В цифровой обработке изображений пиксель (сокращенно px ), pel , [1] или элемент изображения [2] — это наименьший адресуемый элемент в растровом изображении или наименьший адресуемый элемент в матричном устройстве отображения . В большинстве цифровых устройств отображения пиксели являются наименьшим элементом, которым можно манипулировать с помощью программного обеспечения.
Каждый пиксель является образцом исходного изображения; большее количество образцов обычно обеспечивает более точное представление оригинала. Интенсивность каждого пикселя является переменной. В системах цветной визуализации цвет обычно представлен тремя или четырьмя компонентами интенсивности, такими как красный, зеленый и синий или голубой, пурпурный, желтый и черный .
В некоторых контекстах (например, описания сенсоров камеры ) пиксель относится к одному скалярному элементу многокомпонентного представления (называемого фотосайтом в контексте сенсора камеры, хотя иногда используется термин « сенсорный элемент » ) [3] , тогда как в других контекстах (например, МРТ) он может относиться к набору интенсивностей компонентов для пространственного положения.
Программное обеспечение на ранних потребительских компьютерах обязательно отображалось в низком разрешении, с большими пикселями, видимыми невооруженным глазом; графика, созданная с такими ограничениями, может называться пиксельным искусством , 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 измерений, таких как мегапиксель (один миллион пикселей).
Слово пиксель представляет собой комбинацию pix (от «pictures», сокращенно «pics») и el (от « element »); похожие образования с « el» включают слова voxel [4] « volume pixel » и texel « texture pixel » . [4] Слово pix появилось в заголовках журнала Variety в 1932 году как сокращение от слова pictures , по отношению к фильмам. [5] К 1938 году «pix» уже использовался фотожурналистами по отношению к неподвижным изображениям. [6]
Слово «пиксель» впервые было опубликовано в 1965 году Фредериком К. Биллингсли из JPL для описания элементов изображения сканированных изображений с космических зондов на Луну и Марс. [7] Биллингсли узнал это слово от Кейта Э. Макфарланда из Link Division of General Precision в Пало-Альто , который, в свою очередь, сказал, что не знает, откуда оно произошло. Макфарланд просто сказал, что оно «использовалось в то время» ( около 1963 г. ). [6]
Концепция «элемента изображения» восходит к самым ранним дням телевидения, например, как « Bildpunkt » (немецкое слово для пикселя , буквально «точка изображения») в немецком патенте 1888 года Пауля Нипкова . Согласно различным этимологиям, самая ранняя публикация термина « элемент изображения » была в журнале Wireless World в 1927 году [8] , хотя он использовался и ранее в различных патентах США, поданных еще в 1911 году. [9]
Некоторые авторы еще в 1972 году объясняли пиксель как ячейку изображения. [10] В графике и обработке изображений и видео часто вместо пикселя используется pel . [11] Например, IBM использовала его в своем техническом справочнике для оригинального ПК .
Pixilation , пишется со второй буквой i , — это не связанная с кинотехника, которая восходит к зарождению кинематографа, в которой живые актеры позируют 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; различные аниматоры, включая Нормана Макларена и Гранта Манро , приписывают его популяризацию. [12]
Пиксель обычно рассматривается как наименьший отдельный компонент цифрового изображения . Однако определение в значительной степени зависит от контекста. Например, могут быть « напечатанные пиксели » на странице, или пиксели, переносимые электронными сигналами, или представленные цифровыми значениями, или пиксели на устройстве отображения, или пиксели в цифровой камере (элементы фотосенсора). Этот список не является исчерпывающим, и в зависимости от контекста синонимы включают pel, sample, byte, bit, dot и spot. Пиксели могут использоваться в качестве единицы измерения, например: 2400 пикселей на дюйм, 640 пикселей на строку или разнесенные на 10 пикселей.
Измерения « точек на дюйм » (dpi) и « пикселей на дюйм » (ppi) иногда используются взаимозаменяемо, но имеют разные значения, особенно для печатающих устройств, где dpi является мерой плотности размещения точек принтера (например, капель чернил). [13] Например, высококачественное фотографическое изображение может быть напечатано с разрешением 600 ppi на струйном принтере с разрешением 1200 dpi. [14] Даже более высокие значения dpi, такие как 4800 dpi, указываемые 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 быть похож на 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, которая имеет номинальные три миллиона пикселей, или парой чисел, как в «дисплее 640 на 480», который имеет 640 пикселей по горизонтали и 480 сверху вниз (как в дисплее VGA ) и, следовательно, имеет общее число 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 или не могут соответствовать пикселям экрана один к одному, в зависимости от того, как компьютер отображает изображение. В вычислительной технике изображение, состоящее из пикселей, известно как растровое изображение или растровое изображение . Слово «растр» происходит от телевизионных сканирующих шаблонов и широко использовалось для описания аналогичных методов полутоновой печати и хранения.
Для удобства пиксели обычно располагаются в виде регулярной двумерной сетки . Используя эту компоновку, можно реализовать множество общих операций, равномерно применяя одну и ту же операцию к каждому пикселю независимо. Возможны и другие компоновки пикселей, при этом некоторые шаблоны выборки даже изменяют форму (или ядро ) каждого пикселя по всему изображению. По этой причине необходимо соблюдать осторожность при получении изображения на одном устройстве и отображении его 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 пользователя . 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 , а 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 поддерживаются одинаково хорошо. Чтобы создавать максимально четкие изображения на ЖК-дисплее, пользователь должен убедиться, что разрешение дисплея компьютера соответствует собственному разрешению монитора.
Пиксельная шкала, используемая в астрономии, представляет собой угловое расстояние между двумя объектами на небе, которые находятся на расстоянии одного пикселя друг от друга на детекторе (ПЗС или инфракрасном чипе). Масштаб s , измеряемый в радианах, представляет собой отношение расстояния между пикселями p и фокусного расстояния f предыдущей оптики, s = p / f . (Фокусное расстояние представляет собой произведение фокусного отношения на диаметр соответствующей линзы или зеркала.)
Поскольку s обычно выражается в угловых секундах на пиксель, поскольку 1 радиан равен (180/π) × 3600 ≈ 206 265 угловых секунд, и поскольку фокусные расстояния часто указываются в миллиметрах, а размеры пикселей — в микрометрах, что дает еще один множитель 1000, формулу часто приводят в виде s = 206 p / f .
Количество различных цветов, которые может представить пиксель, зависит от количества бит на пиксель (bpp). Изображение 1 bpp использует 1 бит на каждый пиксель, поэтому каждый пиксель может быть включен или выключен. Каждый дополнительный бит удваивает количество доступных цветов, поэтому изображение 2 bpp может иметь 4 цвета, а изображение 3 bpp может иметь 8 цветов:
Для глубины цвета 15 или более бит на пиксель глубина обычно является суммой бит, выделенных для каждого 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, так как человеческий глаз более чувствителен к ошибкам в зеленом, чем в двух других основных цветах. Для приложений, включающих прозрачность, 16 бит могут быть разделены на пять бит для красного, зеленого и синего, с одним битом, оставленным для прозрачности. 24-битная глубина допускает 8 бит на компонент. В некоторых системах доступна 32-битная глубина: это означает, что каждый 24-битный пиксель имеет дополнительные 8 бит для описания своей непрозрачности (в целях объединения с другим изображением).
Многие системы отображения и получения изображений не способны отображать или считывать различные цветовые каналы в одном месте. Поэтому пиксельная сетка разделена на одноцветные области, которые вносят вклад в отображаемый или считываемый цвет при просмотре на расстоянии. В некоторых дисплеях, таких как ЖК-дисплеи, светодиодные и плазменные дисплеи, эти одноцветные области являются отдельно адресуемыми элементами, 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 оборудования, и, следовательно, используются пиксельные схемы , а не субпиксельные схемы .
Большинство датчиков изображения цифровых камер используют одноцветные области сенсора, например, с использованием шаблона фильтра Байера , и в фотоиндустрии они известны как пиксели , как и в индустрии дисплеев, а не субпиксели .
Для систем с субпикселями можно использовать два разных подхода:
Этот последний подход, называемый субпиксельным рендерингом , использует знание геометрии пикселей для манипулирования тремя цветными субпикселями по отдельности, что приводит к увеличению видимого разрешения цветных дисплеев. В то время как дисплеи с ЭЛТ используют области фосфора с красной-зеленой-синей маской, продиктованные сеткой, называемой теневой маской, для выравнивания с отображаемым пиксельным растром потребовался бы сложный этап калибровки, поэтому ЭЛТ не используют субпиксельный рендеринг.
Концепция субпикселей связана с выборками .
В графике, веб-дизайне и пользовательских интерфейсах «пиксель» может относиться к фиксированной длине, а не к истинному пикселю на экране, чтобы соответствовать разным плотностям пикселей . Типичное определение, например, в CSS , заключается в том, что «физический» пиксель равен 1 ⁄ 96 дюйма (0,26 мм). Это гарантирует, что заданный элемент будет отображаться в том же размере, независимо от того, какое разрешение экрана его отображает. [19]
Однако могут быть некоторые дополнительные корректировки между «физическим» пикселем и логическим пикселем на экране. Поскольку экраны просматриваются с разных расстояний (рассмотрите телефон, дисплей компьютера и телевизор), желаемая длина («опорный пиксель») масштабируется относительно опорного расстояния просмотра (28 дюймов (71 см) в CSS). Кроме того, поскольку истинные плотности пикселей экрана редко кратны 96 dpi, часто применяется некоторое округление, так что логический пиксель представляет собой целое число фактических пикселей. Это позволяет избежать артефактов рендеринга. Окончательный «пиксель», полученный после этих двух шагов, становится «якорем», на котором основаны все другие абсолютные измерения (например, «сантиметр»). [20]
Рабочий пример с телевизором 2160p с диагональю 30 дюймов (76 см), расположенным на расстоянии 56 дюймов (140 см) от зрителя:
Затем браузер выберет использование размера пикселя 1,721× или округлит его до коэффициента 2×.
Мегапиксель ( МП ) — это миллион пикселей; этот термин используется не только для обозначения количества пикселей в изображении, но и для обозначения количества элементов сенсора изображения цифровых камер или количества элементов отображения цифровых дисплеев . Например, камера, которая делает изображение размером 2048 × 1536 пикселей (3 145 728 готовых пикселей изображения), обычно использует несколько дополнительных строк и столбцов элементов сенсора и обычно считается имеющей «3,2 мегапикселя» или «3,4 мегапикселя», в зависимости от того, является ли сообщаемое число «эффективным» или «общим» количеством пикселей. [21]
Пиксель используется для определения разрешения фотографии. Разрешение фотографии вычисляется путем умножения ширины и высоты сенсора в пикселях.
Цифровые камеры используют светочувствительную электронику, либо датчики изображения на основе зарядовой связи (ПЗС), либо комплементарные металл-оксид-полупроводник (КМОП), состоящие из большого количества отдельных сенсорных элементов, каждый из которых регистрирует измеренный уровень интенсивности. В большинстве цифровых камер матрица сенсора покрыта узорчатой мозаикой цветных фильтров, имеющей красные, зеленые и синие области в расположении фильтра Байера , так что каждый сенсорный элемент может регистрировать интенсивность одного основного цвета света. Камера интерполирует цветовую информацию соседних сенсорных элементов с помощью процесса, называемого демозаикой , для создания конечного изображения. Эти сенсорные элементы часто называют «пикселями», хотя они регистрируют только один канал (только красный, зеленый или синий) конечного цветного изображения. Таким образом, два из трех цветовых каналов для каждого сенсора должны быть интерполированы, и так называемая N-мегапиксельная камера, которая создает N-мегапиксельное изображение, обеспечивает только одну треть информации, которую изображение того же размера может получить от сканера. Таким образом, некоторые цветовые контрасты могут выглядеть более размытыми, чем другие, в зависимости от распределения основных цветов (зеленый цвет имеет в два раза больше элементов, чем красный или синий в схеме Байера).
DxO Labs изобрела Perceptual MegaPixel (P-MPix) для измерения резкости, которую камера выдает при сопряжении с определенным объективом — в отличие от MP, который производитель заявляет для продукта камеры, который основан только на сенсоре камеры. Новый P-MPix утверждает, что это более точное и релевантное значение, которое фотографы должны учитывать при оценке резкости камеры. [22] По состоянию на середину 2013 года объектив Sigma 35 mm f/1.4 DG HSM, установленный на Nikon D800 , имел самое высокое измеренное P-MPix. Однако при значении 23 МП он по-прежнему стирает [ требуется разъяснение ] более одной трети 36,3 МП сенсора D800. [23] В августе 2019 года Xiaomi выпустила Redmi Note 8 Pro как первый в мире смартфон с 64-мегапиксельной камерой. [24] 12 декабря 2019 года Samsung выпустила Samsung A71, который также имеет камеру на 64 МП. [25] В конце 2019 года Xiaomi анонсировала первый камерофон с 108 МП 1/1,33-дюймовым датчиком в поперечном направлении. Датчик больше, чем у большинства мостовых камер с 1/2,3-дюймовым датчиком в поперечном направлении. [26]
Один из новых методов добавления мегапикселей был представлен в камере Micro Four Thirds System , которая использует только датчик 16 МП, но может создавать изображение 64 МП RAW (40 МП JPEG) путем создания двух экспозиций, сдвигая датчик на полпикселя между ними. Используя штатив для съемки нескольких снимков на одном уровне в одном экземпляре, несколько изображений 16 МП затем генерируются в единое изображение 64 МП. [27]
Эти ячейки часто называют вокселями (элементами объема) по аналогии с пикселями.
принтер точек на дюйм пикселей на дюйм.