图像处理基础知识：从像素到颜色模型的全面解析
图像处理基础知识：从像素到颜色模型的全面解析
图像处理是现代数字媒体的核心技术之一，无论是摄影、设计还是视频制作，都离不开对图像基本属性的理解。本文将从像素、分辨率、PPI、色深、颜色模型和常见图像格式等多个维度，全面解析图像处理的基础知识，帮助读者建立扎实的图像处理理论基础。
1. 像素
像素（Pixel）是构成数字图像的最基本单位，是图像显示设备（如电脑屏幕、手机屏幕）上最小的可寻址的显示单元。通常我们说一幅图片的分辨率大小是 1920 * 1080，意思就是长度为 1920 个像素点，宽带为 1080 个像素点。乘积是 1920 * 1080 = 2,073,600，也就是说，这个图像是 200万 像素。每个像素都有自己的颜色值，这些颜色值由红、绿、蓝三种基本色光的不同强度组合而成（即RGB值）。像素的大小和密度直接影响图像的清晰度和细节表现。像素可以被视为图像中的一个点，其位置和颜色共同决定了图像的整体外观。
2. 分辨率
分辨率（Resolution），像素分辨率、打印分辨率DPI：描述图像的像素数量【1920x1080，水平方向1920个像素x垂直方向1080】。
像素分辨率：直接描述图像的像素数量，例如，一个图像的分辨率可以表示为1920x1080，意味着图像在水平方向上有1920个像素，在垂直方向上有1080个像素。像素总数为1920乘以1080，即2073600像素。
打印分辨率DPI：在打印领域，分辨率通常以每英寸点数（Dots Per Inch, DPI）来衡量，描述打印机或扫描仪等设备的输出或输入精度。例如，300DPI意味着每英寸宽度上有300个打印点或采样点。
分辨率与图像清晰度的关系是直接的：分辨率越高，即单位面积内像素越多，图像的细节就越丰富，看起来就越清晰。相反，低分辨率的图像由于像素较少，可能会显得模糊或出现锯齿现象。
像素是构建块：像素是分辨率的基础构成单位，分辨率描述的是这些像素在空间上的分布情况。
图像大小与清晰度：相同尺寸的图像，分辨率越高（即像素总数越多），图像的细节就越丰富，文件体积也越大。反之，减少分辨率会导致图像变得模糊。
显示与打印：在屏幕上显示图像时，分辨率影响图像的清晰度和尺寸；在打印时，DPI决定图像的物理尺寸和清晰度，高DPI可以打印出更精细的细节。
资源消耗：高分辨率图像在处理、存储和传输时需要更多的计算资源和存储空间。
3. PPI
思考这样一个问题：我们平常使用的手机和平板，是不是屏幕越大就越清晰呢？当然不是，其实清晰度和PPI密切相关。
PPI，就是“Pixels Per Inch”，即 每英寸像素。也就是手机（或显示器）屏幕上每英寸面积到底能存放多少个像素点。理论上屏幕 PPI 越高，屏幕就越精细，画质相对就更出色。
平时咱们在选择手机等电子设备时，可以将PPI考虑进去，应该尽量选择 PPI 高一点的，但是 PPI 过高也会造成费电，成本相对高昂等缺点。一般建议在 400+ 的 PPI 是最佳的。
4. 色深
色深(bits per pixel):图像中每个像素可以表示的颜色数
色深是指图像中每个像素可以表示的颜色数量，它直接影响图像的色彩丰富度和细腻程度。色深通常用位数（bits per pixel, bpp）来衡量，表示每个像素的颜色信息是由多少位二进制数来表示。色深越高，能表示的颜色种类就越多，图像看起来就越细腻和真实。
1位色深（1bpp）：每个像素只能表示两种颜色（通常是黑和白），适用于简单的图形和文本。
4位色深（4bpp）：每个像素可以表示16种颜色（2^4=16），常用于早期的计算机图形和游戏
8位色深（8bpp）：每个像素可以表示256种颜色（2^8=256），这是早期网页和操作系统图形的标准，支持简单的调色板，可以实现较丰富的色彩表现
16位色深（16bpp）：可以是5-6-5格式（5位红、6位绿、5位蓝），能表示65536种颜色（2^16=65536），提高了色彩的平滑过渡，适用于较高质量的图像显示。
24位色深（24bpp）：真彩色，每个像素由8位红、8位绿、8位蓝组成，总共可以表示约1670万种颜色（2^24=16777216），几乎涵盖了人眼能识别的所有颜色，是目前大多数数字图像的标准。
32位色深（32bpp）：在24位真彩色基础上增加了一个8位的Alpha通道，用于表示透明度，适用于需要透明效果的图像。
在BMP格式中，色深是一个重要的参数，它决定了文件的大小和图像的质量。由于BMP格式不进行压缩，色深越高，图像文件的大小也就越大。例如，一个分辨率为1024x768的图像，若色深为24位，则文件大小大约为1024x768x3字节（不包括文件头信息），这是因为每个像素需要3字节来存储红、绿、蓝三个颜色通道的信息。
5. 颜色模型:
RGB (Red, Green, Blue):最常用颜色模型，常用于数字显示和图像处理
RGB是最常见的颜色模型，广泛应用于数字显示屏和图像处理。它基于颜色加法原理，通过红、绿、蓝三种基本色光的不同强度组合来生成所有可见颜色。每个颜色通道的值范围通常是0到255（在8位深度下）。
· R：Red
· G：Green
· B：Blue
RGBA (Red, Green, Blue, Alpha):RGB+Alpha通道【需要透明效果的图像处理】
RGBA是RGB模型的扩展，增加了Alpha通道，用于表示颜色的透明度。Alpha值范围也是0到255，其中0表示完全透明，255表示完全不透明。这对于需要透明效果的图像处理特别有用。
R：Red
G：Green
B：Blue
A：Alpha，用于表示透明。例如电脑系统图标需要用到半透明。
6. 常见图像格式
JPEG：有损压缩、压缩比高
优点：广泛支持、压缩比高、适用于照片和复杂图像。
缺点：有损压缩，可能导致图像质量损失。
场景：照片、网页图像
PNG：无损压缩、图片大，支持半透明
优：无损压缩、支持透明度、适用于图标和图形
缺：文件大小较大
场景：图标、图形、需要透明背景的图像，如桌面图标
BMP：无损压缩、图片大[windows系统]
优：无损压缩、适用于Windows系统和位图编辑
缺：文件大小较大、不适合Web应用
场景：windows系统、位图编辑
BMP格式的特点是它直接存储图像的像素数据，没有进行数据压缩，这使得图像质量得以完全保留，但也导致文件体积相对较大
GIF：支持动画、色彩受限，图像低分辨率[简单图像]
优：支持动画、适用于简单图像和图标
缺：色彩受限、不适合复杂图像
场景：动图、低分辨率图像