什麼是像素？——別被這個簡單的詞語迷惑了

理解像素的真相：圖像處理的第一原理

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🧩 引言

我們每天都在使用「像素（Pixel）」這個詞：

• 高清 4K 電視
• 手機 48MP 攝像頭
• 圖片尺寸 1920×1080
• AI 繪圖、圖片壓縮、瀏覽器渲染

但「像素」並不只是一個被放大的小方塊，它背後包含採樣理論、顏色空間、感光原理以及顯示技術等一整套知識體系。

本文將從多個角度拆解像素，讓你真正理解：

像素不是圖像的最小物理單位，而是數位世界中的數學抽象。

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「Pixel」= 「Picture Element」。 它表示圖像在某個座標的顏色採樣點。

關鍵要點：

• 它不是一個「實物」，而是數位訊號的最小採樣單位
• 每個像素包含顏色資訊（RGB、RGBA、YCbCr 等）
• 像素之間沒有物理邊界
• 像素的實際顯示大小取決於螢幕的 DPI / PPI

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在顯示器上它看起來是正方形，但從圖像數學角度：

• 像素只是一個「點」
• 並沒有固定幾何形狀
• 渲染引擎會把它繪製成網格狀
• 某些影片格式有「非方形像素」（Anamorphic Pixel）

例子： DVD 的 720×480 影片在顯示時需要拉伸到 16:9，這就是像素寬高比不為 1:1 的典型案例。

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很多人把它們混為一談。

名稱	代表含義	說明
Pixel（像素）	圖像的採樣點	數位概念
Dot（點）	螢幕實際顯示點	物理概念
Subpixel（子像素）	R/G/B 發光單元	物理結構（如 PenTile）

例如「1080p」的圖片 ≠ 顯示器上的「1080p 像素點陣」。

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一個像素通常由以下資料組成：

RGB：

R 0–255  
G 0–255  
B 0–255

RGBA：

再加一個 alpha 通道：

A 0–255（透明度）

YCbCr（JPEG/影片格式）

亮度 + 色差：

Y（亮度）
Cb（藍色差）
Cr（紅色差）

人類對亮度比顏色更敏感，因此影片壓縮會「犧牲顏色精度」，但保留亮度像素。

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像素的顯示效果取決於像素密度。

• PPI（Pixels Per Inch）：顯示屏指標
• DPI（Dots Per Inch）：列印指標

Retina 為什麼清晰？

因為人眼在常用距離內無法分辨相鄰子像素。

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相機像素（感測器的 photosites）≠ 圖像像素。

感測器像素：

• 物理感光單位
• 使用 Bayer Filter（RGGB）
• 一個像素實際上只採集一種顏色的光

圖像像素：

• 通過演算法（Demosaicing）合成
• 獲得最終 RGB 值

這解釋了為什麼「48MP」的相機並不代表圖片細節有 48MP 級別。

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當圖像放大時，需要生成不存在的像素：

• Nearest Neighbor（像素點變方塊）
• Bilinear（柔化模糊）
• Bicubic（更平滑）
• AI 超分辨率（預測高頻細節）

像素放大本質上是估算缺失資訊的過程。

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瀏覽器渲染圖片流程：

1. 讀取像素
2. 轉換顏色空間（sRGB / P3）
3. Gamma 校正
4. 顯示引擎混合
5. 設備子像素渲染
6. 螢幕像素點發光

=> 一個像素從檔案到眼睛至少經歷 4 次變化。

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你現在知道：

• 像素不是方塊，只是「採樣點」
• 像素 ≠ 物理點
• 相機像素與圖片像素完全不同
• 像素放大涉及數學插值
• 螢幕如何解釋一個像素依賴色彩、亮度、Gamma、子像素結構

理解像素，是掌握圖像處理、壓縮、攝影、顯示技術、AI 生成的基礎。