Плотность пикселей

Разрешение экрана измеряется в пикселях на длину

Пиксели на дюйм ( ppi ) и пиксели на сантиметр ( ppcm или пикселей/см ) — это измерения плотности пикселей электронного устройства обработки изображений, такого как компьютерный монитор или телевизионный дисплей, или устройства оцифровки изображения, такого как камера или сканер изображений . Горизонтальная и вертикальная плотность обычно одинакова, поскольку большинство устройств имеют квадратные пиксели , но различается на устройствах с неквадратными пикселями. Плотность пикселей — это не то же самое, что разрешение  :  первое описывает количество деталей на физической поверхности или устройстве, второе описывает количество пиксельной информации независимо от ее масштаба. С другой стороны, пиксель не имеет собственного размера или единицы измерения (пиксель на самом деле является образцом), но когда он печатается, отображается или сканируется, пиксель имеет как физический размер (размерность), так и плотность пикселей (ppi). ). ^[1]

Основные принципы

Поскольку большинство цифровых аппаратных устройств используют точки или пиксели, размер носителя (в дюймах) и количество пикселей (или точек) напрямую связаны с количеством пикселей на дюйм. Следующая формула дает количество пикселей по горизонтали или вертикали с учетом физического размера формата и количества пикселей на дюйм вывода:

${\displaystyle {\text{Number of Pixels}}={\text{Size in Inches}}*{\text{PPI}}}$

Пикселей на дюйм (или пикселей на сантиметр) описывает детали файла изображения, когда известен размер печати. Например, изображение размером 100×100 пикселей, напечатанное на квадрате размером 2 дюйма, имеет разрешение 50 пикселей на дюйм. При таком использовании измерение имеет смысл при печати изображения. Во многих приложениях, таких как Adobe Photoshop, программа устроена так, что новые изображения создаются путем указания устройства вывода и PPI (пикселей на дюйм). Таким образом, цель вывода часто определяется при создании изображения.

Вывод на другое устройство

При перемещении изображений между устройствами, например при печати изображения, созданного на мониторе, важно понимать плотность пикселей обоих устройств. Рассмотрим 23-дюймовый HD-монитор (шириной 20 дюймов) с известным собственным разрешением 1920 пикселей (по горизонтали). Предположим, художник создал новое изображение с разрешением монитора 1920 пикселей, возможно, предназначенное для Интернета без учета печати. Переписав приведенную выше формулу, можно узнать плотность пикселей (PPI) изображения на дисплее монитора:

${\displaystyle {\text{PPI (monitor)}}={\frac {\text{Number of Pixels}}{\text{Size in Inches}}}={\frac {1920}{20}}=96{\text{ ppi}}}$

Теперь давайте представим, что художник хочет напечатать баннер большего размера размером 48 дюймов по горизонтали. Мы знаем количество пикселей в изображении и размер вывода, из которого мы можем снова использовать ту же формулу, чтобы получить PPI напечатанного плаката:

${\displaystyle {\text{PPI (poster)}}={\frac {\text{Number of Pixels}}{\text{Size in Inches}}}={\frac {1920}{48}}=40{\text{ ppi}}}$

Это показывает, что выходной баннер будет иметь разрешение всего 40 пикселей на дюйм. Поскольку принтер способен печатать с разрешением 300 пикселей на дюйм, разрешение исходного изображения значительно ниже того, которое необходимо для создания баннера приличного качества, даже если оно хорошо выглядело на мониторе веб-сайта. Мы бы сказали более прямо, что изображение размером 1920×1080 пикселей не имеет достаточного количества пикселей для печати в большом формате.

Печать на бумаге

Печать на бумаге осуществляется по разным технологиям. Газеты и журналы традиционно печатались с использованием полутонового растра ^[2] , который печатал точки с заданной частотой, частотой экрана, в строках на дюйм (LPI), используя чисто аналоговый процесс, в котором фотографический отпечаток преобразуется в отпечаток переменного размера. точки через интерференционные картины, проходящие через экран. Современные струйные принтеры могут печатать микроскопические точки в любом месте и не требуют сетки экрана с метрическим разрешением точек на дюйм (DPI). Они оба отличаются от плотности пикселей или пикселей на дюйм (PPI), поскольку пиксель представляет собой отдельный образец любого цвета, тогда как струйная печать может печатать только точку определенного цвета либо включенную, либо выключенную. Таким образом, принтер преобразует пиксели в серию точек, используя процесс, называемый дизерингом . Шаг точек , наименьший размер каждой точки, также определяется типом бумаги, на которой напечатано изображение. Впитывающая поверхность бумаги (например, немелованной переработанной бумаги) позволяет каплям чернил растекаться, что приводит к увеличению шага точек. ^[3]

Часто требуется узнать качество изображения в пикселях на дюйм (PPI), подходящее для данного устройства вывода. Если выбор слишком мал, то качество будет ниже того, на которое способно устройство (потеря качества), а если выбор слишком велик, то пиксели будут храниться без необходимости — пустая трата дискового пространства. Идеальная плотность пикселей (PPI) зависит от формата вывода, устройства вывода, предполагаемого использования и художественного выбора. Для струйных принтеров, измеряемых в DPI, обычно для определения PPI рекомендуется использовать половину или меньше DPI. Например, изображение, предназначенное для принтера с разрешением 600 точек на дюйм, может быть создано с разрешением 300 точек на дюйм. При использовании других технологий, таких как трафаретная печать AM или FM, часто публикуются таблицы растрирования , которые указывают идеальный PPI для метода печати. ^[4]

Использование DPI или LPI принтера остается полезным для определения PPI до тех пор, пока не будут достигнуты более крупные форматы, такие как 36 дюймов или выше, поскольку тогда фактор остроты зрения становится более важным для рассмотрения. Если отпечаток можно рассматривать крупным планом, то можно выбрать пределы устройства принтера.Однако, если плакат, баннер или рекламный щит будут рассматриваться издалека, можно использовать гораздо более низкий PPI. ^{[ нужна ссылка ]}

Внешняя сторона квадрата, показанного выше, имеет размеры 200 на 200 пикселей. Чтобы определить разрешение монитора, установите для параметра масштабирования DPI ОС значение 100 % и масштаб браузера — 100 %, затем измерьте ширину и высоту в дюймах квадрата, отображаемого на данном мониторе. Разделив 200 на измеренную ширину или высоту, вы получите разрешение монитора по горизонтали или вертикали соответственно при текущем разрешении экрана.

Компьютерные дисплеи

PPI/PPCM дисплея компьютера зависит от размера дисплея в дюймах / сантиметрах и общего количества пикселей в горизонтальном и вертикальном направлениях. Это измерение часто называют количеством точек на дюйм , хотя более точно это измерение относится к разрешению компьютерного принтера .

Например, 15-дюймовый (38 см) дисплей, размеры которого составляют 12 дюймов (30,48 см) в ширину и 9 дюймов (22,86 см) в высоту, с максимальным разрешением 1024×768 пикселей (или XGA ) может отображать около 85 PPI или 33,46  PPCM как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Эта цифра определяется путем деления ширины (или высоты) области отображения в пикселях на ширину (или высоту) области отображения в дюймах. Дисплей может иметь разные измерения PPI по горизонтали и вертикали (например, типичный ЭЛТ-монитор с соотношением сторон 4:3 показывает компьютерный дисплей в режиме 1280×1024 при максимальном размере, что представляет собой соотношение 5:4, что не совсем то же самое, что 4:3). Очевидное PPI монитора зависит от разрешения экрана (то есть количества пикселей) и размера используемого экрана; монитор в режиме 800×600 имеет более низкое значение PPI, чем тот же монитор в режиме 1024×768 или 1280×960.

Шаг точек компьютерного дисплея определяет абсолютный предел возможной плотности пикселей. Типичные компьютерные дисплеи с электронно-лучевой трубкой или ЖК-дисплеем , выпущенные примерно в 2000 году , варьируются от 67 до 130 пикселей на дюйм, хотя настольные мониторы превышают 200 пикселей на дюйм, а флагманские модели мобильных устройств некоторых производителей смартфонов с 2014 года превышают 500 пикселей на дюйм.

В январе 2008 года корпорация Kopin анонсировала ЖК-дисплей SVGA с диагональю 0,44 дюйма (1,12 см) и плотностью пикселей 2272 точек на дюйм (каждый пиксель всего 11,25  мкм). ^{[5] [6]} В 2011 году они разработали цветной дисплей VGA с разрешением 3760 точек на дюйм и диагональю 0,21 дюйма. ^[7] Производитель заявляет, что он разработал ЖК-дисплей с возможностью оптического увеличения, как в устройствах для очков с высоким разрешением.

Приложения голографии требуют еще большей плотности пикселей, поскольку более высокая плотность пикселей обеспечивает больший размер изображения и более широкий угол обзора. Пространственные модуляторы света могут уменьшать шаг пикселя до 2,5  мкм , обеспечивая плотность пикселей 10 160 PPI. ^[8]

Некоторые наблюдения показывают, что человек без посторонней помощи обычно не может различать детали за пределами 300 PPI. ^{[9] Однако этот показатель зависит как от расстояния между зрителем и изображением, так и} от остроты зрения зрителя . Человеческий глаз также иначе реагирует на яркий, равномерно освещенный интерактивный дисплей, чем на печать на бумаге.

Технологии отображения с высокой плотностью пикселей сделают сглаживание с суперсэмплированием устаревшим, сделают возможным создание истинной графики WYSIWYG и потенциально откроют практическую эру « безбумажного офиса ». ^[10] Для сравнения: такое устройство с размером экрана 15 дюймов (38 см) должно отображать более четырех экранов Full HD (или разрешения WQUXGA ).

Спецификация плотности пикселей дисплея PPI также полезна для калибровки монитора с принтером. Программное обеспечение может использовать измерение PPI для отображения документа на экране в «реальном размере».

Расчет мониторного PPI

PPI можно рассчитать, зная размер диагонали экрана в дюймах и разрешение в пикселях (ширину и высоту). Это можно сделать в два этапа:

1. Рассчитайте диагональное разрешение в пикселях, используя теорему Пифагора , затем фактическое значение PPI:

${\displaystyle PPI={\frac {\sqrt {w_{p}^{2}+h_{p}^{2}}}{d_{i}}}}$

где

1. ${\displaystyle w_{p}}$разрешение по ширине в пикселях
2. ${\displaystyle h_{p}}$разрешение по высоте в пикселях
3. ${\displaystyle d_{i}}$— размер диагонали в дюймах (это число, заявленное как размер дисплея).

Например:

1. Для 15,6-дюймового экрана с разрешением 5120×2880 вы получаете = 376,57 PPI. ${\displaystyle {\frac {\sqrt {5120^{2}+2880^{2}}}{15.6}}}$
2. Для 50-дюймового экрана с разрешением 8192×4608 вы получаете = 188 PPI. ${\displaystyle {\frac {\sqrt {8192^{2}+4608^{2}}}{50}}}$
3. Для 27-дюймового экрана с разрешением 3840×2160 вы получаете = 163 PPI. ${\displaystyle {\frac {\sqrt {3840^{2}+2160^{2}}}{27}}}$
4. Для 32-дюймового экрана с разрешением 3840×2160 вы получаете = 138 PPI. ${\displaystyle {\frac {\sqrt {3840^{2}+2160^{2}}}{32}}}$
5. Для 10,1-дюймового экрана нетбука старой школы с разрешением 1024×600 вы получаете = 117,5 PPI. ${\displaystyle {\frac {\sqrt {1024^{2}+600^{2}}}{10.1}}}$
6. Для 27-дюймового экрана с разрешением 2560×1440 вы получаете = 108,8 PPI. ${\displaystyle {\frac {\sqrt {2560^{2}+1440^{2}}}{27}}}$
7. Для экрана с диагональю 21,5 дюйма (546,1 мм) и разрешением 1920×1080 вы получаете = 102,46 PPI; ${\displaystyle {\frac {\sqrt {1920^{2}+1080^{2}}}{21.5}}}$

Эти расчеты могут быть не очень точными. Часто экраны, рекламируемые как «экран X дюймов», могут иметь разные физические размеры видимой области, например:

• Apple Inc. рекламировала свой iMac середины 2011 года как «21,5-дюймовый (видимый) [...] дисплей» ^[11] , но его фактическая видимая область составляет 545,22 мм или 21,465 дюйма. ^[12] Более точная цифра увеличивает рассчитанный ИЦП со 102,46 (при использовании 21,5) до 102,63.
• Монитор HP LP2065 с диагональю 20 дюймов (50,8 см) имеет фактическую видимую область 20,1 дюйма (51 см). ^[13]
• В более важном случае некоторые мониторы, такие как Dell UltraSharp UP3216Q (3840×2160 пикселей), рекламируются как 32-дюймовые мониторы «класса» (137,68 пикселей на дюйм), но фактическая диагональ области просмотра составляет 31,5 дюйма, что составляет истинное значение PPI 139,87. . ^[14]

Расчет PPI ​​экранов просмотра камер

Производители фотоаппаратов часто указывают экраны просмотра как «количество точек». Это не то же самое, что количество пикселей, поскольку на каждый пиксель приходится 3 «точки» — красная, зеленая и синяя. Например, Canon 50D имеет разрешение 920 000 точек. ^[15] Это соответствует 307 200 пикселей (×3 = 921 600 точек). Таким образом, экран имеет разрешение 640×480 пикселей. ^[16]

Это необходимо учитывать при расчете PPI. «Точки» и «пиксели» часто путают в обзорах и характеристиках при просмотре информации конкретно о цифровых камерах.

Сканеры и камеры

«PPI» или «плотность пикселей» также могут описывать разрешение сканера изображений . В этом контексте PPI является синонимом количества образцов на дюйм . В цифровой фотографии плотность пикселей — это количество пикселей, разделенное на площадь сенсора. Типичная зеркалка , выпущенная примерно в 2013 году, имеет 1–6,2 МП/см ² ; типичный компакт имеет 20–70 МП/см ² .

Например, Sony Alpha SLT-A58 имеет 20,1 мегапикселей на сенсоре APS-C с разрешением 6,2 МП/см ^2, тогда как компактная камера, такая как Sony Cyber-shot DSC-HX50V, имеет 20,4 мегапикселя на сенсоре 1/2,3 дюйма с разрешением 70 МП/см. ^2. У профессиональной камеры PPI ниже, чем у компактной камеры, поскольку у нее фотодиоды большего размера из-за гораздо большего размера сенсоров.

Смартфоны

Смартфоны используют небольшие дисплеи, но дисплеи современных смартфонов имеют больший рейтинг PPI, например, Samsung Galaxy S7 с дисплеем Quad HD с плотностью 577 пикселей на дюйм, Fujitsu F-02G с дисплеем Quad HD с плотностью 564 пикселей на дюйм, ^[17] LG G6 с Дисплей Quad HD с разрешением 564 пикселей на дюйм или – XHDPI или Oppo Find 7 с разрешением 534 пикселей на дюйм на 5,5-дюймовом дисплее – XXHDPI (см. раздел ниже). ^[18] Sony Xperia XZ Premium оснащен дисплеем 4K с плотностью пикселей 807 пикселей на дюйм, самый высокий показатель среди всех смартфонов по состоянию на 2017 год. ^[19]

Логические значения DPI на Android

Android поддерживает следующие логические значения DPI для управления размером отображаемого контента: ^[20]

Метрика

В цифровой издательской индустрии в основном используются пиксели на дюйм, но иногда используются пиксели на сантиметр или указывается коэффициент преобразования. ^{[21] [22] [23]}

Формат файла изображения PNG позволяет использовать только метр в качестве единицы измерения плотности пикселей. ^[24]

Поддержка формата файла изображения

В следующей таблице показано, как плотность пикселей поддерживается популярными форматами файлов изображений. Используемые цвета ячеек не указывают на то, насколько многофункциональным является определенный формат файла изображения, но какую поддержку плотности можно ожидать от определенного формата файла изображения.

Несмотря на то, что программное обеспечение для обработки изображений может дополнительно устанавливать плотность для некоторых форматов файлов изображений, не многие другие программы используют информацию о плотности при отображении изображений. Веб-браузеры, например, игнорируют любую информацию о плотности. Как видно из таблицы, поддержка информации о плотности в форматах файлов изображений сильно различается, и ее следует использовать с большой осторожностью в контролируемом контексте.

1. Длина относится к горизонтальному и вертикальному размеру в дюймах, сантиметрах и т. д., тогда как пиксель относится только к количеству пикселей, найденных по горизонтальному и вертикальному измерению.
2. Поддержка в SVG отличается. Стандарт поддерживает float PixelUnitToMillimeterX, PixelUnitToMillimeterY, screenPixelToMillimeterX и screenPixelToMillimeterY для использования в CSS2 . ^[28] Inkscape SVG поддерживает плотность только для экспорта PNG inkscape:export-xdpi и inkscape:export-ydpi. ^[29] Adobe хранит его еще по-другому.

Смотрите также

• Стандарты DPI компьютерного монитора – истоки 96 DPI/PPI в качестве стандарта Microsoft/Windows и 72 DPI/PPI в качестве (бывшего) стандарта Apple/Macintosh.
• Независимость разрешения
• Retina Display
• Картирование пикселей 1:1
• Пентайл

Рекомендации

1. Элви Рэй Смит (11 ноября 1996 г.). «Пиксель — это не маленький квадрат» (PDF) .
2. «Халтон: Атлас аналитических сигнатур фотографических процессов» (PDF) . Институт охраны природы Гетти. 2013.
3. Дэвид Кример (2003). «Понимание разрешения и значения DPI, PPI, SPI и LPI» (PDF) .
4. Дэвид Кример (2003). «Понимание разрешения и значения DPI, PPI, SPI и LPI» (PDF) .
5. «Копин представляет самый маленький цветной SVGA-дисплей» . оптика.орг. 11 января 2008 года . Проверено 6 июня 2008 г.
6. «Компания представляет самый маленький в мире цветной SVGA-дисплей» (PDF) . SID, журнал Information Display, май 2008 г., том. 24, № 05. 31 мая 2008 г. Архивировано из оригинала (PDF) 14 мая 2008 г. . Проверено 6 июня 2008 г.
7. «Инновации». корпорация Копин . Проверено 22 мая 2014 г.
8. Голография с горизонтальным сканированием для увеличения размера изображения и угла зоны просмотра. Архивировано 20 января 2013 г. в Wayback Machine Наоя Окада и Ясухиро Такаки, ​​Proc. ШПИОН Том. 7233 723309-1
9. "Apple Retina Display" . Джонсблог. 24 июня 2010 г. Проверено 25 сентября 2011 г.
10. «Электронные дисплеи для информационных технологий». Журнал исследований и разработок IBM, том 44, номер 3, 2000 г., 10 ноября 1999 г. Проверено 6 июня 2008 г.
11. Технические характеристики Apple iMac. Архивировано 18 октября 2012 г. в Wayback Machine , Apple Inc., по состоянию на 27 января 2012 г.
12. Спецификация ЖК-дисплея LM215WF3, дисплей LG . Доступ осуществлен 27 января 2012 г.
13. ЖК-монитор HP LP2065 с диагональю 20 дюймов (50,8 см) — характеристики и гарантия. Архивировано 10 апреля 2008 г. на Wayback Machine ( официальный сайт компании Hewlett-Packard ).
14. «Электроника и аксессуары | Dell США» .
15. dpreview.com, Canon EOS 50d
16. Techcrunch.com, точки против пикселей
17. 村上万純 (7 октября 2014 г.). «富士通が最新のドコモスマホやタブレットを披露 5G通信の取り組みも».
18. Ричард Лай (12 февраля 2014 г.). «Следующий смартфон Oppo выйдет в марте с дисплеями 2K и 1080p».
19. «Sony Xperia XZ Premium — Полные характеристики телефона» . www.gsmarena.com . Проверено 27 мая 2016 г.
20. «Поддержка различной плотности пикселей» . Android-разработчики . Проверено 15 января 2024 г.
21. «Основы веб-графики».
22. "Глоссарий терминов Utads.com" . Архивировано из оригинала 28 сентября 2012 г. Проверено 22 марта 2011 г.
23. «Разрешение, dpi и ppi» . Архивировано из оригинала 10 августа 2012 г. Проверено 22 марта 2011 г.
24. «Формат файла PNG, фрагмент pHYs» .
25. Exif 2.32, Перевод CIPA DC-008, 2019 г., стр.35-36
26. Формат обмена файлами JPEG, версия 1.02 - Спецификация формата обмена файлами JPEG
27. Глава 11. Параметры и расширения PNG — физические размеры в пикселях (pHY).
28. Масштабируемая векторная графика (SVG) 1.1 (второе издание)
29. Исходные файлы Inkscape
30. TIFF, версия 5.0 — SolutionUnit