摘自《視頻技術基礎》第1章 人眼視覺與圖像屬性
1.5.1 像素
數字圖像由眾多像素組成，像素是組成數字圖像的基本單位。許多人認為像素之間是獨立的，沒有重疊，而且每一個像素內部亮度及色彩也是均勻的，持這種看法的人認為數字圖像由無數正方形或矩形色塊組成，只要分辨率足夠大，也就是像素數目足夠多，數字圖像在顯示的時候就具備了足夠的清晰度。此觀點並沒有明顯錯誤，但是如果我們研究得深入一些，問題並不是這么簡單。
在記錄數字圖像的過程中，每一個像素的亮度與色彩信息被獨立記錄下來，但是這些信息只是一些數字，它們僅代表了像素的亮度與色彩，並沒有記錄像素以何種方式顯示。在不同顯示方式下，數字圖像所代表的相同信息會有不同的表現。
圖1-17
如圖1-17示，a、b 兩圖顯示的是同樣的數字圖像，分辨率為16×20，a 圖像素之間沒有重疊，而且每個像素內部都是均勻的；b 圖像素之間有一定程度的重疊，同時每個像素內部亮度從中間向四周呈正態分布逐漸衰減。有些讀者能夠從b 圖中辨認出這是作者的頭像，但是沒有人能夠從a 圖中辨認出作者。由於兩幅圖像數據完全相同，這個例子說明數字圖像像素的顯示方式對圖像的最終面貌具有很重要的影響。
同時，如果我們將銳度定義為圖像內部物體邊緣的對比度，此例也能夠證明在同樣分辨率的條件下，數字圖像的銳度並不是越大越好，一定程度的“模糊”反而能夠更加真實地還原景物。
像素之間的重疊與像素內部的亮度衰減對於運動表現也同樣具有積極作用，一定程度的重疊與衰減有助於消除運動物體邊緣的抖動，使運動看上去更加平滑和自然。
1.5.2 尼奎斯特定律與混疊
哈里·尼奎斯特（Harry Nyquist，美國物理學家，1889—1976）在1914年發表了一篇著名的論文，論文提出采樣頻率必須大於原始信號最高頻率的兩倍，才能完整地還原原始信號，這就是著名的尼奎斯特定律。尼奎斯特的理論在當時論證的是模擬信號，在數字信號領域也同樣適用。
這里舉個例子來說明尼奎斯特定律的含義。假設用數字攝影機拍攝水平條紋的測試卡，測試卡上有500條黑色線，條紋的間隔一致、粗細均勻，那么根據尼奎斯特定律，數字攝影機的垂直分辨率必須至少為1000線，才能將測試卡上的500 條水平線完整地表現出來，否則將出現“混疊”現象。
所謂混疊，即高於采樣頻率一半的高頻信號被映射到信號的低頻部分，與原有低頻信號疊加，對信號的完整性和准確性產生影響。
圖1-18
圖1-18為混疊效果示意圖，圖中規律分布圓點的黑色矩形代表感光器件，其中的白色圓點代表采樣點，呈一定角度傾斜的黑色條紋代表被采樣的圖像，在兩者的疊加部分，可以清晰地看到數條較粗的條紋，這些條紋稱為摩爾紋，摩爾紋在原始圖像中並不存在，為混疊的產物。
經常使用數字攝影機的攝影師大多遇到過此類混疊現象，特別是對於運動畫面，混疊條紋會有規律地移動，在畫面上形成明顯的瑕疵，視覺上非常醒目。所以在拍攝過程中應盡量避免拍攝百葉窗、大面積的樓梯等呈規律變化的物體，如果必須拍攝，則盡量使這些物體的景別大一些，使其頻率低於尼奎斯特頻率。圖1-19為產生了混疊現象的畫面。
圖1-19
在視頻信號處理過程中，有兩種方法可以消除混疊現象。一是直接提高采樣頻率，以獲得更高的尼奎斯特頻率，但是采樣頻率不能無限提高；二是在采樣頻率固定的情況下，可通過低通濾波器消除大於尼奎斯特頻率的高頻信號，從而消除混疊現象。