分辨率(Resolution)这个概念是典型的一词多义。对于电镜用户来说,有必要分清这个词在不同情境下的不同涵义。
1. 空间分辨率(spatial resolution)
电镜的分辨率指的是空间分辨率,是电镜的最重要性能指标之一,以纳米或埃为单位,具体又分为点分辨率和线分辨率。比如某台200KV电镜的点分辨率是0.2nm,就表示这台电镜在最佳状态下,可以区分样品里相距0. 2nm的两个点。电子显微镜以电子作为显微镜的“光源”,原本就是因为电子波长极小,可以实现极高的空间分辨率。
2. 点阵分辨率(pixel resolution)
在这里泛指类似于2048x2048或者1024x768这种表示长宽分别多少像素或者点阵的分辨率。它的单位是像素或者点阵的平方。对电镜用户来说,有三种应用场景。
2.1 相机分辨率
表示相机所使用的图像传感器上的像素点阵的数量,由相机的感光芯片的物理参数决定。比如2048x2048,表示能拍到长宽最多各为2048个像素点的图像。这个概念目前没有一个公认统一的名字,有的厂商叫相机分辨率,有的叫传感器分辨率,有的叫传感器尺寸,还有的厂商叫传感器格式。
2.2 图像分辨率
跟上面的相机分辨率关系很大,表示拍到的图像长、宽各有多少个像素。2048x2048的相机,拍到的图像未必都是2048x2048,因为可以切边,还可以像素合并。所以拍到的图像的分辨率也有可能小于这个相机的最大分辨率。Windows里把这个概念叫做图像尺寸(Dimension)。
2.3 屏幕分辨率
电脑显示器和手机的屏幕一般是LCD或者LED材料,由一个个微小的发光点组成。所以屏幕分辨率也通常用长、宽各多少个点来表示。电脑屏幕的分辨率可以调,而手机屏幕的分辨率通常是固定的。
比如常见13-15寸笔记本电脑的默认屏幕分辨率是1920x1080,但也可以最低调到800x600。而主流手机的屏幕分辨率最近几年也已经达到1080p(水平方向有1080个像素)。
很多地方(包括Windows操作系统中)把DPI也称为分辨率,让分辨率这个概念更加混乱。DPI是dots per inch的简称,PPI是pixels per inch的简称,它们的意思基本相同,都代表像素或者点阵的密度。是由上面第一部分提到的像素或者点阵的数量除以长度得到的。
DPI/PPI的应用场景有三处:屏幕、图像显示、打印。
1. 屏幕
苹果手机在推出iPhone4的时候,引入了视网膜屏的概念,也让普通用户注意到了像素密度(ppi)。当时这款智能手机的屏幕达到了326ppi,超过了300这个人眼能分辨的极限,所以称为视网膜屏。
早期电脑显示器每英寸上有72个点,也就是所谓的72dpi。理论上来说,这些dpi或者ppi的值应该用对角线上的理论点数除以对角线长度得到。这里要用到勾股定理。不过屏幕上的点通常是正方形,所以用任意一条边上的点数除以边长,也能得到同样的结果。
只有当电脑屏幕分辨率被强行设置为跟屏幕形状不一致的时候,比如16:9的屏幕,设置为4:3的长宽比,这个时候从横边和竖边计算的结果不同,就只能以对角线为准了。
2. 图像显示
Windows操作系统在设置屏幕的时候把横竖各多少像素称为分辨率(resolution),但在显示图像信息时里又把DPI称为分辨率(resolution),而把横竖各多少像素称为尺寸(dimensions)。这就造成了一定程度的混乱。下图是在电脑里打开一张苹果手机拍摄的照片时看到的图像信息。
为了跟电脑显示器匹配,数字图像大都默认是72dpi。手机或者数码相机拍到的图像,如果在Windows里查询这个属性,就会发现都是72dpi。电镜图像也基本都是如此。
无论是EMSIS公司的Radius软件,或者Gatan公司的GMS软件,拍到的电镜图像保存成TIF或者JPG格式时,图像属性里的horizontal resolution和vertical resolution也都是72dpi。这个参数的值跟相机型号、电镜型号和图像的拍摄条件都没有关系,也跟图像本身的清晰程度没有关系。
3. 打印
打印机打印图像的时候,在打印机属性里也有一个dpi的设置,表示每英寸印多少个点。如下右图所示。这里要注意的是,打印出来的图像的清晰程度(dpi)是由这个打印机设置决定,而不是由图像属性里的72dpi或者200dpi决定的。因为图像的像素点数量是固定的,不会随图像属性里dpi的设置而变化。前面提到的图像属性里的72dpi只作为一个缺省值,打印的时候优先等级低于打印机属性里设置的dpi。
在这里补充说明一点,上面图像显示里提到这个72dpi的值也不是完全没有意义。当把一个很大的图像插入到Word文档时,同一个图像设置为100dpi和300dpi没有区别。这是因为Word里面有个默认设置,当图像比Word文档更宽的时候自动缩小到跟Word文档同宽,以显示完整的图像。但是一个很小的图像插入到Word文档时,设置为100dpi的图像就看起来明显比300dpi的大很多。在以后的第(三)部分中,我们将分享几种修改默认dpi值的方法。
上面分析了各种分辨率、DPI、PPI。这些概念虽有混乱,仔细分析之后是有脉络可循的。
前面写到,Windows图像属性里默认的图像分辨率是72dpi,这是为了与早期电脑显示器的像素密度匹配。
那么,如果要修改图像属性里的默认dpi,该怎么做呢?这里分享一种用irfanview软件来批处理的办法。
1. 在Irfanview软件里File—>Batch conversion/Rename打开批处理界面,如上图所示。在左上方选择Batch conversion(这个是默认选择,只需要检查一下没有被改)。
2. 在Batch conversion settings下的Output Format选择合适的格式(比如TIF或者JPG),建议跟原来的格式相同。然后按Advanced。
3. 在Advanced界面的左下角Set new DPI value后面输入新的DPI,比如200,然后按OK退出。
4. 在右上方look in找到文件夹,然后选择需要转化的图像,酌情按Add All全选或者选择特定图像后按Add。
5. 选择图像处理后保存的位置
6. 按Start batch开始批处理,如果处理失败(比如文件夹中已经有同名文件),会有提示。如果看到下面的提示,就是已经成功了。
再打开软件,就会发现horizontal
resolution和vertical
resolution已经变成200dpi。