欢迎来到图像表示！
你有没有想过你的智能手机屏幕是如何显示精美的照片，或者电子游戏是如何构建出逼真的世界？对电脑而言，图像并不是「图片」，它只是一堆巨大的数字集合。在本章中，我们将学习电脑如何将 1 和 0 转化为我们每天看到的彩色图像。
如果起初觉得这部分「数学味」很重，不用担心！我们会将其拆解成简单的小步骤，很快你就能像专业人士一样计算图像大小了！
什么是像素 (Pixel)？
如果你非常仔细地观察电脑屏幕（或者使用放大镜），你会发现图像是由成千上万个微小的正方形组成的。每一个正方形都称为一个像素 (pixel)。
关键定义：Pixel 一词是 "picture element"（图像元素）的缩写。它是图形图像中最小的单一一点。
试着这样想：想象一个由细小彩色瓷砖组成的巨型马赛克壁画。从远处看，你看到的是一张人脸；近看时，你才会发现它只是由成千上万个独立的方形瓷砖组成。在数字图像中，这些瓷砖就是像素。
你知道吗？
在有限的空间内，像素数量越多，图像看起来就越清晰。这就是为什么「高清」(HD) 屏幕看起来比老式的大头电视好得多！
了解位图 (Bitmaps)
我们使用的大多数图像（如 JPEG 或 PNG）都是位图 (bitmaps)。位图是一种网格，其中每个「地图」方格（像素）都由一个位 (bit)（即 1 或 0）来表示。
要描述一张位图，我们需要知道两个主要因素：
1. 图像大小 (Image Size)：图像的宽度和高度各有多少个像素。
2. 色彩深度 (Colour Depth)：我们使用多少个位来表示每个像素的颜色。
1. 图像大小
我们使用维度 (dimensions)来衡量图像的大小。我们通常写作 宽度 x 高度。
例子：一张宽 10 像素、高 10 像素的图像，其大小为 \(10 \times 10\)，这意味着它总共包含 100 个像素。
2. 色彩深度
色彩深度是用来表示每个像素的位数。每个像素使用的位数越多，能显示的颜色就越多！
• 1-bit 色彩深度：每个像素不是 0 就是 1。这意味着图像只能有 2 种颜色（通常是黑与白）。
• 2-bit 色彩深度：每个像素可以是 00、01、10 或 11。这容许 4 种不同的颜色。
• 8-bit 色彩深度：这容许 256 种不同的颜色 (\(2^8\))。
记忆小撇步：想知道某个位深度能显示多少种颜色，运用 2 的幂次方！如果深度为 n，则颜色数量为 \(2^n\)。
重点总结：
增加像素数量（图像大小）或增加色彩深度会使图像看起来更好（质量更高），但也会使文件大小大幅增加，因为需要存储更多数据。
计算图像文件大小
AQA 课程要求你学会计算位图的文件大小。以下是秘诀公式：
大小 (位 bits) = 宽度 \( \times \) 高度 \( \times \) 色彩深度
由于大多数人倾向于使用字节 (bytes) 而不是位，你通常需要多做一个步骤。请记住：8 bits = 1 byte。
大小 (字节 bytes) = \( \frac{宽度 \times 高度 \times 色彩深度}{8} \)
逐步计算示例：
题目：计算一张宽 20 像素、高 10 像素且色彩深度为 8-bit 的图像的文件大小（以字节为单位）。
第一步：找出像素总数。
\(20 \times 10 = 200\) 像素。
第二步：乘以色彩深度以得出位数。
\(200 \times 8 = 1600\) bits。
第三步：除以 8 将位转换为字节。
\(1600 / 8 = 200\) bytes。
最终答案是 200 bytes！
要避免的常见错误：
千万别忘记检查单位！如果考试要求答案为位 (bits)，计算到第二步即可。如果要求为字节 (bytes)，则必须执行第三步。
将二进制转换为图像
电脑将图像视为一串长的二进制数据。如果我们有一张 1-bit 的图像（黑白），电脑看到的可能是：10100101。
如果图像大小为 \(4 \times 2\) 像素，我们只需将这串数据放入网格中：
第一行： 1 0 1 0
第二行： 0 1 0 1
如果 1 = 黑色而 0 = 白色，电脑就会画出一个棋盘图案！考试中可能会要求你根据网格填写二进制，或是根据二进制涂黑网格。只要一个像素一个像素地处理，就不会出错。
快速复习：
• 像素 (Pixel)：图像中的单一一点。
• 图像大小 (Image Size)：宽度 (像素) \(\times\) 高度 (像素)。
• 色彩深度 (Colour Depth)：每个像素的位数。
• 文件大小 (File Size)：随像素数量或色彩深度增加而增大。
总结：黄金法则
法则 1：像素越多，看到的细节就越多，但所需的存储空间也越多。
法则 2：色彩深度越高，颜色看起来越逼真，但所需的存储空间也越多。
法则 3：计算总位数时，务必将 宽度 \(\times\) 高度 \(\times\) 深度 相乘。如果需要字节，将总数除以 8。
你一定能行的！记住图像只不过是数字网格，你会发现课程中的这部分其实非常容易。