【图像】图像的颜色深度（Color Depth）和存储格式（File Format）

图像的颜色深度 （Color Depth）和存储格式（File Format）是数字图像处理中的两个核心概念，它们共同决定了图像的质量、文件大小、兼容性以及适用场景。

下面从原理到实践进行详细解析。

颜色深度指每个像素用于表示颜色信息的位数（bit） ，也称为位深度。它决定了图像能表示的颜色数量或灰度级数。

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公式：
可表示颜色数 = 2总位数2总位数
若为多通道（如 RGB），总位数 = 通道数 × 每通道位数

类型	每像素位数	每通道位数	颜色/灰度级数	说明
1位黑白图	1 bit	---	2色（黑/白）	常用于传真、OCR
8位索引色	8 bit	---	256色（查调色板）	GIF 格式常用
8位灰度	8 bit	8 bit（单通道）	256级灰度	医学预览、普通灰图
16位灰度	16 bit	16 bit（单通道）	65,536级灰度	医学影像、遥感
24位真彩色	24 bit	8 bit × 3（RGB）	≈1670万色	最常见彩色图（JPEG、PNG）
32位RGBA	32 bit	8 bit × 4（RGBA）	同上 + 透明度	网页、UI设计
48位RGB	48 bit	16 bit × 3	≈281万亿色	专业摄影、后期
64位RGBA	64 bit	16 bit × 4	同上 + Alpha	高精度合成
32位浮点HDR	96/128 bit	32f × 3/4	连续色调（>10^38）	影视特效、OpenEXR

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注意：
"8位图像"可能指 8位索引色 或 8位/通道 RGB（即24位），需结合上下文。
灰度图是单通道，彩色图通常是多通道（RGB、CMYK等）。

存储格式决定了图像数据如何编码、压缩、组织并写入文件。不同格式对颜色深度、压缩方式、元数据的支持差异很大。

格式	1位	8位灰度	16位灰度	24位RGB	48位RGB	透明通道	压缩方式	典型用途
JPEG	❌	✅（转为YCbCr）	❌	✅	❌	❌	有损（DCT）	网页、摄影
PNG	✅	✅	✅	✅	❌	✅（Alpha）	无损（DEFLATE）	网页、图标
TIFF	✅	✅	✅	✅	✅	✅	无损/有损/无压缩	科研、印刷、医学
BMP	✅	✅	⚠️（极少支持）	✅	❌	⚠️（32位BMP）	无压缩	Windows 系统
GIF	✅（最多256色）	⚠️（模拟灰度）	❌	❌（索引色）	❌	✅（1位透明）	无损（LZW）	动图、简单图形
WebP	✅	✅	❌	✅	❌	✅	有损/无损	现代网页
JPEG 2000	✅	✅	✅	✅	✅	✅	小波变换（有损/无损）	医学、档案
OpenEXR	❌	✅（半浮点/整型）	✅	✅	✅	✅	无损/有损	影视特效、HDR
DICOM	✅	✅	✅	✅	✅	✅	多种（含JPEG-LS）	医学影像

（1）通道（Channel）

（2）字节序（Endianness）

（3）调色板（Palette）

（4）元数据（Metadata）

场景	推荐颜色深度	推荐格式	理由
网页图片	8位 RGB/RGBA	JPEG（照片）、PNG（图标/透明）	兼容性好、体积小
医学诊断	16位灰度	DICOM 或 TIFF	保留细节、支持元数据
科研数据	16/32位	TIFF、RAW、HDF5	无损、高精度
专业摄影后期	16位 RGB	TIFF、PSD、DNG	避免编辑损失
动画/简单图形	8位索引	GIF、APNG	支持动画
影视特效	16位浮点	OpenEXR	HDR、宽色域、多通道

假设一张 1920×1080 图像：

压缩后（如 PNG 无损）可减少30%~70%，JPEG 有损可压缩至原大小的5%~20%。