什么是像素？——别被这个简单的词语迷惑了

理解像素的真相：图像处理的第一原理

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🧩 引言

我们每天都在使用“像素（Pixel）”这个词：

• 高清 4K 电视
• 手机 48MP 摄像头
• 图片尺寸 1920×1080
• AI 绘图、图片压缩、浏览器渲染

但“像素”并不只是一个被放大的小方块，它背后包含采样理论、颜色空间、感光原理以及显示技术等一整套知识体系。

本文将从多个角度拆解像素，让你真正理解：

像素不是图像的最小物理单位，而是数字世界中的数学抽象。

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“Pixel” = “Picture Element”。 它表示图像在某个坐标的颜色采样点。

关键要点：

• 它不是一个“实物”，而是数字信号的最小采样单位
• 每个像素包含颜色信息（RGB、RGBA、YCbCr 等）
• 像素之间没有物理边界
• 像素的实际显示大小取决于屏幕的 DPI / PPI

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在显示器上它看起来是正方形，但从图像数学角度：

• 像素只是一个“点”
• 并没有固定几何形状
• 渲染引擎会把它绘制成网格状
• 某些视频格式有“非方形像素”（Anamorphic Pixel）

例子： DVD 的 720×480 视频在显示时需要拉伸到 16:9，这就是像素宽高比不为 1:1 的典型案例。

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很多人把它们混为一谈。

名称	代表含义	说明
Pixel（像素）	图像的采样点	数字概念
Dot（点）	屏幕实际显示点	物理概念
Subpixel（子像素）	R/G/B 发光单元	物理结构（如 PenTile）

例如“1080p”的图片 ≠ 显示器上的“1080p 像素点阵”。

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一个像素通常由以下数据组成：

RGB：

R 0–255  
G 0–255  
B 0–255

RGBA：

再加一个 alpha 通道：

A 0–255（透明度）

YCbCr（JPEG/视频格式）

亮度 + 色差：

Y（亮度）
Cb（蓝色差）
Cr（红色差）

人类对亮度比颜色更敏感，因此视频压缩会“牺牲颜色精度”，但保留亮度像素。

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像素的显示效果取决于像素密度。

• PPI（Pixels Per Inch）：显示屏指标
• DPI（Dots Per Inch）：打印指标

Retina 为什么清晰？

因为人眼在常用距离内无法分辨相邻子像素。

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相机像素（传感器的 photosites）≠ 图像像素。

传感器像素：

• 物理感光单位
• 使用 Bayer Filter（RGGB）
• 一个像素实际上只采集一种颜色的光

图像像素：

• 通过算法（Demosaicing）合成
• 获得最终 RGB 值

这解释了为什么“48MP”的相机并不代表图片细节有 48MP 级别。

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当图像放大时，需要生成不存在的像素：

• Nearest Neighbor（像素点变方块）
• Bilinear（柔化模糊）
• Bicubic（更平滑）
• AI 超分辨率（预测高频细节）

像素放大本质上是估算缺失信息的过程。

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浏览器渲染图片流程：

1. 读取像素
2. 转换颜色空间（sRGB / P3）
3. Gamma 校正
4. 显示引擎混合
5. 设备子像素渲染
6. 屏幕像素点发光

=> 一个像素从文件到眼睛至少经历 4 次变化。

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你现在知道：

• 像素不是方块，只是“采样点”
• 像素 ≠ 物理点
• 相机像素与图片像素完全不同
• 像素放大涉及数学插值
• 屏幕如何解释一个像素依赖色彩、亮度、Gamma、子像素结构

理解像素，是掌握图像处理、压缩、摄影、显示技术、AI 生成的基础。