为什么像素为正方形？

#1 楼

屏幕中的像素是正方形，但我不确定为什么。
它们不是（不一定）正方形。
有人会说它们从来都不是正方形（“像素是点样本。仅在一个点上。”）

那么LCD / CRT显示器中正方形的优点是什么？


其他排列方式（例如三角形，六边形或其他空间填充多边形）的计算量更大。


每种图像格式均基于以矩形阵列排列的像素（无论其形状如何）。


如果我们要选择其他形状或布局，则必须重写许多软件。


当前制造矩形像素布局的显示器的所有工厂都将拥有要为其他布局进行重新设计。



使用六边形坐标系的实用性

通常必须考虑四个主要注意事项
在使用六边形坐标系时：

Im年龄转换–能够将真实世界中的图像直接捕获到六边形格子上的硬件非常专业，因此通常不可用。因此，在执行任何处理之前，需要一种有效的方法
将标准的方格图像转换为六边形图像。
寻址和存储–对图像执行的任何操作都必须能够索引并访问单个像素（在这种情况下为六边形
，而不是正方形），并且六边形形式的任何图像都应以六边形形式
存储（否则图像转换必须每次执行图片已被访问）。此外，易于遵循并简化某些
功能的算术索引系统将非常有价值。
图像处理操作–为了有效利用六角坐标系，必须设计或设计操作
进行转换，以利用系统的优势，尤其是用于索引和存储的寻址系统的优势。
图像显示–与在第一个中实际获取图像一样位置，显示设备通常不使用六边形格子。
因此，转换后的图像必须以可以
发送到输出设备（监视器，打印机或某些设备上/>其他实体），其显示结果以自然的比例和比例出现。此转换的确切性质取决于所使用的索引编制方法。这可能是对原始转换过程的简单
还原，或者是更多的
卷积。


六边形坐标系的问题

/>但是，六角坐标系存在一些问题。一个
问题是人们已经非常习惯于传统的方形格子。虽然可以说人们可以习惯它
，但仍然是这样，默认情况下他们自然会倾向于使用传统的笛卡尔坐标系进行推理
，而六角形系统仅仅是次要选择。 >
从正方形转换为六边形并再次返回的必要性降低了对六边形晶格进行操作的有用性。外观尺寸，除非以故意高于操作的分辨率馈送图像，否则转换后的图像必须
外推一些像素位置（通常不如具有像素直接从来源提供）。


转换回正方形晶格会使某些像素位置相互折叠，从而导致外观细节的损失
（这可能会导致图像质量低于最初输入的图像）。 br />

如果人们试图在自己的视野中使用六角坐标系
，那么他们应该首先确定这些问题是否被
与

源六角坐标系

是否尝试过其他形状或布局？

XO-1显示屏为每个像素提供一种颜色。颜色沿从右上角到左下角的对角线对齐。为了减少由这种像素几何形状引起的颜色伪影，当图像发送到屏幕时，显示控制器会模糊图像的颜色分量。 XO-1显示器（左）与典型液晶显示器（LCD）的比较。图像显示每个屏幕1×1毫米。典型的LCD将3个位置的组作为像素进行寻​​址。 OLPC XO LCD将每个位置作为一个单独的像素寻址：


其他来源的OLPC XO

其他显示器（尤其是OLED）采用不同的布局-例如PenTile：

布局由一个梅花形结构组成，每个单元格中包含两个红色亚像素，两个绿色亚像素和一个中央蓝色亚像素。 L和M型视锥细胞数量相等，但S视锥细胞数量明显减少。由于S锥体主要负责感知蓝色，而蓝色不会显着影响亮度的感知，因此相对于显示器中的红色和绿色子像素而言，减少蓝色子像素的数量不会降低图像质量。
此版面经过专门设计，可与子像素渲染配合使用，并取决于该子像素渲染，平均每个像素仅使用一个像素和四分之一的子像素来渲染图像。也就是说，任何给定的输入像素都将映射到以红色为中心的逻辑像素或以绿色为中心的逻辑像素。

PenTile矩阵族

的简单定义像素
在电视屏幕，计算机显示器等上一起形成图片的任何很小的点之一。
来源http://www.merriam-webster.com/dictionary/pixel

像素

在数字成像中，像素，像素或图片元素是光栅图像中的物理点，或者是所有点可寻址显示设备中最小的可寻址元素；因此，它是屏幕上显示的图片的最小可控元素。

...

像素不需要呈现为小正方形。此图像显示了使用点，线或平滑滤波从一组像素值重建图像的替代方法。


源像素

像素方面比率

大多数数字成像系统将图像显示为微小正方形像素的网格。但是，某些成像系统，尤其是那些必须与标准清晰度电视电影兼容的成像系统，会将图像显示为矩形像素网格，其中像素宽度和高度不同。像素长宽比描述了这种差异。

源像素长宽比

像素不是小正方形！

像素是点样本。它仅存在于一个点上。
对于彩色图片，一个像素实际上可能包含三个样本，每个原色在采样点上为图片做出贡献。点样的颜色。但是我们不能将像素视为正方形或除点以外的任何东西。
在某些情况下，贡献值
像素可以以低阶方式以一个小正方形来建模，但像素本身永远不会。 （Microsoft技术备忘录6
Alvy Ray Smith，1995年7月17日）

#2 楼

我想提供一种替代David Postill的深思熟虑的答案。正如标题所建议的那样，他在回答中提出了像素为正方形的问题。但是，他在回答中发表了非常有见地的评论：


有些人认为它们永远不是正方形的（“像素是点样本。它仅存在于一个点。”） 。


这个职位实际上可以产生一个完全不同的答案。与其关注每个像素为何不是正方形，还可以关注为什么我们倾向于将这些点采样组织成矩形网格。实际上并非总是这样！

要提出这个论点，我们将在将图像视为抽象数据（例如点网格）与实现之间进行反复播放在硬件中。有时候，一种观点比另一种观点更有意义。传统的胶片摄影根本没有“网格”，这就是为什么与现代数码摄影相比，这些摄影总是看上去如此清晰的原因之一。相反，它具有“晶粒”，该晶粒是晶体在薄膜上的随机分布。它大致是均匀的，但不是很好的直线阵列。这些晶粒的组织来自膜的生产过程，利用化学性质。结果，电影确实没有“方向”。这只是信息的二维散布。

快进电视，特别是旧的扫描CRT。 CRT需要不同于照片的东西：它们需要能够将其内容表示为数据。特别地，它需要是可以以模拟方式通过电线传输的数据（通常是一组连续变化的电压）。照片为2d，但我们需要将其转换为1d结构，以便它可以在一维（时间）中变化。解决方案是按行（而不是像素！）将图像切成薄片。图像逐行编码。每条线都是模拟数据流，而不是数字采样，但线彼此分开。因此，数据在垂直方向上是离散的，但在水平方向上是连续的。

电视必须使用物理荧光粉来渲染此数据，而彩色电视则需要网格将其划分为像素。每台电视可以在水平方向上执行不同的操作，提供更多或更少的像素，但是它们必须具有相同的行数。从理论上讲，它们可以使每隔一行像素偏移一次，正如您所建议的那样。但是，实际上并不需要。实际上，他们走得更远。人们很快意识到，人眼以某种方式处理运动，使他们实际上每帧只发送一半的图像！在一个帧上，他们发送奇数行，在下一帧上，他们发送偶数行，并将它们缝合在一起。

从那时起，将这些隔行扫描图像数字化一直是一个小技巧。如果我有480线图像，由于隔行扫描，实际上每帧中只有一半数据。当您尝试查看某个物体在屏幕上快速移动时，此结果非常明显：每条线在时间上彼此偏移1帧，从而在快速移动的物体中产生水平条纹。我之所以这样说是因为它很有趣：您的建议会使网格中的其他行向右偏移半个像素，而隔行扫描会将网格中的其他行偏移一半的时间！使这些漂亮的矩形网格更容易实现。没有任何技术上的理由可以做得更好，所以它停滞了。然后我们进入了计算机时代。计算机需要产生这些视频信号，但是它们没有模拟能力来写出模拟线路。解决方案是自然的，将数据拆分为像素。现在，数据在垂直和水平方向都是离散的。剩下的就是选择如何制作网格。

制作矩形网格是非常自然的。首先，那里的每台电视都已经在做！第二，在矩形网格上绘制线的数学方法比在六角形网格上绘制线的方法简单得多。您可能会说：“但是您可以在六边形网格上的3个方向上绘制平滑线，但在矩形网格中只能绘制2条线。”但是，矩形网格使绘制水平线和垂直线变得容易。六角形网格只能绘制一个或另一个。在那个时代，很少有人将六角形用于非计算性工作（矩形纸，矩形门，矩形房屋...）。平滑水平线和垂直线的能力远远超过了平滑全彩色图像的价值...尤其是考虑到最初的显示是单色的，而且图像平滑在思想中起主要作用还需要很长时间。 />
从那里开始，您对于矩形网格具有非常强的先例。图形硬件支持软件的工作（矩形网格），而软件针对硬件（矩形网格）。从理论上讲，某些硬件可能会尝试制作一个六边形网格，但该软件并没有对其进行奖励，没有人愿意为两倍的硬件付钱！我们仍然需要水平和垂直线条流畅，但是使用高端视网膜显示器，这一点变得越来越容易。但是，开发人员仍受过训练，可以根据旧的矩形网格进行思考。我们看到一些新的API支持“逻辑坐标”，并进行了抗锯齿处理，以使其看起来好像有一个完整的连续2d空间，而不是刚性2d像素的网格，但速度慢。最终，我们可能会看到六角形的网格。

我们实际上看到了它们，只是没有屏幕。在印刷中，使用六角形网格非常普遍。人眼接受六角形网格的速​​度比接受矩形网格的速​​度快得多。它与不同系统中的行“别名”有关。六角形网格的别名不那么苛刻，这使眼睛更舒服（如果六角形网格需要上下移动一排，则它们可以在对角线过渡上平稳地进行操作。矩形网格必须跳过，从而创建非常明显不连续）

#3 楼

有两个原因：


矩形与圆形，三角形或四边形以上相比具有以下优点：可以将其放置在其他矩形旁边，且“浪费的空间”最少”。这确保了像素的整个区域都对图像有所贡献。可以存在“装配在一起”的其他形状，但它们的制造可能比简单的正方形或矩形要复杂得多，但不会带来任何其他优点。

通用像素化显示器-可以使用的一种要显示任何类型的信息，都需要具有不支持某些类型的形状的像素。因此，像素应为正方形，而不是在一个方向上更长或更宽，并且不得以任何方式剪切或旋转。


如果像素长于宽，则水平线的最小粗度将大于垂直线的最小粗度，因此对于相同的数字，水平线和垂直线看起来会有所不同像素。
如果旋转像素，则只有与旋转角度匹配的成角度的线才会看起来平滑，其他任何线都将呈锯齿状。大多数操作系统和生产力软件都依赖于直线，因此会出现很多边缘或锯齿状的杂乱无章的东西。 br />


如果您对通用显示器不感兴趣，而只是针对特定目的的显示器，则可以更加灵活。一个极端的例子是7段LED，如果您只需要显示一个数字，则只需要以这种方式排列7个非正方形像素即可。或15段LED允许字母。

#4 楼

像素不一定是正方形！
过去，像素具有矩形形状。这就是为什么在任何专业的图像/视频编辑器（如Photoshop，Premiere，Sony Vegas）中都会看到像素长宽比选项的原因。只有现代的电视和PC显示器标准才具有正方形像素。 4：3但5：4。但是，当设置正确的像素长宽比时，它将产生正确的未拉伸输出图像。


NTSC模拟电视/ DVD：720x480，即3：2。设置长宽比后，它将变为16：9或4：3，就像上面的PAL一样。较低的垂直分辨率还可以解释为什么NTSC DVD的清晰度不如PAL：PAL 352x288，NTSC 352x240。两者都使用4：3的屏幕宽高比


SVCD：480x480，并且毫不奇怪的是，它不会产生方形输出。 ：9全高清分辨率


4：3的CGA：320x200和640x200（是的，较旧的计算机屏幕确实具有矩形像素）


EGA除320x200和640x200外，还支持640x350的4：3屏幕


Adob​​e Premiere Pro-使用宽高比

#5 楼

答案是：它们应该是六角形的，因为六角形的平铺提供了最佳的光学质量，所以它将是未来。
将位图图像数据表示为2d数组在正方形网格上比较容易（为了简化硬件和人类）
由于历史原因，这种情况在一段时间内还是存在的＃1。


更新

本主题是惊悚片。几乎有1万次观看。人们想掌握像素：)有趣的是，有人发现问题与屏幕分辨率或四边形的“四边形”有关。

首先，我们需要一个简单的平铺，但是覆盖自定义区域的范围更好，它的确是六角形平铺。从简单的测试中可以很容易理解。强大的测试称为“环”测试。为了简单起见，在此我将三进制颜色设为：0-背景，1-灰色和2-黑色。

盯着圆点，我们将尝试扩大戒指，使其看起来像这样连续：



我肯定会还希望针对许多任务绘制水平/垂直线，例如UI和打印设计或平台游戏。我们称之为“条形测试”：



通过此测试，我可以选择在实际条件下看起来更好的线条样式。使用垂直线，它甚至更简单。对于特定的任务显示，所有内容都可以进行硬编码，因此要绘制带有功能的线，我们只需在水平方向上重复其段即可。
问题是，正方形和六边形像素方法都可以使用，但是如果您尝试使用正方形平铺进行相同的测试，则会很快注意到差异。 DPI很高时，它并不是那么引人注目，但是为什么要尝试制作更多的DPI而不是尝试更有效的方法呢？我没什么感觉。


对于RGB颜色，这可能需要更复杂的结构。实际上，我想要一个灰度设备，如上图所示。具有快速的像素响应以制作动画也很酷。

为了好玩，我制作了简单的六边形结构，其中像素可以是RGB。当然，我不知道在实际设备上怎么看，但即使这样看起来也很酷。
帮助描述这种情况：

#6 楼

一些答案已经触及了这一点...我认为就数据存储而言，非矩形阵列将产生几乎无法想象的复杂性，并且极易出错。我在网格不是矩形的物理系统建模方面有很多经验（交错网格-数据点位于半边等）。索引是一场噩梦。

首先，存在如何定义边界的问题。图像通常是矩形的（同样，这是历史的问题-如果我们的屏幕是六角形的，事情会容易一些）。因此，即使图像边界也不是直线。您是否在每行中放置相同数量的像素？您是否选择偶数/奇数？并且...左下像素是左上像素还是右上像素？您会立即获得几乎10种不同的标准，并且程序员每次都要记住它的运行方式（即使是行主要和列主要的差异或自上而下/自下而上的索引差异有时也会导致错误）。这带来了转换景观/人像的巨大问题（自然转换，在矩形网格上是微不足道的，但是需要插值，并且在十六进制或不同网格上几乎必然是有损过程）。对于矩形像素（长宽比！= 1），这甚至是一个问题。

然后是人们具有矩形布局的自然本能。您的数学矩阵具有相同的布局。同样，在大多数情况下，笛卡尔坐标系几乎是最容易使用和理解的。将像素的索引设为（x，y）只是x + width * y（而不是相反-扫描线索引的传统）。如果width是2的倍数，则您甚至不需要乘法。当基向量不正交时，使用非直角进行处理会产生许多复杂性，这些复杂性源于向量代数：旋转不再是简单的cos / sin叠加。翻译变得很奇怪。这带来了很长的计算复杂度（计算成本会高出几倍）和代码复杂度（我记得曾经对Bresenham算法进行过编码，我真的不希望尝试以十六进制的方式进行编码。） />
一般而言，插值和抗锯齿有很多算法依赖于正方形网格。例如，双线性插值。所有基于傅立叶的处理方法也都与矩形网格相关联（FFT在图像处理中非常有用）...好吧，除非您先进行一些昂贵且有损的变换。内存和文件格式中的数据应存储为矩形网格。显示方式取决于显示设备/打印机，但这应该是驱动程序的问题。数据应该与设备无关，并且不应假定您拥有什么硬件。如上面的帖子中所示，由于人眼的生理状况和其他更多技术因素，使用非矩形像素有很多优点-只需将数据保存在正方形网格中，否则您将大批神经质程序员来回答： ）

尽管如此，我实际上还是想到了将圆形像素排列集成到表盘中（使指针呈直线）。当我开始想象使像没有穿过中心的直线这样简单的事情变得多么困难时，我得出了我上面提到的许多结论。

#7 楼

正方形像素是“逻辑上要做的事情，”他们的发明者Russel Kirsch说：


“当然，逻辑上不是唯一的可能性……但我们使用正方形。从那时起，世界上每个人都一直在受苦。”


http://www.wired.com/2010/06/smoothing-square-pixels/

#8 楼

这个问题更多的是关于排列，而不是像素的实际形状。

六边形排列的问题是将六边形的位置转换为笛卡尔坐标，反之亦然是不容易的。 >
https://en.wikipedia.org/wiki/Bravais_lattice

，或者您使用矩形常规单元格并添加多个内部“基本矢量”。 （对于最小的矩形格子，您需要两个基向量；对于最小的方形格子，您需要两个基向量）。指定索引x, y。

因此，到最后，“正方形”像素必须是我们笛卡尔文化的副产品。与当前范例非常不兼容。实际上，在为视觉系统生成晶格时，生物系统更喜欢六角形。想想苍蝇的眼睛。
人类视网膜也跟随接近六边形（而不是正方形）。

请参阅此处http://www.kybervision.com/resources/Blog/HumanRetinaMosaic.png回到显示器的角度http://www.kybervision.com/Blog/files/AppleRetinaDisplay.html

我毫不怀疑六角形格子更适合可视化。但是您可以这样想，每次工程师想要改善显示时，他们都会面临以下难题：1）切换为六边形，更改范例，重写代码行和硬件行列2）使“正方形”变小，添加内存，增加两个数字以像素为单位显示尺寸。选项2）总是更便宜。

最后，方形像素发明者的一句话http://www.wired.com/2010/06/smoothing-square-pixels


正方形像素的发明者罗素·基尔施（Russell Kirsch）回到了图纸上
板。在1950年代，他是开发方形像素的团队的一员。 ““平方是合乎逻辑的事情，”基尔希说。 “当然，合乎逻辑的事情不是唯一的可能性，而是我们使用了
平方。自那时以来，世界上每个人都一直遭受苦难。”现在退休并居住在俄勒冈州波特兰市的基尔希（Kirsch）最近开始着手进行补偿，受古代马赛克建筑商（
）的启发，他们用
几块瓷砖建造了令人惊叹的细节场景，基尔希（Kirsch）写道该程序可以将数字图像的大块的
笨拙的正方形变成由
可变形状的像素制成的更平滑的图片。'

#9 楼

要了解为什么直线像素具有价值，您需要了解传感器和显示器的制造过程。两者均基于硅布局。两者均源于VLSI。

要实现非直线传感器像素，需要做好以下准备：


布置光源敏感元件以非直线方式（例如六边形圆圈）。
以非直线方式布置收集电荷的导线（例如CMOS / CCD）
将此布局缩放到>> 1M x 1M以满足市场需求
将信息匹配（或内插）到直线型显示器上

要实现非直线型显示器像素，您需要所有相同的东西。 >
许多人都尝试制作中央凹相机和显示器（中间最好的是中间位置的高分辨率，而周围最好的是低分辨率）。结果始终是比直线传感器更昂贵，功能更弱的东西。目前可扩展。

#10 楼

有两种方法可以回答此问题：在硬件中，像素不一定在物理上是正方形的，而是显示设备制造商认为合适的任何形状或布置。实际上，它们通常不是正方形。
在软件中，像素被认为是“正方形”，因为它们被认为代表着宽度和高度相同的区域。这并不意味着在进行渲染时（例如，如果放大），则必须将其绘制为正方形，但是它们必须代表具有正方形比例的图像区域的数据，否则图像将以一种或另一种方式出现。

在两种情况下，像素都不必为正方形，而纯粹是按惯例。恰当的例子：早期的宽屏显示器在硬件和软件上使用的像素数与非宽屏显示器相同，但是从概念上讲像素是矩形的（水平尺寸大于垂直尺寸），而不是正方形的像素。标准。但是，使用不近似于正方形的像素形状是非标准的，并且至少在日常使用中可能会导致严重的兼容性问题。
按照惯例被视为正方形。

#11 楼

虽然它们在物理上可能不是正方形。它们抽象地表示为正方形，当在分辨率较低的显示器上显示时，它们被视为正方形。主要是由于懒惰和较少的处理。
缩放六边形（如六边形）需要更多的处理，因为您要跨过像素的一部分。而Square只是将常数乘以每一边。此外，尝试绘制一个十六进制网格，您不仅可以做一个简单的X，Y位置。

#12 楼

从旁观者的视角来看，我不得不说这是因为无论如何您通常观看的屏幕都是矩形的。常见的宽高比是1920 x1080。超过一定的长度（例如720）可以识别“高清”。使用圆形或六边形像素很难做到这一点。