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和视力因素。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。

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)。

$$ppi=\frac{\sqrt{w^2+h^2}}{l}$$

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。

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英寸时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。

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。

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。

其中以第一暗环为界限的中央亮斑称为艾里斑（airy disk）。

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，$\theta$ 角分辨度，$\lambda$ 为波长，$d$ 为通光孔的直径（眼睛就是瞳孔或叫虹膜）。

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

$$s\approx r{\theta }_{min}$$

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。

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：

$$\theta \approx sin\theta =1.220\frac{\lambda }{d}=1.220\frac{555\times 10^{-9}}{5\times 10^{-3}}=0.000135(rad)$$

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$d$满足关系：

$$d\cdot sin\theta \ge \frac{l\cdot 2.54}{\sqrt{w^2+h^2}}$$

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
iphone4	960x640	329.65	15.41cm	38.53cm	57.00cm
iphone13	2532x1170	457.25	11.10cm	27.77cm	41.14cm

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，300ppi的确是我们大部分人的极限值。