像素

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像素,又稱画素,為圖像顯示的基本單位,譯自英文pixel」,pix是英语单词picture的常用简写,加上英语单词“元素”element,就得到pixel,故“像素”表示「圖像元素」之意,有時亦被稱為pelpicture element)。每个这样的信息元素不是一个或者一个方块,而是一个抽象的采样。仔细处理的话,一幅图像中的像素可以在任何尺度上看起来都不像分离的点或者方块;但是在很多情况下,它们采用点或者方块显示。每個像素可有各自的顏色值,可採三原色顯示,因而又分成三種子像素RGB色域),或者品红CMYK色域,印刷行业以及打印机中常见)。照片是一个个采样点的集合,在图像没有经过不正确的/有损的压缩或相机镜头合适的前提下,單位面積内的像素越多代表解析度越高,所顯示的圖像就會接近于真实物体。

综述[编辑]

一个像素通常被视为图像的最小的完整采样。这个定义和上下文很相关。例如,我们可以说在一幅可见的图像中的像素(例如打印出来的一页)或者用电子信号表示的像素,或者用数码表示的像素,或者显示器上的像素,或者数码相机(感光元素)中的像素。这个列表还可以添加很多其它的例子,根据上下文,会有一些更为精确的同义词,例如画素,采样点,字节,比特,点,斑,超集,三合点,条纹集,窗口,等等。我们也可以抽象地讨论像素,特别是使用像素作为解析度的衡量时,例如每英寸2400像素(ppi,Pixels per inch)或者640像素/线。“点”有时用来表示像素,特别是计算机市场,由于计算机显示器如LCDCRT是由一个个极小的点来描绘图像的,LCD显示器在标准屏幕分辨率下,对于一个像素可认为是由显示器的一个“点”来显示,因此ppi有时所写为DPI(dots per inch,每英寸点数)。通常DPI这个单位用于印刷领域,而PPI用于计算机领域。

这个例子显示一組電腦的配件被放大的一部分。不同的灰度混合在一起产生了光滑图像的假相。注意,有时候(例如在这个例子中),文本的边缘像素其色彩被减弱以减少在正常大小时锯齿状的走样。这被称为抗失真(AntiAliasing,缩写为AA,显卡领域更通俗的叫法是“抗锯齿”或“反锯齿”、“反走样”)。

用来表示一幅图像的像素越多,结果更接近原始的图像。一幅图像中的像素个数有时被称为图像解析度,虽然解析度有一个更为特定的定义。像素可以用一个数表示,譬如一个"3兆像素" 数码相机,它有额定三百万像素,或者用一对数字表示,例如"640乘480显示器",它有横向640像素和纵向480像素(就像VGA显示器那样),因此其总数为640 × 480 = 307,200像素(30.72万像素)。

数字化图像的彩色采样点(例如网页中常用的JPG文件)也称为像素。取决于计算机显示器,这些可能不是和屏幕像素一一对应的。在这种区别很明显的区域,图像文件中的点更接近纹理元素

在计算机编程中,像素组成的图像叫位图或者光栅图像光栅一词源于模拟电视技术。位图化图像可用于编码数字影像和某些类型的计算机生成艺术

原始和逻辑像素[编辑]

因为多数计算机显示器的解析度可以通过计算机的操作系统来调节,显示器的像素解析度可能不是一个绝对的衡量标准。

现代液晶显示器按设计有一个原始解析度,它代表像素和三元素组之间的完美匹配。(阴极射线管也是用红-绿-蓝荧光三元素组,但是它们和图像像素并不重合,因此和像素无法比较)。

对于该显示器,原始解析度能够产生最精细的图像。但是因为用户可以调整解析度,显示器必须能够显示其它解析度。非原始解析度必须通过在液晶屏幕上拟合重新采样来实现,要使用插值算法。这经常会使屏幕看起来破碎或模糊。例如,原始解析度为1280×1024的显示器在解析度为1280×1024时看起来最好,也可以通过用几个物理三元素组来表示一个像素以显示800×600,但可能无法完全显示1600×1200的解析度,因为物理三元素组不够。

像素可以是长方形的或者方形的。有一个数称为长宽比,用于表述像素有多方。例如1.25:1的长宽比表示每个像素的宽是其高度的1.25倍。计算机显示器上的像素通常是方的,但是用于数字影像的像素有矩形的长宽比,例如那些用于CCIR 601数字图像标准的变种PAL和NTSC制式的,以及所对应的宽屏格式。

单色图像的每个像素有自己的灰度。0通常表示黑,而最大值通常表示白色。例如,在一个8位图像中,最大的无符号数是255,所以这是白色的值。

在彩色图像中,每个像素可以用它的色调,饱和度,和亮度来表示,但是通常用红绿蓝强度来表示(参看红绿蓝).

位元每像素[编辑]

一个像素所能表达的不同颜色数取决于比特每像素(BPP,bit per pixel)。这个最大数可以通过取2的色彩深度次幂来得到。例如,常见的取值有

  • 8 bpp:256色,亦称为“8位色”;
  • 16 bpp:216=65,536色,称为高彩色,亦称为“16位色”;
  • 24 bpp:224=16,777,216色,称为真彩色,通常的记法为“1670万色”,亦称为“24位色”;
  • 32 bpp:224 +28,计算机领域较常见的32位色并不是表示232种颜色,而是在24位色基础上增加了8位(28=256级)的灰度(亦称“灰阶”),因此32位色的色彩总数和24位色是相同的,32位色也称为真彩色、或全彩色
  • 48 bpp:248=281,474,976,710,656色,用于很多专业扫描仪

256色或者更少的色彩的图形经常以平面格式存储于显存中,其中显存中的每个像素是到一个称为调色板的颜色数组的索引值。这些模式因而有时被称为索引模式。虽然每次只有256色,但是这256种可以选自一个通常是16兆色的调色板,所以可以有多種組合。改变调色板中的色彩值可以得到一种动画效果,视窗95视窗98的标志可能是这类动画最著名的例子了。

对于超过8位的深度,这些数位就是三个分量(红绿蓝)的各自的数位的总和。一个16位的深度通常分为5位红色和5位蓝色,6位绿色(眼睛对于绿色更为敏感)。24位的深度一般是每个分量8位。在Windows系统中,32位深度也是可选的:这意味着24位的像素有8位额外的数位来描述透明度。在老一些的系统中,4bpp(16色)也是很常见的。

当一个图像文件显示在屏幕上,每个像素的数位对于光栅文本和对于显示器可以是不同的。有些光栅图像文件格式相对其他格式有更大的色彩深度。例如GIF格式,其最大深度为8位(256色),而TIFF文件可以处理48位色深。没有任何显示器可以显示48位色彩,人眼只能分辨约1000种颜色,CRT可以显示到32位色,而LCD由于自身的局限性最多只能显示24位色,中低端的LCD只能显示16位色甚至12位色,但如前所述,超过1000种颜色后人眼无从分辨,因此12位色或者16位色对于人眼区别不大。所以48位这个深度通常用于特殊专业应用,例如胶片扫描仪打印机。这种文件在屏幕上采用24位深度绘制

子像素[编辑]

很多显示器和图像获取系统出于不同原因无法显示或感知同一点的不同色彩通道。这个问题通常通过多个子像素的办法解决,每个子像素处理一个色彩通道。例如,LCD显示器通常将每个像素水平分解位3个子像素。多数LED显示器将每个像素分解为4个子像素;一个红,一个蓝,和两个绿。多数数码相机传感器也采用子像素,通过有色滤波器实现。(CRT显示器也采用红绿蓝荧光点,但是它们和图像像素并不对齐,因此不能称为子像素)。

对于有子像素的系统,有两种不同的处理方式:子像素可以被忽略,将像素作为最小可以存取的图像元素,或者子像素被包含到绘制计算中,这需要更多的分析和处理时间,但是可以在某些情况下提供更出色的图像。

后一种方式被用于提高彩色显示器的外观解析度。这种技术,被称为子像素绘制,利用了像素几何来分别操纵子像素,对于设为原始解析度的平面显示器来讲最为有效(因为这种显示器的像素几何通常是固定的而且是已知的)。这是反锯齿的一种形式,主要用于改进文本的显示。微软ClearType,在Windows XP上可用,是这种技术的一个例子。

兆畫素/百万畫素[编辑]

兆畫素(Mega Pixels,缩写为MP)是指有「一百万个畫素」,通常用于表达数码相机的解析度。例如,一个相机可以使用2048×1536畫素的解析度,通常被称为有"3.1兆畫素/310万畫素"(2048×1536=3,145,728,通常只计算前兩個位作有效數字)。

数码相机使用感光电子器件,或者是耦合电荷设备(CCDs)或者CMOS传感器,它们记录每个畫素的辉度级别。在多数数码相机中,CCD采用某种排列的有色滤波器,在Bayer滤波器拼合中带有红,绿,蓝区域,使得感光畫素可以记录单个基色的辉度。相机对相邻畫素的色彩信息进行插值,这个过程称为解拼(de-mosaic),然后建立最后的图像。这样,一个数码相机中的x兆畫素的图像最后的彩色解析度最后可能只有同样图像在扫描仪中的解析度的四分之一。这样,一幅蓝色或者红色的物体的图像倾向于比灰色的物体要模糊。绿色物体似乎不那么模糊,因为绿色被分配了更多的畫素(因为眼睛对于绿色的敏感性)。参看[1] 的详细讨论。

作为一个新的发展,Foveon X3 CCD采用三层图像传感器在每个畫素点探测红绿蓝强度。这个结构消除了解拼的需要因而消除了相关的图像走样,例如高对比度的边的色彩模糊这种走样。

十億像素圖像[编辑]

十億像素圖像是一種極高清解析度圖像,相較於一般1000萬畫素的數位相機,差距高達100倍以上。十億像素圖像通常只用在特定用途,例如人造衛星上。

世界解析度最高的圖像[编辑]

类似概念[编辑]

从像素的思想衍生出几个其它类型的概念,例如体素(voxel)、纹素(texel)和曲面元素(surfel),它们被用于其它计算机图形学图像处理应用。

参看[编辑]

外部连接[编辑]