В цифровых изображениях пиксель (сокращенно px ), pel , [1] или элемент изображения [2] — это наименьший адресуемый элемент в растровом изображении или наименьший адресуемый элемент в устройстве точечно- матричного отображения . В большинстве цифровых устройств отображения пиксели — это наименьший элемент, которым можно манипулировать с помощью программного обеспечения.
Каждый пиксель представляет собой образец исходного или синтетического изображения; большее количество образцов обычно обеспечивает более точное представление оригинала. Интенсивность каждого пикселя является переменной . В системах цветного изображения цвет обычно представлен тремя или четырьмя компонентами интенсивности, такими как красный, зеленый и синий или голубой, пурпурный, желтый и черный .
В некоторых контекстах (например, в описаниях датчиков камеры ) пиксель относится к одному скалярному элементу многокомпонентного представления (называемому фотосайтом в контексте датчика камеры, хотя иногда используется Sensel « сенсорный элемент » ), [3] в то время как в других контекстах (например, МРТ) это может относиться к набору интенсивностей компонентов пространственного положения.
Программное обеспечение на первых потребительских компьютерах обязательно отображалось с низким разрешением, с большими пикселями, видимыми невооруженным глазом; Графика, созданная с учетом этих ограничений, может называться пиксельной графикой , особенно в отношении видеоигр. Однако современные компьютеры и дисплеи могут легко отображать на порядки больше пикселей, чем это было возможно ранее, что требует использования больших размеров, таких как мегапиксель (один миллион пикселей).
Слово «пиксель» представляет собой комбинацию слов «pix » (от «картинки», сокращенно до «pics») и el (от « элемент »); Подобные образования с « el» включают слова voxel [4] « пиксель объема » и texel « пиксель текстуры » . [4] Слово « pix» появилось в заголовках журнала Variety в 1932 году как аббревиатура слова « pictures» применительно к фильмам. [5] К 1938 году слово «пикс» стало использоваться фотожурналистами в отношении неподвижных изображений. [6]
Слово «пиксель» было впервые опубликовано в 1965 году Фредериком К. Биллингсли из Лаборатории реактивного движения для описания элементов изображения отсканированных изображений с космических зондов на Луну и Марс. [7] Биллингсли узнал это слово от Кита Э. Макфарланда из отдела общей точности в Пало-Альто , который, в свою очередь, сказал, что не знает, откуда оно произошло. Макфарланд просто сказал, что он «использовался в то время» (около 1963 года). [6]
Понятие «элемент изображения» восходит к самым ранним временам телевидения, например, как « Bildpunkt » (немецкое слово, обозначающее пиксель , буквально «точка изображения») в немецком патенте Пауля Нипкова 1888 года . Согласно различным этимологиям, самая ранняя публикация самого термина « элемент изображения» была в журнале Wireless World в 1927 году [8] , хотя ранее он использовался в различных патентах США, поданных еще в 1911 году. [9]
Некоторые авторы еще в 1972 году объясняли пиксель как ячейку изображения. [10] В графике , а также при обработке изображений и видео вместо пикселя часто используется pel . [11] Например, IBM использовала его в своем техническом справочнике для оригинального ПК .
Пиксилирование , пишется со второй i , — это несвязанная с ним техника кинопроизводства, восходящая к зарождению кинематографа, в которой живые актеры позируются кадр за кадром и фотографируются для создания покадровой анимации. Архаичное британское слово, означающее «одержимость духами ( пикси )», этот термин использовался для описания процесса анимации с начала 1950-х годов; его популяризацию приписывают различным аниматорам, в том числе Норману Макларену и Гранту Манро . [12]
Пиксель обычно считается наименьшим компонентом цифрового изображения . Однако это определение очень зависит от контекста. Например, на странице могут быть « напечатанные пиксели », или пиксели, переносимые электронными сигналами, или представленные цифровыми значениями, или пиксели на устройстве отображения, или пиксели в цифровой камере (фотосенсорные элементы). Этот список не является исчерпывающим, и, в зависимости от контекста, синонимы включают pel, sample, byte, bit, dot и Spot. Пиксели можно использовать в качестве единицы измерения, например: 2400 пикселей на дюйм, 640 пикселей на строку или с интервалом 10 пикселей друг от друга.
Меры « точек на дюйм » (dpi) и « пикселей на дюйм » (ppi) иногда используются как взаимозаменяемые, но имеют разные значения, особенно для принтеров, где dpi — это мера плотности точек принтера (например, капель чернил). размещение. [13] Например, высококачественное фотографическое изображение можно распечатать с разрешением 600 точек на дюйм на струйном принтере с разрешением 1200 точек на дюйм. [14] Даже более высокие значения dpi, такие как 4800 dpi, указанные производителями принтеров с 2002 года, не имеют большого значения с точки зрения достижимого разрешения . [15]
Чем больше пикселей используется для представления изображения, тем ближе результат может напоминать оригинал. Количество пикселей в изображении иногда называют разрешением, хотя разрешение имеет более конкретное определение. Количество пикселей может быть выражено одним числом, как в «трехмегапиксельной» цифровой камере, номинально имеющей три миллиона пикселей, или парой чисел, как в «дисплее 640 на 480 пикселей», имеющем 640 пикселей. из стороны в сторону и 480 сверху вниз (как в VGA- дисплее) и, следовательно, имеет общее количество 640 × 480 = 307 200 пикселей, или 0,3 мегапикселя.
Пиксели или образцы цвета, которые формируют оцифрованное изображение (например, файл JPEG , используемый на веб-странице), могут находиться в однозначном соответствии с пикселями экрана, а могут и не соответствовать, в зависимости от того, как компьютер отображает изображение. В вычислительной технике изображение, состоящее из пикселей, известно как растровое или растровое изображение . Слово «растр» происходит от шаблонов телевизионного сканирования и широко используется для описания аналогичных методов полутоновой печати и хранения.
Для удобства пиксели обычно располагаются в обычной двумерной сетке . Используя такое расположение, многие общие операции могут быть реализованы путем равномерного применения одной и той же операции к каждому пикселю независимо. Возможны и другие расположения пикселей, причем некоторые шаблоны выборки даже меняют форму (или ядро ) каждого пикселя на изображении. По этой причине необходимо соблюдать осторожность при получении изображения на одном устройстве и его отображении на другом или при преобразовании данных изображения из одного формата пикселей в другой.
Например:
Компьютеры могут использовать пиксели для отображения изображения, часто абстрактного изображения, представляющего графический интерфейс . Разрешение этого изображения называется разрешением дисплея и определяется видеокартой компьютера . ЖК- мониторы также используют пиксели для отображения изображения и имеют собственное разрешение . Каждый пиксель состоит из триад , количество этих триад определяет собственное разрешение. На некоторых ЭЛТ- мониторах скорость развертки луча может быть фиксированной, что приводит к фиксированному собственному разрешению. Большинство ЭЛТ-мониторов не имеют фиксированной скорости развертки луча, то есть у них вообще нет собственного разрешения — вместо этого у них есть набор разрешений, которые одинаково хорошо поддерживаются. Чтобы получить максимально четкое изображение на ЖК-дисплее, пользователь должен убедиться, что разрешение экрана компьютера соответствует собственному разрешению монитора.
Пиксельная шкала, используемая в астрономии , представляет собой угловое расстояние между двумя объектами на небе, расстояние между которыми на детекторе (CCD или инфракрасном чипе) составляет один пиксель. Масштаб s, измеряемый в радианах , представляет собой отношение расстояния между пикселями p и фокусного расстояния f предыдущей оптики, s = p/f . (Фокусное расстояние — это произведение фокусного расстояния на диаметр соответствующей линзы или зеркала.)
Поскольку s обычно выражается в единицах угловых секунд на пиксель, поскольку 1 радиан равен (180/π) × 3600 ≈ 206 265 угловых секунд, а также поскольку фокусные расстояния часто задаются в миллиметрах, а размеры пикселей в микрометрах, что дает еще один коэффициент 1000, формула часто указывается как s = 206 p/f .
Количество различных цветов, которые могут быть представлены пикселем, зависит от количества бит на пиксель (bpp). Изображение с разрешением 1 бит на пиксель использует 1 бит для каждого пикселя, поэтому каждый пиксель может быть включен или выключен. Каждый дополнительный бит удваивает количество доступных цветов, поэтому изображение с разрешением 2 бита на пиксель может иметь 4 цвета, а изображение с разрешением 3 бита на пиксель — 8 цветов:
Для глубины цвета 15 или более бит на пиксель глубина обычно представляет собой сумму битов, выделенных каждому из красного, зеленого и синего компонентов. Highcolor , обычно означающий 16 бит на пиксель, обычно имеет по пять бит для красного и синего и шесть бит для зеленого, поскольку человеческий глаз более чувствителен к ошибкам в зеленом, чем в двух других основных цветах. Для приложений, требующих прозрачности, 16 бит можно разделить на пять битов: красного, зеленого и синего, при этом один бит остается для прозрачности. Глубина 24 бита позволяет использовать 8 бит на компонент. В некоторых системах доступна 32-битная глубина: это означает, что каждый 24-битный пиксель имеет дополнительные 8 бит для описания его непрозрачности (в целях объединения с другим изображением).
Многие системы отображения и получения изображений не способны отображать или воспринимать разные цветовые каналы на одном и том же месте. Таким образом, сетка пикселей разделена на одноцветные области, которые вносят вклад в отображаемый или воспринимаемый цвет при просмотре на расстоянии. В некоторых дисплеях, таких как ЖК-, светодиодные и плазменные дисплеи, эти одноцветные области представляют собой отдельно адресуемые элементы, которые стали известны как субпиксели , в основном цвета RGB . [18] Например, ЖК-дисплеи обычно делят каждый пиксель по вертикали на три субпикселя. Когда квадратный пиксель делится на три субпикселя, каждый субпиксель обязательно является прямоугольным. В терминологии индустрии дисплеев субпиксели часто называют пикселями , поскольку они являются основными адресуемыми элементами с точки зрения аппаратного обеспечения, и, следовательно, используются пиксельные схемы , а не субпиксельные схемы .
В большинстве датчиков изображения цифровых камер используются одноцветные области датчика, например, с использованием шаблона фильтра Байера , и в индустрии фотоаппаратов они называются пикселями , как и в индустрии дисплеев, а не субпикселями .
Для систем с субпикселями можно использовать два разных подхода:
Этот последний подход, называемый субпиксельным рендерингом , использует знания о геометрии пикселей для отдельного управления тремя цветными субпикселями, что приводит к увеличению видимого разрешения цветных дисплеев. В то время как ЭЛТ- дисплеи используют области люминофора с красно-зелено-синей маской, определяемые сеткой сетки, называемой теневой маской, для выравнивания с отображаемым растром пикселей потребуется сложный этап калибровки, поэтому ЭЛТ не используют субпиксельный рендеринг.
Понятие субпикселей связано с семплами .
В графике, веб-дизайне и пользовательских интерфейсах «пиксель» может относиться к фиксированной длине, а не к истинному пикселю на экране, чтобы обеспечить различную плотность пикселей . Типичное определение, например, в CSS , заключается в том, что «физический» пиксель составляет 1 ⁄ 96 дюйма (0,26 мм). Это гарантирует, что данный элемент будет отображаться одинакового размера независимо от того, какое разрешение экрана его просматривает. [19]
Однако могут быть некоторые дополнительные настройки между «физическим» пикселем и логическим пикселем на экране. Поскольку экраны просматриваются на разных расстояниях (например, телефон, дисплей компьютера и телевизор), желаемая длина («эталонный пиксель») масштабируется относительно эталонного расстояния просмотра (28 дюймов (71 см) в CSS). Кроме того, поскольку истинная плотность пикселей экрана редко кратна 96 точкам на дюйм, часто применяется некоторое округление, чтобы логический пиксель представлял собой целое число реальных пикселей. Это позволяет избежать артефактов рендеринга. Последний «пиксель», полученный после этих двух шагов, становится «якорем», на котором основываются все остальные абсолютные измерения (например, «сантиметр»). [20]
Рабочий пример: 30-дюймовый (76 см) телевизор с разрешением 2160p, расположенный на расстоянии 56 дюймов (140 см) от зрителя:
Затем браузер выберет использовать размер пикселя 1,721× или округлить до коэффициента 2×.
Мегапиксель ( МП ) — это миллион пикселей; Этот термин используется не только для количества пикселей в изображении, но также для обозначения количества сенсорных элементов изображения цифровых камер или количества элементов отображения цифровых дисплеев . Например, камера, которая создает изображение размером 2048 × 1536 пикселей (3 145 728 пикселей готового изображения), обычно использует несколько дополнительных рядов и столбцов сенсорных элементов и обычно называется «3,2 мегапикселя» или «3,4 мегапикселя», в зависимости от того, Сообщаемое число представляет собой «эффективное» или «общее» количество пикселей. [21]
Пиксель используется для определения разрешения фотографии. Разрешение фотографии рассчитывается путем умножения ширины и высоты сенсора в пикселях.
В цифровых камерах используется светочувствительная электроника, либо датчики изображения с зарядовой связью (ПЗС), либо дополнительные датчики изображения металл-оксид-полупроводник (КМОП), состоящие из большого количества отдельных сенсорных элементов, каждый из которых записывает измеренный уровень интенсивности. В большинстве цифровых камер матрица датчиков покрыта узорчатой мозаикой цветных фильтров, имеющей красные, зеленые и синие области в расположении фильтров Байера , так что каждый сенсорный элемент может регистрировать интенсивность одного основного цвета света. Камера интерполирует информацию о цвете соседних сенсорных элементов с помощью процесса, называемого демозаика , для создания окончательного изображения. Эти сенсорные элементы часто называют «пикселями», хотя они записывают только один канал (только красный, зеленый или синий) конечного цветного изображения. Таким образом, два из трех цветовых каналов для каждого датчика должны быть интерполированы, а так называемая N-мегапиксельная камера, создающая N-мегапиксельное изображение, дает только одну треть информации, которую изображение того же размера могло бы получить от сканера. . Таким образом, некоторые цветовые контрасты могут выглядеть более размытыми, чем другие, в зависимости от распределения основных цветов (в байеровской схеме зеленого цвета в два раза больше элементов, чем красного или синего).
В DxO Labs изобрели Perceptual MegaPixel (P-MPix) для измерения резкости, которую обеспечивает камера при подключении к определенному объективу – в отличие от MP, заявленного производителем для камеры, который основан только на сенсоре камеры. Новый P-MPix утверждает, что является более точным и актуальным параметром для фотографов, который следует учитывать при оценке резкости камеры. [22] По состоянию на середину 2013 года объектив Sigma 35 мм f/1.4 DG HSM, установленный на Nikon D800 , имел самый высокий измеренный показатель P-MPix. Однако при значении 23 МП он по-прежнему стирает [ нужны разъяснения ] более трети сенсора D800 с разрешением 36,3 МП. [23] В августе 2019 года Xiaomi выпустила Redmi Note 8 Pro как первый в мире смартфон с камерой на 64 Мп. [24] 12 декабря 2019 года компания Samsung выпустила Samsung A71 с камерой на 64 МП. [25] В конце 2019 года Xiaomi анонсировала первый камерофон с сенсором 108 МП и диагональю 1/1,33 дюйма. Датчик больше, чем у большинства мостовых камер с размером сенсора 1/2,3 дюйма. [26]
Один новый метод добавления мегапикселей был представлен в камере системы Micro Four Thirds , которая использует только датчик на 16 МП, но может создавать изображение в формате RAW 64 МП (40 МП JPEG), делая две экспозиции, сдвигая матрицу на полпикселя между ними. их. Используя штатив для создания одноуровневых мультикадров внутри экземпляра, несколько изображений с разрешением 16 МП затем преобразуются в единое изображение с разрешением 64 МП. [27]
Эти ячейки часто называют вокселами (элементами объема) по аналогии с пикселями.
количество точек на дюйм принтера, пикселей на дюйм.