苹果的视网膜显示屏

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。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。 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。