数码相机全应用专业名词术语(三) - 数码影像

数码影像
·白平衡（White Balance）
·色调范围（Tonal Range）
·TIFF图像格式
·锐化（Sharpening）
·感光度（ISO）
·解像度（Resolution）
·RAW图像格式
·色调分离（Posterization）
·降噪技术（Noise Reduction）
·噪点/噪音（Noise）
·摩尔纹（Moiré）
·JPEG图像格式
·锯齿现象（Jaggies）
·插值（Interpolation）
·柱状图/直方图（Histogram）
·伽马（Gamma）
·动态范围（Dynamic Range）
·数码变焦（Digital Zoom）
·图像压缩（Compression）
·色彩空间（Color Spaces）
·高光溢出（Blooming）
·位数（Bits）
·图像失真（人造痕迹，Artifacts）
·混淆现象（Aliasing）

白平衡（White Balance）

色温
多数的光源都不是100%纯白色的，它们都有一个特定的“色温”。例如，正午太阳的光线与纯白色较为接近，而日出与日落时，太阳的光线会偏黄。
下面的图表列举了一些常见光源的色温。

  光源类型                           色温（k）
  烛光                                 1500
  白炽灯                              3000
  日出日落                           3500
  正午、闪光灯                     5500
  干净的天空、明亮太阳光      6000
  阴天                                 7000
  蓝天                                 9000

白平衡
我们眼睛观察到的不同光线有着不同的色温。人的眼睛可以随着环境的不同，区分什么颜色是“白色”。然而，数码相机并没有这个能力。数码相机需要一个参考点来定义“白色”，当这个参考点决定后，数目相机便能计算出其他颜色。例如一盏卤素灯照射在白色的墙上时，墙会显黄色，但是墙的本身是白色的。如果数码相机也“知道”墙本来是白色的。它就能准确计算出场景中的其他颜色。

多数数码相机都有自动白平衡功能，在自动白平衡中，照相机通过画面中各种颜色的比例，计算出最适合的白平衡。然而，自动白平衡经常出现失误，特别在没有白色的场景中，照相机找不到白色，不懂得如何计算其他颜色。如下图所示：


照相机的自动白平衡在画面中找不到白色，时画面颜色呆板，不真实


场景非常类似，但这一次照相机的自动白平衡十分准确，因为它在画面中找到了用作参考的白色（白云）

有很多数码相机还允许用户手动调节白平衡，例如提供预设的白平衡选择（日光、阴天、荧光灯、白炽灯……）在我们实际拍摄之前，用户还可以把照相机的镜头对准场景中的某个地方（或一张白纸），自定义白平衡，让照相机找到“白色”，拍摄白平衡准确的照片。


色调范围（Tonal Range）
数码相机的色调范围指描述动态范围的色调数目。动态范围宽不一定色调范围宽，动态范围窄，色调范围也不一定窄，下面的例子正好说明了这个问题：

色调范围宽

色调范围窄

动态范围宽

动态范围窄


传感器的动态范围和色调范围
传感器的动态范围和色调范围是息息相关的。如果一个传感器的动态范围是1000:1，其AD转换器最少有10位，那么它必定会有一个宽阔的色调范围。一个拥有10位AD转换器的传感器能输出大约1,000个不同的色调，当然传感器的动态范围要不小于1000:1－因为传感器符合线性特征。

图像的动态范围和色调范围
当你使用色调曲线调整传感器的线性数据时，你可以看到动态范围和色调范围是不同而且好像是独立存在的，随着使用的色调曲线不同，具体情况也会有所差异。色调曲线可以压缩动态范围、色调范围或两者同时压缩。

当我们以JPEG格式拍摄照片时，照相机会使用对比度高的色调曲线处理照片，这样可能会损失高光和昏暗部分的细节－这是JPEG格式的先天缺憾，如果想避免细节损失，只能用RAW格式记录照片。RAW图像保留了传感器产生的原始图像的整个动态范围，让用户可以通过使用一条适合的色调曲线，压缩动态范围和色调范围，以最悦目的颜色和明亮度输出到显示器上，或进行照片打印。下面的图例说明的是一幅32位浮点图像的动态范围和色调范围被压缩后的效果。

显示器和打印机的动态范围和色调范围－范围压缩
显示器和打印机拥有有限的动态范围。所以我们必须使用一条色调曲线来压缩照片原始数据中的动态范围，使它适应于显示器或打印机的动态范围。这条色调曲线在压缩动态范围的过程中尽量保留显眼的细节。经过这种处理后，显示器或打印机输出的图像才能使人们感到悦目。






A，暗部细节丰富
B，亮部细节丰富
C，暗部和亮部细节结合，但高光与昏暗比 减小

在上图的场景中，阴影部分比高光部分（11级）暗2000倍。如果读者拿自己的数码相机拍摄上面的场景，拍摄出的照片只会有两种可能：图A或图B。在图A中，照相机为了获得良好的暗部细节，曝光时间必须延长，导致高光部分的细节严重缺失，高光部分象素溢出；在图B中，照相机为了获得良好的亮部细节，曝光时间必须缩短，导致暗部的细节严重缺失。在Adobe Photoshop CS2中，你可以把数幅曝光设定不同的照片结合起来，以获得一幅有宽阔动态范围的图像。但是我们之前已经谈过，显示器和打印机的动态范围是非常有限的，那么怎样才能在显示器和打印机上输出动态范围宽阔而且悦目的图像呢？？唯一的方法就是压缩。

现在让我们观察图A和图B的柱状图，红色和蓝色的区域分别表示没有缺失的暗部和亮部细节。我们可以通过同时压缩这两个区域的方法，减少图像色调，使其适应显示器或打印机的动态范围。

在实际的拍摄场景中，高光与昏暗比接近2000，为了让显示器和打印机（特别是打印机）输出悦目的照片，高光与昏暗比必定比2000小得多。当在显示器上观察图C时，我们会发现图C具有宽阔的动态范围，因为它看上去就像一幅由照相机一次曝光照出来的、动态范围宽阔的照片，让人感到自然舒服。色调压缩最好在高位数的环境下进行，因为这能避免色调分离的出现。

TIFF图像格式
TIFF (Tagged Image File Format)是一种国际性的图像格式，它适用于绝大部分图像处理软件和图像浏览软件。TIFF的最大特点就是它可以进行无损压缩，TIFF既可以通过LZW或Zip进行内部压缩，又可以通过WinZip等软件进行外部压缩。TIFF支持JPEG的每通道8位单层RGB图像，还支持每通道16位的多层CMYk图像。因此，TIFF通常用作打印和印刷输出的最终格式。

很多数码相机都支持TIFF输出，但由于图像处理器的限制，其输出的TIFF图像通常只有每通道8位的版本。高端的扫描仪为用户提供了每通道16位的TIFF输出选择。从多方面来看，数码相机的TIFF格式输出比不上RAW格式输出。


锐化（Sharpening）
常用的照片锐化方法一共有两种，请读者切记这两种方法是不可以混合使用的。照片的光学锐度有镜头和传感器的质量决定；软件锐度其实是模拟光学锐度的效果，通过提高画面的边缘对比度，使照片看上去锐度更高。软件锐化必须在已有照片解像度的基础上进行，不能创造照片细节，只能突出原有细节。
原照片




放大2倍




注释
锐化前边缘较软
锐化后边缘变得锐利
由于过度锐化而产生的晕轮


从上面的例子来看，适度的锐化能让画面的边缘更加干净和清晰。相反，过分的锐化会令物体边缘位置出现一个晕轮，让人看得很不舒服。这种锐化方法通过创造一个白色的外部圆形晕轮（使圆圈边缘附近的浅灰色背景更光亮）和一个黑色的内部圆形晕轮（使圆圈边缘附近的深灰色象素颜色更加暗）来实现锐化的目的。由于白晕轮与黑晕轮之间的对比度，比浅灰色背景与深灰色圆圈的对比度高，因此能给人一个“画面便锐利了”的“错觉”。但是，这种晕轮如果明显出现在照片中，会影响照片的成像效果。然而，这种晕轮往往是非常难以消除的，除非你用RAW格式拍摄照片（见以下内容）。


相机内锐化
作为照片处理程序的一个默认部分，数码相机会自动对拍摄的照片进行不同程度的锐化，以消除颜色过滤排列装置解码的过程中（该过程会轻微降低画面细节锐度），细节锐利度的损失。然而，过度的照相机内锐化会产生难以消除的晕轮，增加可见锯齿、噪点和其他非自然痕迹。准专业级数码相机和数码单反可以让用户选择照相机内锐化的程度，甚至对图像处理器发出“不进行锐化”的指令。

软件锐化
如果照相机为用户提供了拍摄RAW格式照片的功能，用户可以关闭照相机内的锐化程序，直接把照片传到电脑后再用软件进行锐化。软件锐化让我们能够按照照片输出的目的，自由选择锐化的程度，避免讨厌的晕轮产生。例如，当你想把照片放在显示器上浏览或放在网络上与别人分享的时候，你需要把照片锐度提高，展现照片的精彩细节；当你想把照片打印出来的时候，你只需要轻轻的锐化照片，因为过度的锐化会使印出来的照片看上去不真实。如果你的照相机没有RAW格式输出，或者你只想使用JPEG格式，请尽量使用照相机内锐化，因为电脑上的软件的锐化效果通常比不上照相机内图像处理器的锐化效果。原因之一是照相机内锐化是在照片被压缩成JPEG格式之前完成的，而软件锐化只能对经过压缩的JPEG照片进行锐化，后者的锐化会使JPEG的压缩痕迹更加明显。如果觉得照相机内锐化的效果还不够明显，当然你可以后期用软件再进行锐化。但请读者切记一点：把照片锐化容易，但是要消除过度锐化的痕迹就非常困难了。


感光度（ISO）
传统胶卷感光度称为ASAs，它们随着感光度的数值不同，用法也不尽相同。感光度越低，照片越细腻，颗粒感越弱，但是需要较长的曝光时间，吸收更多的光子量。在户外摄影中，低感光度往往能大派用场；但是在昏暗环境和运动场景中拍摄的时候，为了缩短曝光时间，我们便需要更“快”，颗粒感更重的胶卷，即感光度更高的胶卷。

数码相机的感光度ISO原理与此类似，ISO与ASAs都是指感光元件（胶卷或传感器）对光的敏感程度。
多数数码相机的感光度默认设定为ISO 100，有的还会低至ISO 50。用户可以把感光度调成200, 400, 800……高端的数码单反甚至有ISO 3,200的设定。当感光度增加的时候，传感器的输出被放大，因此需要的进光量减少。然而，传感器的输出放大的同时，噪点也同时被放大了。感光度高的照片往往颗粒感比较重，这种现象跟胶卷相机一样，但成因不同。读者可以想象一下，使用高感光度的时候就像把收音机的声音调大，音乐的声音当然会更嘹亮，但是由于信号接收不良而产生的“嘶嘶”噪音也自然会增加。

随着传感器技术的进步，现在的数码相机在高感光度下的画质表现越来越好，尤其是高端的数码单反，抑止噪点的技术更加成熟。数码相机的感光度调节比胶卷相机方便得多，使用胶卷相机时，如果需要更改感光度，用户必须更换整筒胶卷；而对数码相机用户来说，只需在照相机内进行简单的设置，便能更改感光度设定。

下图说明了不同感光度下的噪点水平，我们可以明显看到：
噪点水平随着感光度的增加而提高，以红色和蓝色通道观察，噪点水平的提高最为明显。

ISO 100


ISO 800


ISO 100－红色通道


ISO 800－蓝色通道


解像度（Resolution）
传感器解像度，就是传感器上有效的非插值象素的数目。

图像解像度，一幅数码图像的解像度由组成这副图像的象素数目决定。一张500万象素的图片，通常长2,560象素，高1,920象素，它的解像度即为4,915,200象素。在之前的“象素”专题里面，我们已经知道：用尽照相机的有效象素能拍摄出最高解像度的照片。然而，用插值的方法获取更高解像度，收效不大，但是却占用了更多的储存卡空间。除非储存卡的容量不足，否则无论什么时候，我们都应该使用照相机的最高解像度拍摄，以获得最佳的照片质量。

解像度测试图表：水平和垂直LPH
我们在许许多多照相机的测评中曾经看到过下面的图表，这个图片到底有什么用呢？其实，这是一个照相机解像度测试图表，它是按照PIMA/ISO 12233标准制定的。这是一张设计出色的图表，它不仅能测试水平和垂直的解像度，而且能考验传感器对不同角度图形的反应能力。准备购买数码相机的朋友，可以通过这个解像度测试图表，了解各种照相机的解像度，并进行横向比较。

尼康CP8700的解像度图表，红色区域为放大部分


放大图A。直到“16”这个位置之前，黑白线条清晰，容易分辨。因此，水平的LPH值就是1600。


放大图B。直到“15”这个位置之前，黑白线条清晰，容易分辨。因此，垂直的LPH值就是1500。

水平LPH指以水平轴（x轴）的方向观察，在整张照片能看得清楚的垂直线条的数目。在上面的放大图A中，我们可以看到9条黑色线和8条白色线相间，在“16”这个位置上，线条仍然清晰。但是到了“17”这个地方，黑线和白线变得越来越难以区分。放大图A中“16”的位置一共有17条直线（9+8），而这17条直线的宽度正好是26个象素的宽度。由于CP8700的样张高度为2,448象素，每个象素高度涵盖的垂直线条数目就是2,448/26*17或者说样张的水平解像度就是1,600 LPH。因此，解像度测试图表上的“16”表示样张的高度可以涵盖1,600条线条，即1,600LPH（per picture height）。

同理，垂直LPH指以纵轴（y轴）的方向观察，在整张照片能看得清楚的水平线条的数目。放大图B告诉我们，样张的垂直解像度大约是1,500 LPH。

由于解像度对图像高度来说是“规格化”的，因此我们可以通过解像度测试图表，对比成像纵横比不同的数码相机的解像度高低。
正是由于照片高度的“规格化”，我们可以通过照片纵横比，由水平LPH推出垂直线条的绝对值，或由垂直LPH推出水平线条的绝对值。例如，垂直线条的绝对值等于水平LPH乘以纵横比。在上面CP8700的例子里面，我们知道水平LPH为1,600，照相机成像纵横比为4:3，于是样张的垂直线条的绝对值通过计算可得：1,600 x 1.333 = 2,133。

聪明的读者看到这里一定会发现：3,200,000（2,133 x 1,500）明显比样张的解像度8,000,000 (3,264 x 2,448)低。其实原因很简单，因为数码相机传感器的颜色过滤排列装置需要对信息进行插值计算，此外，许多照相机的防锯齿滤镜也需要插值计算。然而，在前面提到的Foveon传感器中，图像的解像度与传感器解像度比较接近。光学系统的限制使很多数码相机不得不使用一块小小的传感器来获得锐利的图像，这种做法同样会影响图像的解像度。


对角线LPH
放大图C为5°对角线的LPH，从图表我们可以读出这个LPH值为1000

放大图C：黑白5°对角线在“10”这个位置之前能清晰区分，“10”也是图表中的最大值。因此CP8700的5°对角线LPH为1,000+。

极限LPH值
极限LPH值表示在该LPH值的刻度上，黑白线条的开始混合成灰色，两种线条难以区分。

放大图D：在“18”这个位置附近，黑线和白线混合成灰色，因此垂直极限LPH值为1,800。

RAW图像格式
在开始这个专题之前，笔者在这里首先说明一点：RAW并不是一个英文缩写，RAW就是RAW，中文解释是“原材料”或“未经处理的东西”。RAW文件包含了原图片文件在传感器产生后，进入照相机图像处理器之前的一切照片信息。用户可以利用PC上的某些特定软件对RAW格式的图片进行处理。

RAW格式的储存和优势
通过对颜色过滤排列的专题的了解，我们应该知道传统的传感器中，每个象素只负责获得一种颜色。每个象素承载的数据通常有10或12位（12位最常用），而这些数据就能储存到RAW文件里面。照相机内置图像处理器通过这些RAW数据进行插值运算，计算出三个颜色通道的值，输出一个24位的JPEG或TIFF图像。

RAW（10或12位）


红色通道（8位）


绿色通道（8位）


蓝色通道（8位）


TIFF或JPEG（24位）

虽然TIFF文件保持了每颜色通道8位的信息，但它的文件大小比RAW更大（TIFF：3×8位颜色通道；RAW：12位RAW通道）。JPEG通过压缩照片原文件，减少文件大小，但压缩是以牺牲画质为代价的。因此，RAW是上述两者的平衡：既保证了照片的画质和颜色，又节省储存空间（相对于TIFF）。一些高端的数码相机更能输出几乎是无损的压缩RAW文件。

RAW的适用性
许多图像处理软件可以对照相机输出的RAW文件进行处理。这些软件提供了对RAW格式照片的锐度、白平衡、色阶和颜色的调节。此外，由于RAW拥有12位数据，你可以通过软件，从RAW图片的高光或昏暗区域榨取照片细节，这些细节不可能在每通道8位的JPEG或TIFF图片中找到。

RAW的弊端
RAW有一个明显的弊端：随着照相机牌子和型号的不同，它们输出的RAW格式也不同。用户在处理RAW格式图片的时候必须使用厂家提供的专门软件。这为图像处理带来了诸多不便。此外，相对于JPEG和TIFF格式的图片，打开和处理RAW文件要耗费更多的时间。为了解决这个问题，有的数码相机可以让用户拍摄照片的时候同时以RAW与JPEG格式储存照片。随着照相机图像处理速度越来越快，记忆卡容量越来越大而且越来越便宜，上述的做法将不再麻烦了。
同时记录JPEG和RAW格式照片，可以让用户使用常规的图像处理软件组织和编辑照片（JPEG）；当需要获得处理精细的照片或需要改善照片缺憾（如白平衡不正确和高光/暗部细节缺失 ）的时候， 用户可以使用RAW解决问题。
除此以外，现在越来越多第三方软件制造商制造一些兼容性强的图像处理软件，让多个品牌、多个型号的照相机都能使用同一个软件处理其输出的RAW照片，解决RAW的兼容性问题。
Adobe Photoshop CS就是其中一个例子。然而，Adobe Photoshop CS并不能像厂家的专门软件那样，提供全面的RAW处理设定。
兼容性不够强仍然是限制RAW格式发展的最大障碍。


色调分离（Posterization）




天空平滑的色调级数
带状色调分化，缺乏足够的色调，柱状图的“柱”不是紧密相连

当我们在低位数环境（如每通道8位的模式）进行图片处理，如色调转换时，一幅照片上的某个区域可能只由少数有限的色调级数描述，这就形成了清晰的柱状图带状分布，或称为“色调分离”。


降噪技术（Noise Reduction）
在过去的几年里面，数码相机工程师们不断研究降低噪点水平的方法。降噪技术的关键是在不影响照片细节、画质的基础上，减少噪点的出现。早期的免费降噪软件往往以牺牲细节和画面锐度为代价，使画面变得平滑，减少噪点，但这个方法让照片看起来像水彩画一样，缺乏细节。

下面的放大图说明了各种降噪方法对照片的影响，照片是用准专业级数码相机拍摄的。降噪的结果用彩色放大图和红色通道放大图表示（放大4倍）。如果读者的显示器难以观察到原图的噪点，那么请看红色通道的放大图：


原图


失败的降噪


成功的降噪




红色框区域放大4倍

请留意蓝色天空中的红色噪点，在红色通道观察特别明显
失败的降噪能去掉噪点，但是把屋顶边缘弄模糊了。
成功的降噪不但去掉了噪点，而且让边缘保持了原来的锐度。

原图


失败的降噪


成功的降噪





红色框区域放大4倍
蓝色天空的噪点在红色通道中非常明显
失败的降噪以波浪形的样式消除噪点
成功的降噪不使用波浪形样式降噪，并且保留一些“颗粒”，保持照片锐利度。


JPEG压缩与降噪

JPEG以高画质压缩时压缩产生的正方形区域难以察觉。由于噪点也属于画面的细节，降噪会对JPEG的画质产生影响，JPEG的正方形区域变得更加清晰可见。为了避免以上情况出现，我们只好以RAW格式编辑图片。此外，降噪对JPEG画质的影响随着软件的不同而不同，Adobe Photoshop CS中降噪对画质的影响就相对比较小。

长时间曝光降噪


原图


全黑区域


降噪处理

长时间曝光会产生“黏附象素”噪点，在全黑的区域，噪点尤其明显。现在很多新型的数码相机都带有内置降噪功能，消除长时间曝光产生的噪点。就算把新型数码相机的降噪功能关闭，长时间曝光所产生的噪点都会比上图少，因为上图是用老式的数码相机拍摄的。

噪点/噪音（Noise）
成因：传感器噪点

数码相机传感器中的每个象素上都有一个或者更多光电二极管，光电二极管把落在象素上的光子转化为电子信号，然后计算出颜色值和其他值，最终构成一幅完整的图像。如果同一个象素在同一个进光量下曝光数次，该象素得出的颜色值可能会不尽相同，而这些微小的差异就形成了传感器的噪点。就算在没有光进入传感器的情况下，传感器本身的电子运动也会产生一些信号，就好像把音响设备打开而不播放音乐时，我们听到的“嘶嘶”声……这些额外的信号便是噪音。传感器出现噪音是正常的，因为象素在多次感光后，表面温度会上升，温度上升使光电二极管工作异常，产生噪音。这种噪音被称为“本底噪音”。象素的输出一定要比本底噪音强，才能表达其含有的信息。

后果：图像噪点
数码图像的噪点在相同的表面上（如蓝天、阴影……）最为明显，噪点通常表现为单色颗粒状，类似于胶片的颗粒（亮度噪点）和颜色波纹（颜色噪点）。我们在上面已经谈过，噪点随着温度的上升而增加。其实，噪点还受感光度的影响，小型数码相机的颜色噪点正正体现了这一点（下面的图D）。此外，象素面积越小，产生噪点的机会越多－这就是小型数码相机照出来的相片噪点较多的原因（相对于数码单反）。专业级照相机通常拥有高质量的象素和强大的图像处理器，把噪点水平降到最低，甚至在低感光度下没有噪点出现。噪点在红色和蓝色通道上比较显眼，相反，在绿色通道上就不那么容易察觉了。因此，以下图表中的图片以红色通道表示噪点，方便我们分析不同的噪点水平。

蓝天的放大图
RGB                             红色通道                  照相机级数      照相机类型     象素大小    感光度     Red Ch. St. Dev.
A
                           专业级              单反               大              100          1.8
B
                           准专业级          单反               大               200         2.5
C
                           准专业级          小型机           小               100          5.6
D
                          准专业级          小型机            小               800          22.6
E
                          C图经降噪处理                                                         1.4

以上红色通道的实例图片很好的说明了不同噪点水平的差别，我们可以看到C图和D图的噪点水平明显高于A，B，E图。E图是C图经过降噪处理后所得的图片，从E图可以看出降噪功能可以有效的减少噪点。

长时间曝光中的“黏附象素”噪点

这是另外一种噪点，通常伴随着长时间曝光产生（1妙以上），这些噪点看上去像一些颜色点，面积比象素大，我们称之为“黏附象素”或“热象素”噪点。随着降噪技术的不断进步，长时间曝光噪点在新型的数码相机中已经越来越不明显了

摩尔纹（Moiré）
如果数码相机的解像度不能支持显示被拍摄物体的更多细节，波浪形的摩尔纹便会产生（如放大图A所示）。显示同样场景的放大图B中并没有产生摩尔纹，因为拍摄图B的照相机比拍摄图A的照相机拥有更高的解像度。防锯齿滤镜能有效减少摩尔纹的产生，但它同时会降低画面的锐利度。

A，摩尔纹


B，高解像度时没有摩尔纹

杂乱的非自然痕迹
摩尔纹有时候会导致照相机内部的图像处理器产生杂乱的非自然痕迹。

杂乱的非自然痕迹


JPEG图像格式
JPEG（Joint Photographic Experts Group）是最常用的数码图像格式。JPEG的适用范围十分广泛，包括全球范围内的网页浏览器、图像处理软件等等。JPEG格式应用于数码相机照片时，它还可以把照片文件大小压缩至10%至20%。相对于未经压缩的原图像，JPEG的画质下降和细节损失并不明显。

理论概括
简单的说，JPEG把图像的信息（颜色和其他细节信息）重新编排，其中颜色压缩比细节压缩的程度大，因为我们的眼睛对细节改变的敏感程度比颜色改变高。然后，JPEG把细节的信息分类为细致的细节和粗糙的细节。由于我们的眼睛对粗糙的细节变化比较敏感，所以细致的细节会被丢弃。JPEG正是通过一系列复杂的数学运算和压缩方法，在不严重损害画质的情况下，压缩图像大小。这些数学和压缩方法比较复杂，没有相关知识的读者可能觉得晦涩难懂，因此我们在术语表里面也没有记载这些内容。有兴趣的读者可以参阅更专业的图像处理书籍和文章。

实例
JPEG在图像文件大小和图像画质之间取得了一个很好的平衡。JPEG在压缩图像时，把图像分为一个个正方形区域处理，区域大小为64象素（8 x 8），每个区域都是独立压缩的。在压缩程度不大的情况下，各个区域的边缘存在着“头发状”的非自然痕迹；当压缩程度逐渐增大，这些痕迹越来越明显，我们甚至能看到并分辨出各个区域。详细请看以下的例子，这些图片的放大因数为2。

压缩画质为100%的JPEG图像与原图像难以分辨，但是JPEG的文件大小只是原图像的1/6。


压缩画质为80%的JPEG图像，画质依然优秀（切记上图是放大两倍后的图像），而它的文件大小只是原文件的1/10。请留意画面中黄色蜡笔的边缘有点模糊褪色。多数的数码相机为用户提供JPEG压缩程度的选项，而其中的“最高画质JPEG”画质水平往往高于80%。


压缩画质为60%的JPEG图像。如果读者细心观察，你会发现JPEG的压缩区域和区域之间的非自然“头发状”压缩痕迹。虽然画质有所下降，但60%压缩画质的JPEG已经用于网页上已经足够了。它的大小是原文件大小的1/20。


压缩画质为10%的JPEG图像，JPEG压缩区域清晰可见，画质明显下降。这种低画质的JPEG图像唯一的用处就是让我们了解JPEG的压缩原理（高画质JPEG难以看到压缩区域），当然我们在正常情况下不会把图像压缩成得如此厉害。

实用小技巧
我们在编辑图像的时候，最好把“中间图像”（例如TIFF、PSP和PSD等）储存起来，以备以后使用。假如你直接把一幅图像存为JPEG格式，然后把文件关闭，再打开，以相同的压缩画质设定把图像再储存一次……图像并不会变小，但是图像画质会进一步下降。因此，我们应该在处理完图片后，才对图片进行压缩。
数码相机通常都会有JPEG压缩画质选择，例如优秀、中等、基本……除非你使用RAW或TIFF格式拍摄，否则请使用最佳的画质设定。对部分数码相机而言，即使选择最佳画质压缩，它对图片的压缩程度依然很高。

锯齿现象（Jaggies）
锯齿是指数码图像中从斜线和物体边缘可以看到的一“级”一“级”不平滑的线条。我们也称其为“混淆现象”，线条呈一级一级的现象（锯齿现象）是由象素为正方形的本质决定的。

增加解像度可以减少可见的锯齿
随着传感器或照片的解像度提高，可见锯齿会变得越来越不明显。以下是一幅放大的鲜花与蓝天交接的场景，它是不同数码相机在不同解像度的情况下拍摄。低解像度的数码相机使锯齿清晰可见。当我们从A到D增加照片解像度时，锯齿越来越不明显，在图D中，锯齿几乎难以察觉。但是当图D被放大时，锯齿仍然后出现（图E）。

A，76,800象素


B，307, 200象素


C，120万象素


D，500万象素


E，D中的红色区域，放大8倍

防锯齿功能减少可见锯齿
数码相机其实拥有与生俱来的防锯齿功能，因为描述物体边缘的象素会从边缘两边的物体收集信息。在以上的例子中，描述花朵黄色边缘的象素同时会收集一部分蓝色天空的信息，使象素的值介于黄色和蓝色之间。防锯齿功能使图像中物体的边缘比没有防锯齿的理论（图F）边缘较“软”，即较平滑。


F,没有防锯齿

如果传感器有颜色过滤排列装置，图像处理器会利用周围象素的信息对边缘象素进行计算插补，消除锯齿。这也是另外一种防锯齿方法。

锐化图像会令锯齿明显
锐化图像会增加边缘的对比度，使锯齿现象更加明显，读者可以在“锐化”专题看到关于这个问题的详细介绍。在下图中，屋顶与天空交接的边缘锯齿明显，正是因为边缘的对比度由于锐化而变得强烈。



插值（Interpolation）
插值（Interpolation/resampling）是一种图像处理方法，它可以为数码图像增加或减少象素的数目。某些数码相机运用插值的方法创造出象素比传感器实际能产生象素多的图像，或创造数码变焦产生的图像。实际上，几乎所有的图像处理软件支持一种或以上插值方法。图像放大后锯齿现象的强弱直接反映了图像处理器插值运算的成熟程度。

下面的例子是一幅106*40的图像放大成450%的效果：


最接近原则插值（Nearest Neighbor Interpolation）
最接近原则插值是最简单的插值方法，它的本质就是放大象素。新图像的象素颜色是原图像中与创造的象素位置最接近象素的颜色。如果把原图像放大200%，1个象素就会被放大成（2*2）4个与原象素颜色相同的象素。多数的图像浏览和编辑软件都会使用这种插值方法放大数码图像，因为这不会改变原图像的颜色信息，并且不会产生防锯齿效果。同理，在实际放大照片中这种方法并不合适，因为这种插值会增加图像的可见锯齿。


双线性插值（Bilinear Interpolation）
在双线性插值中，新创造的象素值，是由原图像位置在它附近的（2 x -2）4个邻近象素的值通过加权平均计算得出的。这种平均算法具有放锯齿效果，创造出来的图像拥有平滑的边缘，锯齿难以察觉。


双三次插值（Bicubic interpolation）
双三次插值是一种更加复杂的插值方式，它能创造出比双线性插值更平滑的图像边缘。请读者留意下图中的眼睫毛部分，在这个地方，软件通过双三次插值创造了一个象素，而这个象素的象素值是由它附近的（4 x 4）个邻近象素值推算出来的，因此精确度较高。双三次插值方法通常运用在一部分图像处理软件、打印机驱动程序和数码相机中，对原图像或原图像的某些区域进行放大。Adobe Photoshop CS 更为用户提供了两种不同的双三次插值方法：双三次插值平滑化和双三次插值锐化。


双三次插值

（1）双三次插值平滑化


（2）普通双三次插值


（3）双三次插值锐化

不规则碎片形插值（Fractal interpolation）
不规则碎片形插值通常被应用于图像的放大倍率很大的情况（例如制作大幅印刷品）。它能够让放大后的图像无论从形状、边缘、颜色都较接近原图像，而且减少照片的模糊程度，效果比双三次插值法还要好。读者可以把下图于上面的图片比较，就能知道不规则碎片形插值法的优势：


当然，除了上述的四种插值方法外，还有其他的插值方法。但是其他的插值方法并不常用，而且它们需要更复杂和成熟的图像处理（放大）技术支持。作为非专业人士，我们是不可能具备这些技术的。


数码变焦（Digital Zoom）
光学变焦使照相者能在照相机镜头的最小与最大焦距之间作出选择。消费级和准专业级数码相机常常还带有数码变焦，下面我们就已一张500万象素准专业级数码相机拍出来的照片为例，谈谈数码变焦。

A，用31mm镜头拍摄的场景


B，用50mm镜头拍摄的场景

把焦距从31mm改变为50mm(50/31=1.6X光学变焦)，我们看到的照片所覆盖的场景变小了。在图B中，红色框内的区域就是图A的场景。在两幅图片中，照相机都会为500万象素的照片记录500万象素的信息。


C，1.6倍数码变焦，使解像度下降


D，1.6倍数码变焦所得图像
1.6倍数码变焦后的图像只会用到1,600 x 1,200象素的信息，而丢弃剩下的信息(2,560/1.6=1,600 and 1,920/1.6=1,200)。在图C中，照相机捕捉到的场景大小跟图A是相同的，但是图C只用到500万象素中的200万象素！如果数码相机有解像度为 1,600 x 1,200 的拍摄选项，拍摄的照片就会被保存为200万象素的图像。因此我们看到经过数码变焦后的图D，解像度其实只有200万象素，清晰度明显下降。在数码变焦中，照相机图像处理器没有创造额外的信息，所以图D的画质明显比图B低。


到底我们应否使用数码变焦？？
既然经过数码变焦后的图像画质会明显下降，那么我们还应不应该使用它呢？如果你的目的是获得图B中的图像信息，使用50mm的焦距当然是最佳选择。但是如果你的照相机只有31mm（或者你已经把光学变焦杆拉到最长焦端，然而你还想zoom得更远），你可以有以下三个选择：
1, 我们推荐的做法是把数码变焦关掉，以照相机的最高象素拍摄，拍摄后再按照你的需要在电脑上修整、放大图片。
2, 如果你的500万象素照相机有输出200万象素照片的选项，就把数码变焦打开，使用1.6倍数码变焦。解像度为1,600 x 1,200的照片会被储存到记忆卡内，而这张200万象素的照片就记录了200万象素的信息。
3, 我们最不推荐使用1.6倍数码变焦的同时而500万象素输出。因为这时候不仅占用了较多的储存卡空间，而且输出照片的后期可调整性大大降低。我们可以想象：把200万象素的信息（如图C）放大成500万象素的图片（如图D），效果是多么糟糕。

最后，我们应该在使用数码变焦的时候谨记一点：数码变焦并不能创造镜头捕捉不到的细节，数码变焦的成像与光学变焦的成像是无法相比的。



色彩空间（Color Spaces）
RGB加色法（Additive RGB Colors）
人类肉眼中的锥形细胞对红、绿、蓝（RGB）三种颜色最为敏感。我们感知到的其他颜色都是由这三种颜色按不同比例混合所得的。电脑显示屏发射出红、绿、蓝三种颜色的混合光线，产生不同颜色。例如，红色和绿色混合产生黄色；红、绿、蓝三原色混合产生白色。请看以下的图表：