单像素成像原理，像素原理详解

很多朋友对单像素成像原理，像素原理详解不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

像素由图像的小方块组成，这些小方块有明确的位置和指定的颜色值。小方块的颜色和位置决定了图像的外观。像素可以被视为整个图像中不可分割的单元或元素。不可分割意味着它不能被分割成更小的单元或元素。它存在于单个颜色单元中。每个点阵图像包含一定数量的像素，这些像素决定了图像在屏幕上的大小。原则

其他几个概念，如体素、纹理元素和表面元素，都是从像素的概念中衍生出来的，用于其他计算机图形和图像处理应用程序。点有时用来表示像素，特别是对于电脑营销人员，大多数时候用DPI(每英寸点数)来表示。

我们可以说，可见图像(如打印页面)中的像素是由电子信号表示的像素，由数字表示的像素，显示器上的像素，或数码相机(光敏元件)中的像素。这个列表还可以增加很多其他的例子，根据上下文会有一些更准确的同义词，比如像素、采样点、字节、位、点、点、超集、三元组、边缘集、窗口等等。

我们也可以抽象地讨论像素，特别是用像素作为分辨率(也叫分辨率，下同)的度量时，比如每英寸2400像素或者每行640像素。虽然分辨率有更具体的定义，但图像的像素数有时也称为图像分辨率。用于表示图像的像素越多，结果就越接近原始图像。

像素可以用一个数字来表示，比如一个“0.3兆像素”的数码相机，它的额定值是300，000像素；也可以用一对数字来表示，比如“640x480显示”，表示水平640像素，垂直480像素(就像VGA显示一样)，那么它的总数就是640x480=307,200像素。

数字化图像(如网页中常用的JPG文件)的颜色采样点也称为像素。由于计算机显示器的类型不同，这些可能不会与屏幕像素的某些区域一一对应。在这个明显不同的区域，图像文件中的点更接近纹理元素。

在计算机编程中，由像素组成的图像称为位图或光栅图像。光栅一词来自模拟电视技术，位图图像可用于编码数字图像和一些类型的计算机生成的艺术。简单地说，像素是图像中一个点的数值。点画成线，线画成面。当然，一张图片的清晰度不仅仅是由像素决定的。像素值

相机所说的像素实际上是指最大像素，是分辨率的单位，这个像素值只是相机支持的有效最大分辨率。30万640 480.5万800 600.8万1024 768 5英寸3.5 5英寸130万1280 960 6英寸4 6英寸200万1600 1200 8英寸6 8英寸3.5 5英寸

500万2560 1920 12英寸(10 12英寸)8英寸(6 8英寸)600万3000 2000 14英寸(11 14英寸)10英寸(8 10英寸)800万3264 2488 16英寸(12 10英寸)1400万4536 3024 24英寸(18 24英寸)14英寸(11 14英寸)及以上为大概尺寸。单位

当图片尺寸以像素为单位时，我们需要指定其固定分辨率，以便将图片尺寸转换为现实中的实际尺寸。比如网页中最常用图片的分辨率是72，即每英寸72像素，1英寸等于2.54厘米，那么通过换算可以得出每厘米等于28像素；再比如一张图片，长度为15x15，等于420*420像素的长度。每英寸LPI线每英寸PPI像素每英寸原始像素。

因为大多数计算机显示器的分辨率可以通过计算机的操作系统来调整，所以显示器的像素分辨率可能不是一个绝对的衡量标准。现代液晶显示器通过设计具有原始分辨率，这代表了像素和三元组之间的完美匹配。阴极射线管也使用红绿蓝荧光三联体，但与图像像素不重合，所以无法与像素相比。

对于这种显示器，原始分辨率可以产生最精细的图像。但是因为用户可以调整分辨率，所以显示器必须能够显示其他分辨率。非原始分辨率必须在液晶屏上通过拟合重采样实现，要使用插值算法。这往往会使屏幕看起来破碎或模糊。

例如，原始分辨率为12801024的显示器在分辨率为12801024时看起来最好。用几个物理三元素组表示一个像素也可以显示800600，但是16001200的分辨率可能因为物理三元素组不够而无法完全显示。像素可以是矩形或正方形。有一个数字叫长宽比，用来表示像素多。

例如，1.25:1的纵横比意味着每个像素的宽度是其高度的1.25倍。电脑显示器上的像素通常是方形的，但用于数字图像的像素具有矩形纵横比，例如PAL和NTSC、CCIR 601数字图像标准的变体以及相应的宽屏格式中使用的像素。单色图像的每个像素都有自己的灰度级。0通常表示黑色，最大值通常表示白色。

例如，在8位图像中，最大无符号数是255，因此这是一个白色值。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，但通常用红绿蓝的强度来表示(见RGB)。一个像素可以表达的不同颜色的数量取决于每个像素的位数(BPP)。这个最大数可以通过取色深的二次方来得到。比如常见的值有：8 bpp[2 ^ 8=256；(256色)]；

16 bpp[2^16=65536；(65536色，称为高色)]；24 bpp[2^24=16777216；(16，777，216色，称为真彩色)]；48 bpp[2^48=281474976710656；(281，474，976，710，656色，很多专业扫描仪都用)。256色或更少颜色的图形通常以块或平面格式存储在视频存储器中，其中视频存储器中的每个像素是称为调色板的颜色阵列的索引值。因此，这些模式有时被称为索引模式。

虽然一次只有256种颜色，但这256种颜色是从更大的调色板中选择的，通常是16兆色。您可以通过更改调色板中的颜色值来获得动画效果。95(windows95和98(windows98的logos大概是这类动画最著名的例子了。对于超过8位的深度，这些数字是三个分量(红、绿、蓝)的数字之和。16位深度通常分为5位红色、5位蓝色和6位绿色(眼睛对绿色更敏感)。

24位的深度通常是每个组件8位。在一些系统中，32位深度也是可选的：这意味着24位像素有8个额外的数字来描述透明度。在较老的系统中，4bpp(16色)也很常见。当图像文件显示在屏幕上时，对于光栅文本和显示，每个像素的位数可能不同。某些光栅图像文件格式比其他格式具有更大的颜色深度。

例如，GIF格式的最大深度为8位，而TIFF文件可以处理48位像素。没有显示器可以显示48位颜色，因此这种深度通常用于特殊的专业应用，如胶片扫描仪和打印机。这个文件在屏幕上以24位的深度绘制。像素只是决定清晰度的条件之一。一台相机可以使用20481536像素的分辨率，也就是通常所说的“310万像素”(20481536=3145728)。有许多子像素

由于不同的原因，显示器和图像采集系统不能在同一点显示或感知不同的颜色通道。这个问题通常由多个子像素来解决，每个子像素处理一个颜色通道。

例如，LCD显示器通常将每个像素水平分解成3个子像素。大多数LED显示器将每个像素分解成4个子像素；一支是红色的，两支是绿色的，一支是蓝色的。大多数数码相机传感器也使用子像素，并通过彩色滤光片来实现。(CRT显示器也使用红绿蓝荧光点，但不与图像像素对齐，所以不能称为子像素)。

对于有亚像素的系统，有两种不同的处理方法：可以忽略亚像素，将像素视为最小的可访问图像元素，或者将亚像素包含在渲染计算中，这需要更多的分析和处理时间，但在某些情况下可以提供更好的图像。后一种方法用于提高彩色显示器的外观分辨率。

这种技术称为子像素渲染，使用像素几何来单独操纵子像素，这对于具有原始分辨率的平板显示器来说是最有效的(因为这种显示器的像素几何通常是固定的和已知的)。这是抗锯齿的一种形式，主要用于改善文本的显示。微软的ClearType，可以在Windows XP上使用，就是这种技术的一个例子。百万像素百万像素是一百万个像素，通常用来表示数码相机的分辨率。

数码相机使用光敏电子器件，或耦合电荷器件(CCD)或CMOS传感器，记录每个像素的灰度级。在大多数数码相机中，CCD采用一定排列的彩色滤光片，在拜耳滤光片组件中有红、绿、蓝三个区域，使光敏像素可以记录单个原色的灰度级。

相机对相邻像素的颜色信息进行插值，这一过程称为去马赛克，然后创建最终图像。这样，数码相机中X百万像素图像的最终颜色分辨率可能只有扫描仪中相同图像分辨率的四分之一。这样，蓝色或红色物体的图像往往比灰色物体的图像更模糊。绿色物体似乎不那么模糊，因为绿色被分配了更多的像素(因为眼睛对绿色很敏感)。

详细讨论见[1]。作为一项新的发展，Foveon X3 CCD使用三层图像传感器来检测每个像素的红色、绿色和蓝色强度。这种结构消除了对去拼写的需要，从而消除了相关的图像混叠，例如高对比度边缘的颜色模糊。

有效像素首先我们要明确一张数码照片的实际像素值和传感器的像素值是不一样的。以一般的传感器为例，每个像素都有一个光电二极管，代表照片中的一个像素。

比如一台500万像素的数码相机，它的传感器可以输出分辨率为2,560 x 1,920的图像——实际上，准确地说，这个数值只相当于490万有效像素。有效像素周围的其他像素负责其他任务，比如决定“什么是黑”。很多时候，并不是传感器上的所有像素都可以使用。像素插值一般来说，传感器中不同位置的每个像素构成了画面中的每个像素。

比如一张500万像素的照片，是通过传感器中500万像素(除有效像素外的其他像素只负责计算)对进入快门的光线进行测量和处理得到的。但是有时候我们可以看到这样的数码相机：它只有300万像素，却可以输出600万像素的照片！其实这里没什么假的，只是相机在传感器300万像素测量的基础上进行计算和插值，来增加照片的像素数。

摄影师在拍摄JPEG格式的照片时，这种“机内放大”的画质会比我们的电脑放大要好，因为“机内放大”是在图片压缩成JPEG格式之前完成的。有数码照片处理经验的摄影师都知道，在电脑中放大JPEG图像，会使画面迅速细腻流畅。

虽然数码相机内插的画质比传感器像素正常输出的要好，但是内插图像的文件大小比正常输出的图像要大很多(比如300万传感器像素内插成600万像素，最后输入存储卡的图像是600万像素)。所以插值得到的高像素似乎并没有太大的可取之处。事实上，使用插值就像使用数字变焦一样——它无法创建原始像素无法记录的细节。总像素

CCD的总像素也是一个很重要的指标。由于不同厂商采用的技术不同，其厂商的标称CCD像素与相机的实际像素并不直接对应，所以在购买数码相机时，更重要的是看相机的实际总像素。

一般来说，如果总像素级别达到300万左右，就可以满足一般应用。一般200万像素和100万像素的产品也能满足低端使用。当然，像素更高的数码相机可以获得更高质量的照片。一些公司已经开始推出2200像素的普通数码相机。

数码相机数码相机的发展和变化，从某种意义上来说，比人们预想的要快得多。2007年底，高像素相机已经进入普通消费者手中。比如800万像素的摄像头，价格并不是很高。像素可以是3，2642，448=7，990，272。应用领域编辑数码相机像素是衡量数码相机最重要的指标。像素是指数码相机的分辨率。

由相机中光电传感器上的感光元件数量决定，一个感光元件对应一个像素。所以像素越大，感光元件越多，相应的成本也就越大。

数码相机的图像质量部分由像素决定。当它们大于某个尺寸时，简单地用像素来比较是没有意义的。主流单反数码相机的像素在1000万左右，但是普通摄影和家用500万像素就够了，因为我们使用的显示器分辨率有限，一般在1024768到19201200之间。如果以此分辨率显示像素过高的图片，图片将被压缩到当前屏幕的大小。

成像质量主要取决于相机镜头和感光元件的尺寸和质量。

像素越大，照片的分辨率越高，可打印的尺寸也越大。不过早期的数码相机都是100万像素以下的。从1999年下半年开始，200万像素产品逐渐成为市场主流。(手机一般是200万像素，普通数码相机一般在300万像素以上。)

目前数码相机的发展趋势，像素就像一台PC的CPU的主频，而且有越来越大的势头。其实从市场分类来看，对于大众化的产品，考虑到性价比这个因素，像素越大越好。毕竟，200万像素的产品已经能够满足普通消费者的大多数应用。

正因如此，在大多数厂商追求高端数码相机高像素的同时，目前产量最大的依然是大众化的百万像素产品。顶级专用相机拥有超过1亿像素的产品。另外，值得消费者注意的是，目前的数码相机产品在名义上分为CCD像素和软件优化的像素，后者远高于前者。比如某品牌的大众数码相机，CCD像素230万，而软件优化后的像素可以达到330万。

数码相机的像素分为最大像素数和有效像素数。

最大像素

英文名称为Maximum Pixels，所谓的最大像素是经过插值运算后获得的。插值运算通过设在数码相机内部的DSP芯片，在需要放大图像时用最临近法插值、线性插值等运算方法，在图像内添加图像放大后所需要增加的像素。插值运算后获得的图像质量不能够与真正感光成像的图像相比。

在市面上，有一些商家会标明“经硬件插值可达XXX像素”，这也是相同的原理，只不过在图像的质量和感光度上，以最大像素拍摄的图片清晰度比不上以有效像素拍摄的。

最大像素，也直接指CCD/CMOS感光器件的像素，一些商家为了增大销售额，只标榜数码相机的最大像素，在数码相机设置图片分辨率的时候，的确也有拍摄最高像素的分辨率图片，但是，用户要清楚，这是通过数码相机内部运算而得出的值，在打印图片的时候，其画质的减损会十分明显。

有效像素

有效像素数英文名称为Effective Pixels。与最大像素不同，有效像素数是指真正参与感光成像的像素值。最高像素的数值是感光器件的真实像素，这个数据通常包含了感光器件的非成像部分，而有效像素是在镜头变焦倍率下所换算出来的值。以美能达的DiMAGE7为例，其CCD像素为524万（5.24Megapixel），因为CCD有一部分并不参与成像，有效像素只为490万。

数码图片的储存方式一般以像素（Pixel）为单位，每个象素是数码图片里面积最小的单位。像素越大，图片的面积越大。要增加一个图片的面积大小，如果没有更多的光进入感光器件，唯一的办法就是把像素的面积增大，这样一来，可能会影响图片的锐力度和清晰度。所以，在像素面积不变的情况下，数码相机能获得最大的图片像素，即为有效像素。

用户在购买数码相机的时候，通常会看到商家标榜“最大像素达到XXX”和“有效像素达到XXX”，那用户应该怎样选择呢？在选择数码相机的时候，应该注重看数码相机的有效像素是多少，有效像素的数值才是决定图片质量的关键。

电视像素

电视像素在电视系统中的作用是：

（1）决定图像清晰度。像素分得越小，画面的总像素就越多，图像也就越清晰。

（2）便于图像的电视传送。可以用扫描方式逐点顺次取出图像信息，并转变为可传送的电信号。

（3）便于电视显像。无论用什么形式显像，都可是用扫描方式逐点还原出像点。

像素画

像素其实是由很多个点组成。我们这里说的“像素画”并不是和矢量图对应的点阵式图像，而是指的一种图标风格的图像，此风格图像强调清晰的轮廓、明快的色彩，同时像素图的造型往往比较卡通，因此得到很多朋友的喜爱。

像素图的制作方法几乎不用混叠方法来绘制光滑的线条，所以常常采用.gif格式，而且图片也经常以动态形式出现.但由于其特殊的制作过程，如果随意改变图片的大小，风格就难以保证了。

像素画的应用范围相当广泛，从小时候玩的FC家用红白机的画面直到今天的GBA手掌机；从黑白的手机图片直到今天全彩的掌上电脑；即使我们日以面对的电脑中也无处不充斥着各类软件的像素图标。如今像素画更是成为了一门艺术，深深的震撼着你我。

审核编辑：李倩

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