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像素

像素是任何计算机、手机或平板电脑显示器的基本元素,对于彩色显示器来说,像素由光的三种基色组成:红色、绿色和蓝色。计算机图像由按行和列排列的数千个像素组成。这些单独的像素如何存储在计算机或设备内存和图像文件中的方式多年来一直在发展,我们在下面解释其中的一些方法。

像素可以是单色、灰度或彩色,根据这一点,它对存储单个像素所需的计算机或设备内存量有直接影响。

单色

在较旧的计算机系统上,为了降低成本,通常配备能够显示绿色或黑色像素的单色屏幕。这不仅简化了屏幕的设计要求,而且还意味着一个像素可以在计算机内存中表示为 0 或 1 (二进制位)这将最大限度地减少存储图像所需的内存,因为您可以在单个图像中存储 8 个像素字节计算机内存。

全彩场景

全彩场景

同样的全彩场景转换为单色黑白

相同的全彩场景转换为黑白

同一张黑白图像的放大部分

同一张黑白图像的放大部分

灰度

灰度像素通常具有 256 级灰度,包括黑色和白色。 256 个可能的值是使用单个内存字节存储灰度值的结果。确保灰度像素仅需要 1 字节内存有很多好处。除了减少存储图像所需的内存之外,它还使软件开发人员处理这些图像变得相对简单。

全彩场景

全彩场景

相同的全彩场景转换为灰度

相同的全彩场景转换为灰度

图像中使用的 256 级灰度

图像中使用的 256 级灰度

颜色

多年来已经开发了多种用于存储彩色像素的方法。其中许多与彩色屏幕的限制无关,而是与最小化当时非常昂贵的计算机内存量的需要有关(内存)需要存储彩色图像,以及早期计算机中图形硬件的限制。

调色板

在计算的早期,为了确保有效的内存使用并支持图形硬件的限制,可以使用一定大小的调色板来指定彩色图像。这些调色板大小通常为 2、4、8、16 和 256 种颜色。这些颜色通常取自更大的可用颜色池。可以使用不同的算法,例如弗洛伊德-斯坦伯格抖动拍摄一张全彩照片(通常包含数千种颜色),并将其缩小到适合 256 色调色板,同时仍然保持非常好的图像质量。这正是旧图像格式使用的方法,例如GIF

全彩场景

全彩场景

相同的全彩场景缩减为 256 色调色板

相同的全彩场景缩减为 256 色调色板

使用的 256 色调色板

使用的 256 色调色板

饱满的色彩

随着时间的推移和设备内存容量的增加和价格的降低,以及设备硬件性能的持续改进,使用调色板来减少存储图像所需的内存量已变得不再那么重要。这导致现代图像格式中的像素以高色彩格式存储,其中红色元素为 1 字节,绿色元素为 1 字节,蓝色元素为 1 字节,从而为全彩像素提供了大约 1670 万种颜色的范围。

这提高了设备​​硬件容量和性能,但消除对调色板的需求并没有消除减少存储图像所需空间量的需要。所以提供的图像格式有损的无损的创建压缩选项是为了减小图像大小,而无需求助于调色板。

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