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前端-分辨率越高清晰度越高

显示屏清晰度

对于计算机上显示的文字和图片,正常来说显示器分辨率越高清晰度就会更高,不过有时我们切换一些超高分辨率后也识别不出差异,这是为什么?

简单来说显示清晰度由物理因素视力因素。物理因素就是设备显示分辨率,视力的差异会影响到你的视觉体验。

显示分辨率越高越好?

由于人眼分辨能力存在一定的极限,所以合适的分辨率和观看距离才是最好的。(后文会讲到)

先了解一些基本概念。

  • 屏幕尺寸:指的是屏幕对角线的长度,单位英寸。
  • 屏幕分辨率:是指宽度上和高度上最多能显示的物理像素点个数。
  • 设备像素(又叫物理像素):指设备能控制显示的最小物理单位,指显示器上一个个的点,单位 pt,物理像素设备出厂后就固定不变了。
  • DIP(Device Independent Pixels):设备独立像素也叫逻辑像素,它在应用程序中使用,然后底层图形系统将它转换为适用于特定设备的物理像素。
  • 点距:像素与像素之间的距离,点距和屏幕尺寸决定了分辨率大小。
  • PPI(Pixels Per Inch):屏幕像素密度,每英寸(1英寸=2.54厘米)像素点个数。
  • DPI(Dots per inch):每英寸像素点,印刷行业术语,对于电脑屏幕而言和PPI是一个意思。

1080p,2k,4k 代表什么

屏幕分辨率是使用每行像素数列乘每列像素数列表示,如:1024×768。1080p,2k,4k简单理解就是:

720p,1080p 表示纵向有多少行像素。

2k,4k,8k 表示横向有多少列像素。

8ka

决定显示清晰度的物理因素,更准确地说是像素密度。比如在相同尺寸的屏幕下,分辨率越高说明像素密度越大,显示的清晰度也就越高。

像素密度如何计算,使用对角线像素数量除以屏幕尺寸,$w$ , $h$ (像素)。$l$ 屏幕尺寸(单位英寸)。

ppi

screen_size

下图展示了不同分辨率下图片的清晰度。

Resolution_illustration

人眼分辨像素的极限是多少?

因为在显示器上的文字图片是由一堆像素排列组成,所以只要让我们的眼睛不能明显分辨出像素间隙时,呈现的文字和图片就是丝滑的。

Retina_Display

当满足什么条件时,才能察觉不出像素间隙?

在2010年发布iPhone4的时候,乔布斯说过,当你拿着手机距离10-12英寸326的像素密度是我们肉眼能分辨像素的极限。

也就是满足像素密度为326ppi观屏距离10-12英寸时,人眼察觉不出像素间隙。

image-20211027103738084

image-20211027104010015

我们来分析一下人眼分辨力的极限到底是多少?

首先了解眼睛视觉成像原理,实物的反射光通过瞳孔会投射到视网膜,然后视网膜将成像信息传递给脑神经,然后我们的脑海就会形成相应的图像。

image-20211026162649563

根据光学几何原理,当光线透过瞳孔时,会由于波动特性会发生衍射,无法将光线聚成无限小的焦点上,而只会形成一定能量分布的光斑。

opf

其中以第一暗环为界限的中央亮斑称为艾里斑(airy disk)。

IMG_2815

所以每一个发光的物点,经过瞳孔后都会在视网膜形成一个艾里斑。对于非常接近的两个点,成像后艾里斑会过于接近,以至于无法分辨。

如何分辨两个点?

我们常以瑞利判据作为标准:两个等光强的光源下,两个点的实际距离(称为空间分辨度)等于艾里斑的半径,即一个艾里斑中心与另一个艾里斑边缘正好重合时,它们刚好能分辨,这时的角度称为最小分辨角

艾里斑半径的估算公式,$θ$ 角分辨度,$λ$ 为波长,$d$ 为通光孔的直径(眼睛就是瞳孔或叫虹膜)。

sino

当 $θ$ 很小时满足 sin θθ ,$θ=r/s$,所以两个点的实际距离($s$ ) 等于:

romin

image-20211027134727161

下面我们估算一下眼睛的极限角分辨度

正常视力的人眼对波长约为555nm的电磁波最为敏感,它属于这种电磁波处于光学频谱的绿光区域。

dcbo

一般人的虹膜直径约为 5 mm,根据瑞利判据(Rayleigh criterion),人眼的极限角分辨度为:

equation

弧度(rad): 把圆周的1/360所对的圆心角称为1度角,记作1°,1度=60分(1°=60′),1分等于60秒(1′=60″)。以度为单位的测量角度的单位制称为角度制。

不过根据研究,大部分人的眼睛,角分辨度的极限是 0.0005 rad。在非常理想的条件下,才可能达 0.0002 rad。

那么人眼要分辨屏幕上的像素点需要满足什么条件?

显示屏尺寸 $l$ 英寸,屏幕分辨率$w$ , $h$ (像素);则人眼达到极限分辨度时、需要眼睛与屏幕的距离 [公式] 满足关系:

sl

我们根据上面的公式估算一下iphone4的人眼分辨距离。

机型分辨率像素密度(PPI)正常视力极限视力终极视力
iphone4960x640329.6515.41cm38.53cm57.00cm
iphone132532x1170457.2511.10cm27.77cm41.14cm

回顾当年乔布斯说的视力分辨极限,手机距离为10-12英寸,换算后25.40cm-30.48cm,

由此可以得出结论,他所提到的极限的确覆盖了我们大部分的人。

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