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2011年7月15日 星期五

螢幕最佳解析度與觀看距離

目前大多數的攝影從業人員使用的螢幕都是24"的螢幕,以EIZO FlexScan SX2462W-FS來說,其解析度為1920 × 1200(沒錯,是16:10的螢幕),換算下來PPI為94(點距為0.27 mm),但使用距離則要拉大為36.44"(92.6 cm)才能達到所謂的視網膜體驗(Retina Display),大多數的人應該都不會離這麼遠去看螢幕。

而預算夠的會買更大的螢幕,以EIZO FlexScan SX2762W來說,解析度已經提昇為2560 × 1440(但是16:9,對於部份軟體工具列在上下的,工作範圍可能就不太理想,這是缺點),換算下來PPI為108.8(點距也就很好算了,2.54 / 108.8 = 0.233 mm),所以細膩度其實比24"螢幕還高,而且使用距離也縮短為31.6"(80 cm)就能夠達到Retina Display的程度,因此選擇27"螢幕並不僅是預算考量或是尺寸考量,也是讓你在使用螢幕的時候能夠在正常狀態下獲得Retina Display的一個重要考量。我想使用一個27"螢幕,距離80 cm,應該是相當合理的工作距離,而不會像24"比較小,卻反而要距離92 cm比較遠。對於真正的專業人士,我相當推薦SX2762W這個螢幕,不過這並不是本篇重點。

大家都知道Word或很多軟體的預設字型大小為12號,其實正確表示法為12 pt,也就是12 points的縮寫,而一個point在印刷上就是1/72"(隴統地說),所以一個12 pt的字其實就是1/6",而如果是72 pt的字,就是一個字就一英吋大,這應該很好理解吧?

好,當我們知道了12 pt是大多數情況下的預設字型之後,有什麼用處呢?當然有,我們就能夠去設定出最理想的電腦工作環境,最佳狀態就是1:1原比例。目前最常用的是A4尺寸,也就是297 mm × 210 mm(11.69" × 8.27"),其對角線為14.32",所以如果你只是要單張A4的1:1顯示,可能選擇一個可以轉為直立的17"寬螢幕就夠了(可視範圍:338 mm × 270 mm),但是如果要兩張並列,那就至少要297 mm × 420 mm,而22"的16:10寬螢幕可視範圍(473.76 mm x 296.1 mm)還差那麼一點,因此就至少要23"以上的16:10寬螢幕或24"以上的16:9寬螢幕了(531.3 mm x 298.9 mm),但前者很難找,後者的298.9其實也只比297多1.9 mm,所以還是不夠理想,所以最理想的會是24"的16:10寬螢幕(547 mm x 352 mm),等於寬度多了127 mm,高度多了55 mm。再以剛剛提過的SX2762W,可視範圍為596.74 mm × 335.66 mm,甚至比24"的16:10還要短了16.34 mm,因此若以文書處理的角度來看,SX2462W-FS可能是比較理想的螢幕。

如果你在Word中以100%的顯示比例來看一頁A4的文件,則其長寬會是1123 × 794,也就是實際上的每mm有3.78點,或是每英吋有96點。我想看到這裡,比較有經驗的人就會驚嘆一聲:原來如此!難怪有很多圖檔的解析度是1123 × 794。而上面這段文字的描述重點其實在於96這個數字,沒錯,Windows系統的內建解析度是96dpi!



有關電腦的解析度從麥金塔的72 dpi進展到Windows的96 dpi,可以參考這篇文章,不過重點是,因為人類看電腦的距離比看書還要多大約1/3,所以解析度也要高大約1/3,這樣看到的字型才會是一樣大的,例如你在三吋遠的地方看書上一個一吋大的字,長、寬是由72個點所組成的,因為電腦螢幕距離比較遠,所以在四吋遠的地方看要讓那個字看書上一樣大,就必需要由長寬各96個點來組成一個更大的字。這樣看起來的好處是顯示比較細緻,但實際上螢幕上的尺寸如果真的拿尺來量就會變得比實際尺寸還小。

所以一張A4檔案1123 × 794在0.233 mm點距的SX2762W螢幕上看起來,大小其實會是261.66 mm × 185 mm,比實際的297 mm × 210 mm小,大約是88%左右,而非真正的100%。如果在點距0.27 mm的SX2462W-FS上看,則大小會是303mm × 214.38,反而比原來大了,大約是102%左右。所以再次印證了SX2462W-FS比較適合用來進行文書處理,但要拿遠一點來用....

回到解析度和觀看距離的關係,以下是我利用計算器計算出來的最佳觀賞距離,都以Full HD的1920 × 1080為主,這也是目前的主流:
20":31" or 79 cm
22":34" or 87 cm
24":37" or 95 cm
27":42" or 107cm
30":47" or 119 cm
32":50" or 127 cm
37":58" or 147 cm
42":66" or 166 cm
50":78" or 198 cm

有沒有發現什麼規律?對於Full HD解析度的電視,最佳觀賞距離大約剛好是螢幕英吋尺寸四倍的公分數,例如50"的螢幕,就是200 cm左右。在這個距離下螢幕才能完全發揮解析度,太近螢幕的解析度就會不夠,太遠則螢幕的解析度又會太多餘。但這是對電腦螢幕來講,如果是電視螢幕還有另一種算法:最佳觀賞距離 = 螢幕高度 / 垂直解析度 × 3400。例如SX2462W-FS螢幕高度為352 mm,垂直解析度為1080,則最佳觀賞距離 = 324 / 1080 × 3400 = 1020 mm,比上面算的還遠了一點,但稍遠雖然會讓螢幕解析度太多餘,但就不會造成眼睛聚焦在太近的地方,這也是不錯的。

2011年7月14日 星期四

人類視力和解析度的關係


上圖為標準的Snellen chart,相信大家一定都用過類似的視力量表,而台灣常見的有兩種,分別是開口在不同方向的C(Landolt C)或是E(Illiterate E):


第一個圖中的右側有20/20或20/200這種表示,其實就是一般所講的視力,20/20是1.0,20/200是0.1,很簡單吧?其中分子的20就是視力量測距離,受測者和這張視力量表距離為20英呎(大約六公尺,所以也有以6/6表示的),而分母的20則是字母的大小,正確的定義是人類標準可以在20英呎外辨識大約一弧分(Arc minute,1度等於60弧分)的物體,或是分辨間隔1.75mm的線。也就是說,20/20是人類標準視力,那麼20/200的200是什麼意思呢?200只的就是如果你的視力是20/200(0.1),那麼你在20英呎外可以看得清楚的東西,擁有標準視力(20/20或1.0)的人可以在200英呎外看得清楚。或是換個角度來看,視力0.1的人只能看清楚視力1.0的人在相同距離可以看清楚的物體十倍大的物體。


當然,所有人的視力不會都一樣,因此1.0或20/20只是一個平均「標準」,而目前大多數的人視力應該都在1.0-1.2之間。沒錯,不要懷疑,因為大多數的人都戴眼鏡,而視力校正的目標就是1.0-1.2。

附帶一提的是,視力和眼鏡度數的換算其實有點複雜,所謂的眼鏡度數,指的是眼鏡的焦距,如果焦距為10 cm,則以10 D屈光度表示,也就是所謂的1000度。一般裸視0.8以下才需要校正,換算的近視度數約50-75度(沒錯,視力測量不是很精確,但近視度數的量測比較精確,所以會是一個範圍)。而視力0.5的話,度數約為100-150,視力0.3度數為150-200,視力0.2度數為200-225,視力0.1度數為225-300,視力0.05度數為450-500,視力如果低於0.02的話,度數就超過900了!

好了,我們都已經知道了看得清不清楚,關鍵因素有視力和距離,大家也一定有經驗遠看好像很細緻的一張大幅海報,如果貼近到面前看,網點或缺陷就一清二楚了!所以除了視力,距離也很關鍵。

接下來就談解析度吧!以目前最知名的iPhone 4來說,當初發表的時候賈伯斯就宣稱iPhone 4的解析度可以稱為視網膜體驗,因為已經是人類視力分辨解析度的極限了。iPhone 4的螢幕規格為長寬3:2的3.5"螢幕,一般人使用手機的距離為10",要設計出視網膜體驗的解析度應該要多少呢?網路上有計算器可以幫我們算:


看來要達到1000 × 667以上的解析度才夠,不過iPhone 4的960 × 640其實也差不多了。注意看一下PPI為343.8,也就是每一英吋有大約344個點,這樣的解析度其實是夠細膩的了。而賈伯斯在發表會上宣稱的是Size為3.54",Resolution為960 × 640,以上面的計算器算出來的PPI為326,最佳使用距離為10.55",如果你把iPhone拿近到少於27cm,那其實就算太近了。當然這中間變因很多,包括你看的東西、你的視力和觀賞的距離。目前科技可以做出更高規格的螢幕,以下是Wiki所看到的:
  • In April 2007, Sony released the Cyber-shot DSC-G1 digital camera with a 3.5″ LCD dubbed “Xtra Fine”; with 921K pixels (註:應該是640H × 3 × 480V?)displayed, making it a 395 PPI display, with each pixel approximately 64.2 μm.
  • In January 2008, Kopin Corp. announced a 0.44″ (1.12 cm) SVGA LCD with an astonishing pixel density of 2272 PPI (each pixel only 11¼  μm).[3][4] According to the manufacturer, the LCD was designed to be optically magnified to yield a vivid image and therefore expected to find use in high-resolution eye-wear devices.
  • In June 2010, Apple Inc. announced and launched the iPhone 4, with its “Retina” LCD boasting 326 PPI (960×640, 3½″ diagonal, each pixel only 78 μm).
所以如果搞到2272PPI,那就是可以在4"的螢幕上看8K解析度的影片了。8192 × 4320,實際算出來的PPI為2315,而且可以近到1.5"的距離看!

為什麼要談這個呢?很簡單,如果你今天手上的相機是3000 × 2000,六百萬像素的老機,要洗出一張給人在30 cm以外看的照片,夠用嗎?其實這時候只要286.5 PPI的解析度就夠了,也就是你可以印出一張10.5"  × 7"的照片。所以你說六百萬像素拿來拍婚紗照不夠嗎?那要看你的視力到底有多好了!

以目前最高像素的Phase One IQ180有八千萬像素(10328 x 7760),要洗出傳統婚紗大照(60" x  40",約150 cm x 100 cm或對角72"),則可以有179 PPI,觀看距離在19"左右,這相當足夠了吧!

而不論是什麼印刷,現在超過千萬像素的數位相機,其實大多都已經足夠應付市場上的需求了,再多其實未必真的有什麼意義。下回來談談螢幕!

ASAHI Camera五月號特集: 階調感探討

本文轉錄自哈蘇迷同好會

這篇文章是刊載在ASAHI Camera五月號上.
以實際拍攝結果. 來實驗彩色負片與現行數位單眼RAW檔的階調特性
簡單翻譯分享給大家
以作為參考

副標題:

數位相機的階調再現性一直被認為"比底片狹窄". 這是誤解
使用寬容度(Latitude)高的彩色負片. 與數位RAW檔. 同時拍攝高反差的主體來比較

1.
數位攝影普及化至今大約十年. 這期間數位單眼的像素從3MP進步到24MP
但. "數位影像的動態範圍(dynamic range)狹窄. 所以在階調感上還無法與底片相比擬"
這種說法. 至今依然時常聽聞
真的是如此嗎?

#1 090620-01
[url=http://www.flickr.com/photos/25017299@N00/3690150937/][img]http://farm3.static.flickr.com/2500/3690150937_0e4d9c5aea_o.jpg[/img][/url]



#2 090620-02
[url=http://www.flickr.com/photos/25017299@N00/3690150033/][img]http://farm4.static.flickr.com/3556/3690150033_a7b6803370_o.jpg[/img][/url]


圖片下的說明
第一頁: 非常暗的高架橋結構部份. 數位影像對於暗部的描寫性能壓倒性地勝過底片.
保留亮部同時也能重現暗部. Nikon D3. AFS 14-24/2.8. iso200. F5.6, 1/1000. RAW

第二頁: 沖洗放相時. 高架橋下的暗部階調盡可能地將其再現. 但是依然沒有留下細節
如果under曝光. 暗部也已經沒有可容許的範圍了(露出のゆとり. 意指還有可容許的曝光誤差範圍). Nikon F6. AFS 14-24/2.8. Fujicolor REALA ACE. F5.6. 1/500

陽光照射下的漁船. 高架橋樑底的陰影.
明暗差距超過五格(5EV)以上

號稱廣範圍寬容度的彩色負片. 畫面上的陰影部位是全黑. 得不到階調細節

數位影像的動態範圍如果比底片狹窄
某種意味上可能是誤解

數位與底片的階調性差異. 詳細比較的話

數位在暗部(shadow)細節表現上是強項. 亮部(highlight)則比較沒有餘裕
不過可惜的是. 與底片不同
數位相機的階調特性數據. 原廠並沒有提供
所以只能獨自進行測試


2.
主標題: 數位的動態範圍(Dynamic range). 與底片的寬容度(Latitude)
副標題: 使用數位(RAW和JPG)與底片(副片與正片). +-5EV拍攝並比較之


#1 090620-03
[url=http://www.flickr.com/photos/25017299@N00/3690149407/][img]http://farm4.static.flickr.com/3594/3690149407_1293e18c68_o.jpg[/img][/url]



#2 090620-04
[url=http://www.flickr.com/photos/25017299@N00/3690148351/][img]http://farm3.static.flickr.com/2653/3690148351_b829d08d41_o.jpg[/img][/url]


數位(RAW): 從+1EV到-5EV. 可以修整到幾乎完全一樣的影像. 這在底片上是做不到的

數位(JPG): 影像的明暗變化特性與正片接近. 曝光過度時亮部細節會迅速失去. 曝光不足時的表現與正片類似. 實際可使用的曝光範圍很狹窄

底片(負片): 特點是曝光over時的寬容度相當驚人. 可以到+3EV.
但是曝光不足時的範圍就很狹窄. 僅能到-1EV

底片(正片): 與數位JPG類似的特性. 即使如此. 亮部的細節某種程度可以保留一些
相較數位. 特性曲線在亮部的肩部範圍比較圓滑

-

91頁左下: 特性曲線: 用以表示動態範圍與寬容度的圖表

特性曲線是用來表示"曝光量"與"影像濃度"的關係.
座標圖的橫軸是曝光量
縱軸是濃度(0就是透明. 3則約全黑)

從特性曲線上可以判讀底片的寬容度. 階調特性(硬調或軟調等). 感光度等等的訊息

正片的場合(左下圖)
曝光量增加的時候. 影像的濃度會降低(影像會變淡)
所以曲線是左上到右下

負片的場合(隔頁中央圖)
曝光量增加的時候. 影像的濃度會增加(ps.因為負片上的影像色彩明暗是倒反的)
所以曲線是左下到右上

數位的特性曲線上. 縱軸的定義不太一樣. JPG 是8bit一共256 格.
RAW 的特性曲線縱軸則用bit數來表示. 視機種不同. D3使用14bit

這次為了容易理解的關係. 數位特性曲線的橫軸部分. 也一樣用濃度來表示

數位的動態範圍. 與底片的寬容度.
實際上的意義當作一樣比較好


3.
由前頁的sample可以得知. 數位(機身直出)JPG的階調再現性與正片相當.
RAW的階調再現性. 範圍更廣. 類似彩色負片

但是. 由於階調再現性的不同
對於數位和底片影像的處理上. 也相對有所差異

數位較偏向以高光部位為基準. 來作適當的曝光. (以避免亮部over死白為前提. 為曝光的基準)


負片則偏向以暗部為基準. 來作適當的曝光. (以避免暗部死黑為前提. 作為曝光的基準)


下圖是比較RAW與彩色負片的特性曲線

(彩色負片的特性曲線本來有RGB三條. 為簡化問題. 先當作一條來看)
(RAW的部分則以iso50到iso6400可調整的DSLR機身作為預設)

#1 090620-05
[url=http://www.flickr.com/photos/25017299@N00/3690147053/][img]http://farm3.static.flickr.com/2550/3690147053_ceefd2da4f_o.jpg[/img][/url]


負片的適當曝光範圍. 從特性曲線的左下趾部作為基準. 向右上算
RAW 的適當曝光範圍. 則從特性曲線的右上肩部作為基準. 向左下算

相對於適當曝光值. RAW 在暗部表現上有很大的餘裕空間(朝左下)
負片則在亮部表現上有餘裕空間(朝右上)

-

#1 090620-06
[url=http://www.flickr.com/photos/25017299@N00/3690952526/][img]http://farm3.static.flickr.com/2442/3690952526_fa707ecd34_o.jpg[/img][/url]



一般所說的"動態範圍(Dynamic Range)". 是指在特性曲線上"影像可以再現的全部範圍"

以這次的例子. DSLR的RAW檔約達到12格

彩色負片. iso100這個層級. 動態範圍(寬容度)約7格
iso800層級的底片. 則約8到9格
即使如此. 還是比不上現行的DSLR
-

後面這一段主要是在講作者10年前. 曾經碰過一位廣告攝影師在拍汽車時. 反映說
用數位拍輪胎. 比較容易能拍出輪胎上的胎紋
用底片則很難

而這就是這次所探討的. 底片與數位在階調特性上的差異

4.
這一頁則是從散景表現. 提到球面像差的問題
好的散景. 從光點中心的芯部到四周圍. 是平滑地融合
不好的散景. 則會在光點的四周圍. 形成比較明顯的環型邊界. 稱為二線性散景

光通過鏡頭之後. 無法理想地匯聚在一點上
而與理想成像之間所產生的偏差. 滲色. 模糊. 變形等等
就稱為"收差"(像差)

Seidel五收差:
最早是19世紀由德國學者Phillip Ludwig von Seidel所提出
當時還沒有彩色底片. 所以就不考慮色收差在內

他將收差分成五種
球面收差
彗星收差
非點收差
歪曲收差
像面彎曲

鏡頭設計的目的就是要除去這些收差的存在

#1 090620-14
[url=http://www.flickr.com/photos/25017299@N00/3690139027/][img]http://farm3.static.flickr.com/2582/3690139027_8c0c6327c7_o.jpg[/img][/url]


球面收差: 鏡片中央與周圍的光線無法理想地匯聚在一點上. 縮光圈可以改善

彗星收差: 斜向進入鏡片的光線. 在影像四周圍無法理想地匯聚於一點. 縮光圈可以改善

非點收差: 光線通過鏡頭光軸外的部分. 在同心圓方向. 以及放射方向上
影像本來是點. 會變成一條線

像面彎曲: 與鏡頭平行的平面上的景物. 無法理想地成像. 這個縮光圈也無法改善
(目前最有名的例子是Tamron A16 17-50/2.8. 在最近距離對焦的時候會有此現象.)

歪曲收差: 鏡片上. 光線入射的角度和射出的角度不一樣. 會形成桶狀或枕狀變形.