グレースケール
数値表現
ピクセルごとの光の強さの表現には範囲がある。この範囲は抽象的には、0（光が全くない状態:黒）から1（すべての光が最大限出ている状態:白）までの値を取りうる。この表記法は学術論文等で使われているが、この表記は色度学的に白や黒がどんな色であるかは定義していない。
他の記述法としては、光の強さをパーセンテージで表す方法がある。この場合ではスケールは0%から100%までとなる。これは光の強さをより直感的に表現することができるが、もし値が整数値しか用いられなかった場合、表せる光の強さは101種類だけとなり、幅広いグラデーションの色を表すには不十分である。またパーセント表記法は ハーフトーン印刷でどのくらいのインクが使われたかを示すのにも使われるが、そうなるとスケールの上下が逆転し、0%が紙の色の白（何も印刷されていない）、100%が真っ黒を表すことになる。
コンピューターの中では、グレースケールは有理数を用いて計算されるが、画像のピクセルは量子化されたバイナリの形で保存される。初期のグレースケールモニターの一部は、4ビット、つまり16段階しか表すことができなかった。しかし現在では、写真などグレースケールの画像は8ビットで保存されるのが普通になり、256段階の光の強さで表示、記録、印刷できるようになっている。しかしその256段階は非線形のスケールになっている。この8ビットという値は、ブロックノイズを回避できるぎりぎりの値だが、1ピクセルがちょうど1バイトであるので、プログラミングには都合が良い。
しかし、医用画像処理やリモートセンシングなどの技術的な利用に対しては8ビットでは足りない（もっと高画質なものが必要）ので、センサーの精度を十分に活かすために1ピクセルあたり10ビットや12ビットの画像が用いられ、コンピューター内で近似誤差が起きないようにしている。この場合、コンピューターが処理しやすい16ビットが用いられることも多い。TIFFやPNGなどの画像ファイルフォーマット（英語版）などは製作当初から16ビットをサポートしている。しかし、多くのブラウザや画像プログラムではこれを8ビットにして表示している。
ピクセルの色深度がいくらであっても、値が0の時は黒で、最大値（8ビットでは255、16ビットでは65,535）では白であることは同じである。
カラーをグレースケールに変換する
カラー画像をグレースケールに変換する方法はいくつかある。色のチャンネルの違いによって白黒画像でもカメラのレンズフィルターに異なる色が生まれる。
多チャンネルのカラー画像の単一チャンネル版としてのグレースケール
カラー画像は固定されたいくつかの色チャンネルからなることが多い。それぞれのチャンネルはチャンネルの光の強さの値を示している。例えば、RGB画像は赤、青、緑の3つの独立した原色のチャンネルからなる。またCMYK画像はシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのインクを合わせて生成される。
以下にRGBのフルカラーの画像をそれぞれの色チャンネルに分けた画像の例を示す。左の列は原色の単独のチャンネル、右の列はそれらをグレースケールで表したものである。
これは可逆的な変換である。別々のグレースケールチャンネルからフルカラーの画像を作ることもできる。オフセットを用いてチャンネルを分断し、回転などの操作を加えることで、元の画像を正確に復元するのではなく画像に新たな効果をつけることができる、