顯示屏清晰度
對於計算機上顯示的文字和圖片,正常來說顯示器分辨率越高清晰度就會更高,不過有時我們切換一些超高分辨率後也識別不出差異,這是爲什麼?
簡單來說顯示清晰度由物理因素和視力因素。物理因素就是設備顯示分辨率,視力的差異會影響到你的視覺體驗。
顯示分辨率越高越好?
由於人眼分辨能力存在一定的極限,所以合適的分辨率和觀看距離纔是最好的。(後文會講到)
先了解一些基本概念。
- 屏幕尺寸:指的是屏幕對角線的長度,單位英寸。
- 屏幕分辨率:是指寬度上和高度上最多能顯示的物理像素點個數。
- 設備像素(又叫物理像素):指設備能控制顯示的最小物理單位,指顯示器上一個個的點,單位 pt,物理像素設備出廠後就固定不變了。
- DIP(Device Independent Pixels):設備獨立像素也叫邏輯像素,它在應用程序中使用,然後底層圖形系統將它轉換爲適用於特定設備的物理像素。
- 點距:像素與像素之間的距離,點距和屏幕尺寸決定了分辨率大小。
- PPI(Pixels Per Inch):屏幕像素密度,每英寸(1英寸=2.54釐米)像素點個數。
- DPI(Dots per inch):每英寸像素點,印刷行業術語,對於電腦屏幕而言和PPI是一個意思。
1080p,2k,4k 代表什麼
屏幕分辨率是使用每行像素數列乘每列像素數列表示,如:1024×768。1080p,2k,4k簡單理解就是:
720p,1080p 表示縱向有多少行像素。
2k,4k,8k 表示橫向有多少列像素。
決定顯示清晰度的物理因素,更準確地說是像素密度。比如在相同尺寸的屏幕下,分辨率越高說明像素密度越大,顯示的清晰度也就越高。
像素密度如何計算,使用對角線像素數量除以屏幕尺寸,ww, hh (像素)。ll 屏幕尺寸(單位英寸)。
人眼分辨像素的極限是多少?
因爲在顯示器上的文字圖片是由一堆像素排列組成,所以只要讓我們的眼睛不能明顯分辨出像素間隙時,呈現的文字和圖片就是絲滑的。
當滿足什麼條件時,才能察覺不出像素間隙?
在2010年發佈iPhone4的時候,喬布斯說過,當你拿着手機距離10-12英寸時326的像素密度是我們肉眼能分辨像素的極限。
也就是滿足像素密度爲326ppi觀屏距離10-12英寸時,人眼察覺不出像素間隙。
我們來分析一下人眼分辨力的極限到底是多少?
首先了解眼睛視覺成像原理,實物的反射光通過瞳孔會投射到視網膜,然後視網膜將成像信息傳遞給腦神經,然後我們的腦海就會形成相應的圖像。
根據光學幾何原理,當光線透過瞳孔時,會由於波動特性會發生衍射,無法將光線聚成無限小的焦點上,而只會形成一定能量分佈的光斑。
其中以第一暗環爲界限的中央亮斑稱爲艾裏斑(airy disk)。
所以每一個發光的物點,經過瞳孔後都會在視網膜形成一個艾裏斑。對於非常接近的兩個點,成像後艾裏斑會過於接近,以至於無法分辨。
如何分辨兩個點?
我們常以瑞利判據作爲標準:兩個等光強的光源下,兩個點的實際距離(稱爲空間分辨度)等於艾裏斑的半徑,即一個艾裏斑中心與另一個艾裏斑邊緣正好重合時,它們剛好能分辨,這時的角度稱爲最小分辨角。
艾裏斑半徑的估算公式,θθ角分辨度, λλ爲波長,dd爲通光孔的直徑(眼睛就是瞳孔或叫虹膜)。
sinθ≈1.22
d
λ
下面我們估算一下眼睛的極限角分辨度。
正常視力的人眼對波長約爲555nm的電磁波最爲敏感,它屬於這種電磁波處於光學頻譜的綠光區域。
一般人的虹膜直徑約爲 5 mm,根據瑞利判據(Rayleigh criterion),人眼的極限角分辨度爲:
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><semantics><annotation encoding="application/x-tex">\theta \approx sin\theta = 1.220\frac{\lambda}{d} = 1.220\frac{555\times 10^{-9}}{5\times 10^{-3}} = 0.000135(rad)</annotation></semantics></math>θ≈sinθ=1.220dλ=1.2205×10−3555×10−9=0.000135(rad)
弧度(rad): 把圓周的1/360所對的圓心角稱爲1度角,記作1°,1度=60分(1°=60′),1分等於60秒(1′=60″)。以度爲單位的測量角度的單位制稱爲角度制。
不過根據研究,大部分人的眼睛,角分辨度的極限是 0.0005 rad。在非常理想的條件下,纔可能達 0.0002 rad。
那麼人眼要分辨屏幕上的像素點需要滿足什麼條件?
顯示屏尺寸<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><semantics><annotation encoding="application/x-tex">l</annotation></semantics></math>l英寸,屏幕分辨率<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><semantics><annotation encoding="application/x-tex">w</annotation></semantics></math>w , <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><semantics><annotation encoding="application/x-tex">h</annotation></semantics></math>h (像素);則人眼達到極限分辨度時、需要眼睛與屏幕的距離<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><semantics><annotation encoding="application/x-tex">d</annotation></semantics></math>d滿足關係:
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><semantics><annotation encoding="application/x-tex">d\cdot sin\theta \geq \frac{l\cdot2.54}{\sqrt{w{2}+h{2}}}</annotation></semantics></math>d⋅sinθ≥w2+h2l⋅2.54
我們根據上面的公式估算一下iphone4的人眼分辨距離。
機型 | 分辨率 | 像素密度(PPI) | 正常視力 | 極限視力 | 終極視力 |
---|---|---|---|---|---|
iphone4 | 960x640 | 329.65 | 15.41cm | 38.53cm | 57.00cm |
iphone13 | 2532x1170 | 457.25 | 11.10cm | 27.77cm | 41.14cm |
回顧當年喬布斯說的視力分辨極限,手機距離爲10-12英寸,換算後25.40cm-30.48cm。
由此可以得出結論,他所提到的極限的確覆蓋了我們大部分的人。