数字图像在计算机中如何存储？灰度图、RGB 彩色图、二值图分别有什么特点？

数字图像的存储方式

数字图像在计算机中本质是一个二维矩阵（数组），矩阵的每个元素称为像素（Pixel），像素值用二进制表示。存储时通常包含两部分：

• 像素数据：按位深（bit depth）编码的像素值矩阵
• 元数据：宽、高、通道数、位深、颜色空间、压缩方式等（如 BMP/PNG/JPEG 文件头）

位深决定每个像素能表达的信息量：8 位可表示 $2^8=256$ 个值，24 位可表示 $2^{24}\approx 1677$ 万种颜色。

三种图像的特点对比

类型	通道数	每像素位数	像素值范围	数据量（同尺寸）
二值图	1	1 bit	0 或 1	最小
灰度图	1	8 bit	0~255	中等
RGB 彩色图	3	24 bit	每通道 0~255	最大（灰度图的 3 倍）

灰度图

• 单通道，一个像素值同时表示亮度，0 为纯黑、255 为纯白，中间为灰阶
• 丢失颜色信息，但保留了亮度/纹理/边缘结构
• 常用于边缘检测、形态学处理、OCR 等不依赖颜色的任务

RGB 彩色图

• 三通道，每个像素由 R（红）、G（绿）、B（蓝）三个分量叠加而成
• 符合显示器硬件（三色荧光/子像素）和人类视觉的加色模型
• 信息最丰富，但存储和计算开销最大；实际存储时常配合压缩（如 JPEG 有损、PNG 无损）来减小体积

二值图

• 每个像素只有两个取值（通常记 0/1，显示时常用 0/255）
• 数据量最小，适合表示掩膜（mask）、文字轮廓、分割结果
• 常由灰度图经阈值分割（如 Otsu）得到，是形态学操作（膨胀、腐蚀）的主要输入

补充：三者可以互相转换——彩色图去色得灰度图，灰度图阈值化得二值图；反之二值图/灰度图无法恢复丢失的颜色信息。