數 位 影 像 基 礎 概 念

說了這麼多,好像數位影像真的和傳統影像根本是兩碼子事。到底數位影像的特性是什麼?那些是一定要知道的基本資訊才能夠深入了解數位影像?在這個段落裡,我們將一一為您解稅。

要了解數位影像,不外乎從數位影像解析度著手。之前提到,數位相機紀錄影像的媒介為感光元件(CCD或是CMOS),而這些感光元件紀錄影像的單位就叫做”像素”。像素的細膩度,直接影響了影像本身的清晰度,也和數位影像檔案的大小有確切的關係。

 
 
數位影像解結構
什麼是畫素
數位影像大小和尺寸
 
-
數位影像紀錄大小和輸出關係
-
數位影像紀錄和檔案大小關係
數位儲存和檔案格式
JPEG格式壓縮與好處

 
數位影像結構
 

一般來說,數位影像本身在紀錄的時候,有高、寬、深三個層面。影像高度和寬度是決定影像大小的關鍵,而深度則是決定影像層次的重要一環。我們可以把這樣的概念當作一個積木方塊來想像。積木的長與寬,也就是積木的平面面積越大,能夠容納的色彩資料也就越多。如果每一個積木本身是一個顏色的色塊,平面上的積木越多(也就是平面面積越大),我們能夠組合成的圖形就越細膩。

鋸齒狀影像,像素不夠
正常影像,像素足夠

但是,就算積木平面再大,也只是二次元呈現,無法突顯影像的層次。這個時候,影像的深度就非常重要。我們希望所有影像看起來都是立體的,所以數位相機感光元件在紀錄影像的時候,會將影像本身的層次感利用影像檔案的深度來表現。影像的深度,直接的影響了影像本身的色彩層次感。簡單的說,有了影像的深度,我們才能夠清楚的知道影像中物品和人物在拍攝時候的先後順序和光影深淺,並且創造出立體呈現的感覺:

無層次影像,GIF格式
有層次RGB影像,JPEG格式

基本的數位影像檔案,必須擁有這三個基本層面,才能夠算的上是一張基本”可以看”的影像檔案。缺少了深度,影響整體就會顯現的不夠立體。



 
什麼是Pixel(畫素)
 

Pixel, 中文稱之為畫素(也有人將畫素與點統稱之為像素),就是從英文Picture Element取名而來。畫素本身是數位影像的紀錄單位,決定影像本身的細膩度。就像之前提到的積木比喻,許許多多的畫素像積木一樣組合起來,就是數位影像檔案。

畫素一般通用在於數位影像紀錄時候,並不適用於輸出時檔案的計算。因為感光元件本身的紀錄模式為紀錄拍攝當下的影像,將之以畫素為單位方式紀錄,之所以所有數位相機的紀錄單位都是以畫素為標準。我們常常聽到的三百萬或是四百萬畫素數位相機,就是相機本身一張影像紀錄的最大紀錄值。

除了畫素之外,您可能也常常聽到PPI這個名詞。到底什麼是ppi呢?ppi的原名為Pixel Per Inch,就是在一平方英吋裡面出現的畫素數量。這個概念與之前提到的影像高寬深度有密切的關係。想想看,若在一平方英吋裡面能夠紀錄越多的畫素,影像本身的細膩度當然越高。

說到這裡,您可能會問,既然已經有了畫素為單位,為什麼還要英吋呢?道理其實很簡單。畫素是數位相機感光元件紀錄時的單位,與實際上我們所常用的單位並不相同。在轉換輸出的時候(螢幕輸出或是列印輸出),仍然要有一個控制單位來進行計算,才能夠確認輸出時的影像解析度。一般的掃描器都是以PPI做為單位,而數位相機則是以總畫素這個較為簡單清楚的模式來做單位。

除了ppi,您可能也聽說過dpi這個專業用詞。事實上dpi與ppi在概念上非常相似。PPI是Pixel Per Inch,那dpi就是Dot Per Inch。DPI一般被引用在印表機等輸出設備上,原因是印表機的輸出模式為在紙張上”點”的列印,所以我們用dpi來做單位。市面上我們常常看到不同印表機有著不同的dpi,例如1200dpi或是2800dpi,就是表達此印表機能夠列印出的細膩度。

因為dpi和ppi的因素與關係,同樣一個數位相片檔案可能會因為輸出設備的不同,而在同樣輸出的尺寸出現不同的細膩度。比如說,一張從網路上下載4 x 6的72dpi影像,在300dpi的列印設備上就會顯得模糊。這個現象是因為檔案本身為72dpi的解析度,要把同樣的照片使用較高密度的300dpi列印設備輸出,等於要原來每平方英吋裡面的72個像素填滿到300個的位置,所輸出的相片自然就沒有那麼清晰。

ppi和dpi都屬於專業的名詞,我們在一般的情況下是不大需要知道他們之間的互動。但是,我們仍然在這裡提供dpi與ppi的換算方式給有興趣了解的朋友做參考:

對等公式:
 

(ppi) x (ppi) x 輸入實體高 x 寬 = (dpi) x (dpi) x 輸入實體高 x 寬


若要將一張3 x 5的照片經過掃描後輸出成為6 x 10的照片在300dpi的印表機上列印:

( (6 x 10) / (3 x 5) ) x (300)
= (2 x 2) x 300
= (2 x 300)
= 600

ppi = 600




 
檔案大小和影像尺寸
 

除了dpi和ppi的設定值會影響照片輸出列印的效果外,檔案的大小和影像尺寸也是直接影響影像檔案的重要因素。現在市面上販賣的數位相機多為300萬以上的畫素,但是因為使用者的需求與拍攝目的的不同,數位相機本身都可以讓使用者設定不同的影像紀錄尺寸和大小。有些使用者會為了儲存張數多寡的關係,將紀錄影像的大小調低。這樣固然可以節省記憶卡上的空間,但是若日後要輸出列印成為較大尺寸的照片,恐怕會有照片不清晰(也就是鋸齒狀)的情況出現。

-

數位影像紀錄大小和輸出關係

 

正如我們一直強調的,在數位的概念裡,影像的大小是非常重要的。紀錄時太小的檔案,若日後有需要沖印放大,輸出的影像的品質將無法達到可以被接受的標準。到底相機像素和可以輸出的尺寸有什麼樣的互動關係,在這裡,我們用另外一個公式為大家說明:

總畫素

解析度

輸出尺寸
(最佳品質)

使用設備

31萬

640 x 480

2.1 x 1.6

手機 / 網路視訊設備

123萬

1280 x 960

4.3 x 3.2

部分手機

216萬

1800 x 1200

6.0 x 4.0

入門數位相機

315萬

2048 x 1546

6.8 x 5.1

 

432萬

2400 x 1800

10.0 x 7.5

一般數位相機

613萬

3040 x 2016

12.7 x 8.4

DSLR專業數位單眼相機

根據上面的表格顯示,一台613萬總像素的數位相機,最高可以拍攝的影像檔案尺寸為3040 x 2016解析度。若直接換算,在最佳品質下可以輸出12 x 8的照片,而在肉眼可以接受的情況下可以輸出到12 x 18。但若使用者在拍攝的時候將解析度降到1800 x 1200,則在最佳狀況只能輸出 4 x 6的尺寸,而肉眼可以接受的放大尺寸大概是6 x 8。


-

數位影像紀錄和檔案大小關係

 

紀錄檔案時候使用高解析度固然是為未來放大輸出考量,但是檔案的大小也隨著解析度的提高而增加。一般來說,解析度越高的數位影像,因為紀錄的像素多,檔案中所儲存的資訊也相對提高,造成檔案也越大。一般128MB的記憶卡,若是以600萬像素的數位相機拍攝(”Fine”影像紀錄設定值),大概能夠儲存到35張左右的影像,也就是大約一張影像3.6MB左右的大小。以此類推,若是使用300萬像素拍攝,大概能夠拍攝的就是70張左右。

當然,這個數據並不是一定的。一般較為高階的數位相機都可以讓使用者自行設定影像的品質,通常是以”Fine”、”Normal”、”Basic”等等來代替設定值得名稱。這些設定也因為影像紀錄的細膩度不同而造成檔案大小的區別。實際的情況要根據每一台數位相機的不同來認定。畢竟,以現在的情況來說,在所有廠牌中沒有一定共同的標準。

除此之外,影像顏色的多寡也會影響影像紀錄的檔案大小。一張黑白的影像,檔案就會比彩色的影像來的小。這個原理跟之前提到的影像深度有關。黑白的影像因為沒有顏色,整體影像深度比起多種彩色的影像來得少,整體的檔案大小就沒有彩色的那麼大:

黑白影像,JPEG格式,56.5k
彩色影像,JPEG,72.8k

一般的數位拍攝的情況下,我們不需要徹底了解數位影像檔案大小的型成;但是就後期影像校正和影像分享來說,在拍攝時候先預定拍攝的目的和分享的途徑,可以讓使用者提前準備未來的工作,省略些許的麻煩。但是不論如何,我們需要記得的是,紀錄影像時候使用的像素越高,檔案就越大,可以紀錄在同一張記憶卡的影像就越少。若必須要以最大的解析度來拍攝,建議最好準備另外的記憶卡,以防止拍到一半時突然發現記憶卡沒有空間而被迫坎掉檔案的機會。



 
影像儲存和檔案格式
 

既然是數位影像,影像的檔案必然是電腦可以讀取的格式。但是,就像其他所有的電腦檔案一樣,數位影像的格式繁多,而且每個格式的使用目的都不相同。我們先來看看目前數位影像所使用的格式和比較:

檔案
格式

支援色彩

壓縮

網頁

備註

RAW

RGB / 256色 / CMYK

 

 

最大原始紀錄檔案

TIFF

RGB / 256色 / CMYK

 

 

多為印刷輸出使用

EPS

RGB / 256色 / CMYK

 

適合印刷輸出使用

JPEG

RGB / CMYK

最常見格式

GIF

256色

適合網頁,8 bit索引色

BMP

RGB / 256色

 

 

PC常見格式,適合視窗作業

PICT

RGB / 256色

 

Mac專用格式

PSD

RGB / 256色 / CMYK

 

 

支援圖層,Adobe Photoshop格式

PNG

RGB / 256色

較新的格式

當然,除了上述的這些格式之外,也有許多較為少用到的格式,我們在這裡就不多提。每種格式都有不同的特性,甚至不同的壓縮模式,直接影響檔案的大小和最佳瀏覽的媒介。

一般數位影像壓縮和儲存最常使用的格式大多為JPEG。使用這種格式是因為JPEG支援壓縮,可以把一張原來10MB的檔案壓縮成為2MB,同時保有影像的細膩度。一般數位相機機種都可以以這種格式紀錄,並且在紀錄影像的時候直接壓縮成為JPEG檔案格式。專業單眼數位相機則多提供了RAW或是TIFF的紀錄格式,方便專業人士多用途的使用。


 
JPEG格式壓縮與好處
 

之前提到,JPEG是大多數數位影像使用者最常用的檔案格式,原因在於檔案可以壓縮,方便節省硬碟或是記憶卡空間。雖然JPEG的影像可以壓縮成為不同的品質,但是檔案的大小也會根據壓縮而變動。以下為同一張照片JPEG檔案格式不同壓縮的結果:

JPEG檔案格式,壓縮12
(最高品質),223kb
JPEG檔案格式,壓縮1
(最低品質),40kb

由以上的兩張照片,我們可以清楚的看出右邊那一張鴨子的身體稍微的不清楚,也有鉅齒狀出現。這是因為右邊的照片是選擇JPEG壓縮1的格式。您現在看到的是在網頁上的呈現,若是將這兩張照片列印輸出,您將會看到更大的差異。

無論是網路上傳輸的速度,或是電腦上讀取考量,壓縮到品質越低的JPEG影像檔案將越小。但是,不可避免的,得到了檔案小的好處,同時也失去了檔案的品質。但是如何取決,則要看當下影像檔案的用途。



 

  © 新中美股份有限公司版權所有。 Copyright © 2002-2004 All Rights Reserved.