像素是什么

像素分为设备像素和设备无关像素。

下面说说来龙去脉。

一、显示器
显示图像的电子设备。
（一）显示器种类
1.LCD
LCD（Liquid crystal display），是液体晶体显示，也就是液晶显示器，LCD具有功耗低、体积小、承载的信息量大以及不伤眼的优点，因此他是主流电子显示设备。
液晶是一种固体与液体之间的特殊物质，它是一种有机化合物，常态下呈液态，但是他的分子排列却和固体晶体一样非常规则，因此称为液晶。
如果给液晶施加电场，就能改变它的分子排列，从而改变光线的传播，配合偏振光片，它就具有控制光线透过率的作用，再配个彩色滤光片，就能改变某一颜色透光量。利用这种原理，做出可控红、绿、蓝光输出强度的显示元件，把三种显示元件并排组成一个显示单位，可以使该单位混合输出特定颜色，这样一个显示单位称为像素。也就是说一个像素中包含了R、G、B这三种显示元件，通过改变三种颜色的比例，混合出各种颜色。
液晶是不发光的，所以需要有一个背光灯提供光源，光线经过一系列处理才输出，所以输出光线的强度比光源的强度低很多。而且这些处理会导致显示方向比较窄，也就是它的视角较小，从侧面看屏幕会看不清它的显示内容。

下图是lcd屏幕在显微镜下放大100倍的画面。

2.LED
LED，全称Light-Emitting Diode，就是发光二极管。
是一种能发光的半导体元件。能把电能转化为光能。
发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。PN结加反向电压，不发光。加上正向电压，就发光。光的强弱与电流有关，电流越大，发的光越强。光的颜色取决于材料类型。把三种颜色的元件，并排组成一个显示单元就可以混合出各种颜色。
但是LED不容易做屏幕，因为LED发光材料只能使用制备后转移的方式，称为巨量转移，限制了ppi，并且成本高昂。所以一般只应用在大型户外LED屏幕，但也有一些研究者致力于研究microled显示屏技术。



3.OLED
OLED的原文是Organic Light Emitting Diode，中文意思就是有机发光二极管。也是一种能发光的半导体元件。把电转化为光。与led原理一样。也是把三种颜色的元件并排组成一个显示单元，从而混合出各种颜色。
由于oled升华温度低，所以可以使用真空热蒸镀和精细掩膜版制备，还可以做柔性显示。


led和oled，都不需要背光，因为是自发光。
下图是一个显示单元的结构。




（二）显示器参数
1.分辨率
英文有两种，resolution和defination。resolution一般用于相机。defination一般用于显示器。
​屏幕的分辨率就是整个屏幕的像素数量。如分辨率800x480表示该显示器的每一行有800个像素，每一列有480个像素。
像素，英文是pixel，缩写px，就是显示器的显示单元。因为直接对应硬件，所以也叫物理像素。
一块屏幕在出厂的时候，它的像素数量就已经固定了，那调整屏幕分辨率是怎么回事？
随着技术的发展，显示单元物理尺寸越来越小，显示器分辨率越来越高，而一些软件并没有为高分辨率适配，图像的像素和显示器的像素是一一对应的，所以显示的图像的物理尺寸就变得非常小，影响观感，所以就通过系统模拟将多个物理像素合并成一个逻辑像素。这样的像素物理尺寸变大了，图像的像素对应这样的逻辑像素，观感也就变好了，但是分辨率变小了。
所以调整分辨率并没有真正改变物理像素的数量，而是改变的逻辑像素的数量。从此以后我们说像素，指的就不是物理像素了，而是逻辑像素。
物理像素和逻辑像素都是有物理尺寸的，都属于硬件，所以都是设备像素。当设置为最大分辨率时，逻辑像素与物理像素大小相同。
一般调节分辨率指的是调整电脑显示屏分辨率，大部分手机显示器不支持调整分辨率。
1080p，4k是什么？
P是逐行扫描Progressive scan，几P就是有多少行像素，例如，1080p就是纵向有1080行
“几K”的原始定义是：横向大约有几个1024列像素，1K就是1024，2K就是2048，4K就是4096，以此类推
2.尺寸
就是物理尺寸。
显示器的大小一般以英寸表示，如5英寸、21英寸、24英寸等，这个长度指的是屏幕对角线的长度
3.像素密度
也叫ppi或者ppcm。
Pixels per inch (ppi)和pixels per centimetre (ppcm)就是每英寸像素数和每厘米像素数。
像素密度=分辨率/尺寸
水平和垂直密度一般是相同的，因为大多数显示器的像素都是正方形的。如果一个显示器的像素不是正方形，那么水平和垂直密度就要分别计算。
像素密度越来越大，人眼最终分辨不出来单个像素，这时候的显示屏就叫做视网膜屏幕（Retina显示屏），300以上可称视网膜屏。
4.点距
像素之间距离，叫做点距。
把像素理解为点的时候，点距就是两个像素点的距离。
理解为小方块，那点距其实就是像素的边长。
可以粗略认为是像素大小。
点距 = 尺寸/分辨率
相同尺寸的屏幕，若分辨率越高，则点距越小，画质就越细腻。
点距与ppi是倒数关系。
5.色彩深度
色彩深度是指显示器的每个像素能表示多少种颜色，一般用"位"（bit）表示。常见的显示屏色彩深度为16bit、24bit


（三）显存

必须给显示器配显存。显存就是颜色数据缓存区。
显示器中的每个像素都需要颜色数据，但并不是哪个像素显示颜色时，就直接给这个像素传入数据，而是把数据写入显存，等到一帧时间结束，把整个显存里的数据整体传给所有像素，从而显示一帧画面。也就是说，显示器每隔一段时间，就从显存里读一帧数据来显示。在这个间隔时间内，可能多次改变同一个像素的颜色数据，但最终只会显示最后一次改变的颜色，你会漏掉几次颜色变化。

如上所述，更高的刷新率是指显示器更新画面的频率。此更新间隔的单位为毫秒 (ms)，而显示器刷新率的单位为赫兹 (Hz)。

显示器的刷新率是指显示器每秒绘制新图像的次数。其单位为赫兹 (Hz)。例如，如果您的显示器刷新率为 144 Hz，这是指它每秒钟会刷新图像 144 次。目前最高刷新率可达500hz。

显存至少能够存储显示器的一帧显示数据，如分辨率为800x480的显示器，使用rgb888格式显示，一帧数据大小为800x480x3 = 1152000字节，3表示一个像素点占用3字节数据(R:8bit、G:8bit、B:8bit)；若使用RGB565格式表示，一帧数据大小为：2x800x480 = 768000字节，2表示一个像素点占用2个字节(R:5bit、G:6bit、B:5bit)。

二、打印机
打印机是在纸上生成图像的输出设备。
（一）打印机种类
1.针式打印机
针式打印机，关键部件是打印头，打印头上有打印针。打印头针数有：48针、24针、16针、9针。打印针都是垂直排列的。
工作原理是驱使打印针击打浸有墨水的布带，在打印纸上打出一个点。若干个点组成图像。
因为墨带颜色是固定的，所以针式打印机无法打印彩色图像。但是可以通过调节击打力度，改变灰度。
因为打印针一般都是单列，所以打印完一列之后，打印头会向后移动一列，如此逐列打印，这一列就是一个点。一行打印完之后，走纸模块使纸张向上移动一行，继续打印，不过这一行可不是一个点，而是打印针数量的点。当然也有打印针是双列的，如果是双列的，那就是一次打印两列，每次向后移动两列，一列还是一个点。每次纸张移动一行，是打印针除以2数量的点。
针式打印机因为是击打式的，所以可以打印多联纸，也就是多层纸。喷墨打印机、激光打印机无法实现多联纸打印。工商局，税务局，银行，还有各个公司的财务部门，都离不开针式打印机

针式打印机，不用换墨盒，也不用换硒鼓，更不用加碳粉或加墨水，因为它用的耗材是色带。


下图所示为EPSON LQ-100针式打印机的打印头，它有24根打印针。


2.喷墨打印机
喷墨打印机工作原理与针式打印机相似，这两者的本质区别就在于打印头的结构。打印头里面不是打印针，而是若干个喷嘴，每个喷嘴的直径极其微小（约几微米）。它们能向纸上喷出大约8到10皮升的墨水（皮升是百万分之一升），形成点，点直径在50到60微米之间。最后若干个点组成图像。
根据喷出方式，喷嘴分为“微压电式”和“热发泡式”。
a．热发泡喷墨技术
通过一个微型的加热垫迅速将墨水加热到沸点。这样就生成了一个非常微小的蒸汽泡，蒸汽泡扩张就将一滴墨水喷射出喷嘴。停止加热，墨水冷却收缩，接着补充墨水，进入下一个循环。
b．微压电技术
在喷墨操作前，压电元件首先在信号的控制下微微收缩；然后，元件产生一次较大的延伸，把墨滴推出喷嘴；在墨滴马上就要飞离喷嘴的瞬间，元件又会进行收缩，干净利索地把墨水液面从喷嘴收缩。这样，墨滴液面得到了精确控制，每次喷出的墨滴都有完美的形状和正确的飞行方向。

因为需要墨水，所以打印机还有存储墨水的容器。分为“墨仓式”和“墨盒式”，墨仓式也就是原装连供，可以直接加墨水使用。墨盒式只能换墨盒，无法加墨水，除非改装连供。

一个打印头有一列64个喷嘴，喷嘴之间的距离是1/360英寸。这样的一个打印头只能打印一种颜色的点。通过调节喷出的墨滴大小，实现灰度改变。

想要打印彩色，必须使用多个不同颜色的打印头，一般使用四个打印头，四个打印头的颜色分别是：黑色（BK）、青色（C）、品红(M)、黄色（Y）；四种打印头在小车上平行排列，间距1/2英寸。彩色打印是由四种颜色的墨滴在一个点上的混合来实现的。


 

喷墨打印机打印精度高，通常都能打印彩色图像，而且体积及重量都可以做的非常小巧，甚至能随身携带打印，打印时的噪音也很小。但使用的消耗材料－墨水，是三种打印机中相对来说最为昂贵的！而且，想要打印精美的图像，还要使用同样昂贵的专用打印纸才能有很好的打印效果。因此喷墨打印机的使用成本很高


3.激光打印机

 

（1）充电
充电辊使感光鼓表面充满电荷。感光鼓就是我们常说的硒鼓，现在的硒鼓已经没有硒元素，几乎都是opc鼓和陶瓷鼓，不过由于习惯问题，大家都把感光鼓统称为“硒鼓”
（2）感光

通过多棱镜和多个反光镜反射，使激光沿水平方向扫射感光鼓表面。
被照射的地方电荷消失；未被照射的地方，仍有电荷；这样就在感光鼓表面就形成了电子潜像。

（3）显影
显影就是用墨粉对电子潜像着色，墨粉带有与感光鼓表面相反电荷，由于静电的作用，墨粉就会被吸附在感光鼓表面电子潜像区，使电子潜像变成可见的图像。
（4）转印
转印辊使纸张带有与墨粉相反的电荷，当纸张通过转印辊时，墨粉又会吸附到纸张上。

感光鼓旋转一周，对应打印机打印一行。鼓的周长一般为A4纸长度的四分之一左右，也就是鼓芯旋转四圈即可印完一张A4纸。

（5）定影
定影就是固定图像的过程。图像从感光鼓上转印到纸上时，是吸附在纸面上的，并未固定。当纸张从定影辊和压力辊之间经过时，受到定影辊加热和压力辊的挤压作用，使墨粉融化渗入纸张纤维中，形成可永久保存的记录。
（6）消影
在转印过程中，墨粉从感光鼓表面转印到纸上时，鼓面上多少会残留一些墨粉。所以需要清理工作。

清洁工作包括两部分，一是将多余废粉刮入废粉箱，另一部分是将硒鼓上的剩余电荷清除。

上面说的是单色打印，想要打印彩色就要增加多个颜色的感光鼓。

彩色激光打印机有4个颜色（cmyk）的硒鼓。

这4个硒鼓，每种颜色的硒鼓，往纸上转印一遍，一共转印四遍。最后纸张再定影，得到彩色图像。

激光打印机用的耗材是感光鼓和墨粉，分为鼓粉一体和鼓粉分离。
激光打印机的打印精度也很高，基本上与喷墨打印机无太大区别。它使用的耗材－硒鼓，其成本介于针式打印机和喷墨打印机之间。同样也能打印彩色图像，且对打印介质的要求没有喷墨打印机那么高。打印的速度是三种打印机中最快的，而且噪音也很小。但体积和重量相对喷墨打印机要大。也只能逐页打印，无拷贝和打印连续纸功能。适合打印数量大，任务重的场合，如大型商务机构，设计、印刷领域等等。

（二）打印机参数

1.分辨率

2.点密度

只有数码设备才有像素这个概念，打印机只用点这个概念。点就是dot。

dpi，英文dots per inch，每英寸点数。打印机不用ppi，只用dpi。虽然名称不同，但是计算方法和ppi是一样的。

打印机同样有分辨率这个参数，表示点的数量，但是因为打印机不像显示器那样，物理尺寸是固定的，所以为了方便，打印机的分辨率指的是1英寸×1英寸面积内的可打印点数，如此规定之后，打印机的分辨率实际上就成了点密度了，如2400×1200dpi，表示横向每英寸可打印2400个点，竖向每英寸可打印1200个点。

所以打印机分辨率就是点密度，点密度就是分辨率。用哪个都行。但是为了避免歧义，一般直接用dpi。

像显示器分辨率一样，打印机分辨率也是可以调节的，因为人眼最高也就能分清300dpi，所以平时打印照片时，一般都用300dpi，这样可以加快打印速度。调节分辨率是真正改变了打印点的个数，横向是通过增加点距实现的，纵向是让其中一些喷嘴不喷墨实现的。点的大小没有变，不像显示器，改变分辨率，像素大小会改变。

3.点距

点之间的距离，dpi的倒数。

4.色彩深度

三、图像
图像与显示设备是两回事。
（一）分辨率
图片也有分辨率这个参数。也是表示像素数量。如分辨率800x480表示该图片的每一行有800个像素，每一列有480个像素。

但是图像像素与设备像素不同。图像像素是虚拟的，只是表示图像的最小单元，没有大小，也没有形状，基本上就是一个颜色值，与设备无关，只有在实际显示或者打印时，才由显示设备决定其实际大小和形状。所以，图像像素也叫做dip，全称device independent pixel，设备无关像素。
设备像素和图像像素的关系可以理解为硬件与数据的关系，或者容器和内容的关系。
想象一张国旗图像，可以打印在明信片上，显示在手机屏幕上，电脑屏幕上，甚至广场大屏幕上。虽然是同一张图片，分辨率一样，但是物理尺寸不同。

默认一个图像像素对应一个设备像素。但是随着硬件的发展，一个设备像素的物理尺寸变得非常小，所以显示出来的图像就会非常小，人眼没法看清。10×10像素的图像，在显示器上也是10×10逻辑像素。而在高分辨率下，逻辑像素非常小，所以显示出来的图像非常小。

让图像的物理尺寸变大，有三种方法：

1.增加图像的像素数。10×10图像像素，增加到100×100图像像素，一个图像像素对应一个逻辑像素，所以显示器上是100×100逻辑像素，这样图像的物理尺寸就变大了。

2.降低屏幕分辨率，使逻辑像素物理尺寸变大，还是10×10图像像素，一个图像像素对应一个逻辑像素，所以显示器上是10×10逻辑像素，但是因为逻辑像素变大了，所以图像的物理尺寸也就变大了。

3.让一个图像像素对应多个逻辑像素。不用降低屏幕分辨率，也不用增加图像像素。而是一个图像像素对应多个逻辑像素。10×10图像像素，对应100×100逻辑像素。同样图像的物理尺寸变大了。图像像素与逻辑像素的对应系数叫做缩放系数。在windows操作系统的屏幕分辨率设置页面，有一个缩放系数选项，可以设置为100%，125%，150%等，这个缩放系数就是dip与逻辑像素的对应系数。当然这个缩放系数是全局的，也有单独设置的缩放系数，一般是由应用程序自己实现的，比如看图软件，里面就有缩放系数设置。

（二）尺寸和dpi

这两个参数，只有在用打印机打印时才有用。

在打印时，在打印选项里设置纸张大小和dpi

分辨率、尺寸、dpi满足如下等式

分辨率=尺寸×dpi

因为图像分辨率固定。所以打印尺寸越大，dpi越低。 如果您想提高打印图片的dpi，请合理选择打印图片的物理尺寸。

但是当你打印大尺寸照片时，你必须牺牲dpi。如果你想打印大尺寸照片，但不想降低dpi，那么就必须增大图像分辨率。

比如，打印尺寸为3英寸×5英寸，打印dpi为360×180。

那么图像的分辨率就必须达到（3×360）×（5×180）=1080×900

（三）字体

字体大小与图像略有不同。

字体大小有两种单位：中文是号；英文是点，point，简称pt。

必须先把号或者点转化为dip，最后再对应到逻辑像素。

历史原因，我们规定：1pt=4/3dip。

中文字号与英文点数对应关系：

中文字号	英文点数pt	图像像素dip
初号	42	56
小初	36	48
一号	26	26×4/3=34.67 =34
小一	24	32
二号	22	22×4/3=29.3 =29
小二	18	24
三号	16	16×4/3=21.3 =21
小三	15	20
四号	14	14×4/3=18.67 =18
小四	12	16
五号	10.5	10.5×4/3=14
小五	9	12
六号	7.5	10
小六	6.5	6.5×4/3=8.67 =8
七号	5.5	5.5×4/3=7.3 =7
八号	5	5×4/3=6.67 =6