苹果的视网膜显示屏

布莱恩·琼斯(Bryan Jones)是美国犹他大学的视网膜神经学家,亦喜好摄影。想来,这双重身份恰好可以对 iPhone 4 的「视网膜显示屏」评头论足一番。的确如此,借助实验室仪器,他拍摄了数代 iPhone 与 iPad 的屏幕,并做细致分析。他认为,普通人眼的视敏度并未如某些专家宣称的那么高,并通过计算得出,在 12 英寸(30.5 厘米,即通常手机与人眼的距离)的距离上,视网膜的极限分辨率可换算为每英寸 287 点,佐证了苹果的言论。 除专业知识值得一看外,对我而言,本文的要点是:「由于显示屏和玻璃面板不再间有缝隙,画质得以进一步提高」。 此文既出,对 iPhone 4 屏幕素质的质疑可以休矣。 现在看来,大多数地球人已经知道,苹果最新的 iPhone 4 今日发售。新机型功能繁多,引人注目的要数视网膜显示屏了。当史蒂夫·乔布斯初次在 WWDC 上引用该术语时,我瞪大了眼睛。作为一个视网膜科学家,我立即对此生疑起来。我的大脑开始飞速运转,我想知道,这是否是我上一次参访苹果技术开发实验室所见到的成果转换呢。对此次访问,我只能守口如瓶,但视网膜显示屏,这一超高分辨率的显示器,是我之前从未见过的新技术。本质上,这是一个由 LED 背光驱动的像素密度为 326 PPI 的 LCD 显示器(分辨率 960×640,Daring Fireball 的约翰·格鲁伯在三月便预测了此分辨率),在这样的显示屏中,每一个像素仅占 78 微米大小。我用显微镜捕捉了几款产品的液晶图像,如你所见,这些像素并不方整。相反,他们是矩形,短轴为 78 微米,长轴大约是 102 微米。我摄了 iPhone 初代、3GS、iPhone 4 以及 iPad,可以借此比较它们像素大小的差异。比例尺和测试结果均为近似值,为了找到合适的校准值,昨夜我在实验室里花了不少心思。不过,今次测量,无论是检验相对的像素尺寸,还是判度苹果是否过誉,均有益处。 初代 iPhone 如你所见,初代 iPhone 的像素(各由一个红色、绿色和蓝色的子像素组成)的大小约 190 x 500 微米此外,亦可见屏幕模糊不清。虽然对焦准确无误,但液晶面板位于玻璃与触摸传感器的下方,因而图像质量有所减损。 iPhone 3GS 如同第一代 iPhone,iPhone 3GS 的像素大小基本相同,虽然接触位置不同。同样,像素尺寸约 190 x 500 微米,也存在模糊的问题。 iPhone 4 iPhone 4 屏摄的放大倍数与之前两款 iPhone 皆同,可以看到像素尺寸大为缩小。这些像素虽小,但倘若你仔细观察,子像素内似乎还有子像素的存在。我不确定是否如此,也许这是工艺的特征吧。由于 iPhone 4 的屏幕与玻璃面板粘合,消除了二者的间距,因此图像失真已不可察。
  • 初代 iPhone:约 176 × 223 微米
  • iPhone 3GS:约 176 × 223 微米
  • iPhone 4::约 78 × 102 微米
那么...史蒂夫说过,该显示屏的像素密度同人眼的视网膜旗鼓相当。我虽果粉,但这说法似乎还是有些夸张了,我打算草做计算,看看是否到底如此。很显然,我不是第一个这么做的博士,还有人要和乔布斯摊牌呢。而且就视网膜而言,索内拉博士的观点不完全正确,但视网膜显示屏的分辨率的确接近了视觉极限。 从本质上讲,这里说的是视敏度,即视觉系统识别细部层次的能力。该问题涉及大量细节,包括对比度、距离、屏幕分辨率及像素尺寸,然后才可能借此推算图形在视网膜上大致的视觉分辨率。对比度的说法更加难以度量,它受诸多光学因素的影响,例如受阅内容自身的色彩、像素点的灰阶与色彩显示能力,甚至还要顾及环境光照。苹果声称 800:1 的对比度,那么,我暂且相信,以便将精力集中于分辨率上。 「正常」人眼被认定为具有标准的视敏度,或称 20/20 vision(编者:即中国人常说的 1.0 视力)。这意味着,视力是 20/20 的眼睛可以区分角距为 1 弧分(1/60 度)的两条直线或两个像素点。 一个光学系统的分辨能力取决于光学探测器对角距的敏感度。在视网膜中,探测器即光受器(Photoreceptor)。我们所见的物体通过角膜和晶状体,投射至眼球后部布满视网膜感光细胞的成像平面。 理论上视网膜的分辨极限,以白黑线条交织的图像为例,对于健康无损的肉眼来说,大约是每度 120 像素。这相当于一弧分或 0.000291 弧度( π /(60*180 ))。假设眼球的名义焦距为 16 毫米,那么,观察细节的最佳视距(从眼球至物体)大约在 12 英寸,而这个距离作为用户使用 iPhone 时距屏幕的通常视距亦是合理的。 索内拉博士以 0.5 弧分为计算依据,然而据我阅读文献的体会,这个数值过于低了。根据一项相对较新的,但仍属人视网膜感光细胞密度的权威研究(Curcio, C.A., K.R. Sloan, R.E. Kalina and A.E. Hendrickson 1990 Human photoreceptor topography. J. Comp. Neurol. 292:497-523.)人眼的感光细胞密度大约是 19.9 万/每平方毫米,范围则在 10 万至 32.4 万之间。柯西奥博士等人通过计算得出,视网膜分辨率为 77 周期/每度(编者:即空间频率:单位距离中,相同形式几何结构重复的次数,参见。)或 0.78 弧分/每周期。但是,这并未虑及大多数人所接收的 1 弧分/每周期的参量,因而实际的成像质量应有所降低。因此,如果正常的人眼可以在一英尺的距离上区分间距为 1 弧分/每周期的两点,那么,我们应能够认出间距为 89 微米的两点,换算成每英寸大约 287 个像素点。由于 iPhone 4 的像素密度(326 PPI)大于此,那么我认为苹果的说法经得起人眼的审视。 iPad 作为参考,在此放出 iPad 的屏摄图,放大率同上图的 iPhone 一致。正如你所看到的,像素尺寸大得多,并呈人字平行排列,这种形式多见于高端桌面显示器,例如苹果的 Cinema Display。

[原文链接;作者:Bryan Jones]