 DCT (离散余弦变换)算法，允许进一步压缩图像(有损数据压缩) ，以减少文件大小。然而，通过压缩图像，其质量会损失。图像压缩的次数越多，保存的质量就越差。在互联网的早期，JPEG 在网页内容上变得流行起来。由于文件尺寸较小，它允许网站在带宽有限的情况下加载内容更快些。

更多的压缩会减少文件大小，但是会得到质量较低的图像

决定质量的是设备

这可能是大多数人都知道的。与普通的智能手机相机相比，佳能5d Mark IV 相机在默认情况下肯定能够捕捉到更好的图像。相机的镜头，传感器大小，图像分辨率，固件功能，IS系统和图像信号处理器等规格特性决定了质量。传感器的大小很重要，摄影圈内有句“底大一级压死人”就是说的它，因为它负责收集光线来创建图像。由于智能手机的传感器尺寸更小，相比同等像素数码单反相机的质量就没那么好了。

必须要有好的光线

在影像质量方面，光线可能经常被忽略，但它和相机一样重要。你需要光线来创建图像。伟大摄影师所拍摄的质量最好的照片有一个共同点，那就是良好的光线。不管相机有多高端，如果光线不好，你不会得到高质量的图像。光线不好的图像编辑起来也很痛苦，因为某些细节无法从阴影和颗粒状区域恢复。缺乏光线也会产生模糊的图像，不够清晰。在光线不好的情况下，颜色也会受到影响，从而降低图像的整体质量。故意在光线不好的情况下拍摄一张照片可能会被解释为艺术，但这更多的是出于创造性的目的，而不是最佳实践。

显示设备也很重要

有一台好的显示器，对于还原图像原貌，查看最高品质的图像也是很重要的。标准 VGA 显示器与4 k 显示器相比就是天壤之别。当你试图在 VGA 显示器上查看你的32mp 图像时，你不会得到很好的质量。这也表明，即使是高分辨率的图像，如果你的显示效果很差，也可能会看到很差的质量。当然，一个100万像素的图像在4 k 显示器上也不会变好。这就是为什么在后期制作工作室里，编辑们要求使用最好的显示屏和5 k 以上的分辨率。

总结

刚开始时可能会令人有点困惑，现在让我们分析一下到目前为止讨论的内容。

图像分辨率和图像质量直接由图像被捕捉的一刻决定(不考虑后期)。例如，如果你用高分辨率的设备拍摄，你就会得到高质量的图像。

在编辑图像时，图像分辨率和图像质量并不相关。例如，当你将一个低分辨率的图像的分辨率提高，你不会提高它的质量。

用于显示图像的媒介类型非常重要。在高分辨率显示器(如电脑显示器、电视、电影屏幕)上观看效果最佳。在印刷品上发表的图片要看起来高质量，就需要用高分辨率输出。在高分辨率显示器上显示的低分辨率图像看起来也不会好多少。低分辨率的图片在网页上看起来不错，但在印刷品上就不行了。

压缩图像文件会导致图像质量下降。

光线好，质量高，光线差，质量低。

随着技术的进步，现在有新的算法正在研发，可以放大图像，同时添加“新的”细节，以改善图像质量。利用机器学习的人工智能方法，研究人员正在测试使用深度卷积神经网络技术的成像算法。这可能很快就会成为常态，在这种情况下，提高图像分辨率确实可以改善图像质量。对于传统成像(不涉及人工智能) ，图像质量仍然在很大程度上取决于捕捉的时刻，其质量将取决于相机的规格(如图像分辨率、传感器大小等)。