Плотность пикселей

Разрешение экрана измеряется в пикселях на длину.

Пиксели на дюйм ( ppi ) и пиксели на сантиметр ( ppcm или пикселей/см ) являются измерениями плотности пикселей электронного устройства изображения, такого как компьютерный монитор или телевизионный дисплей, или устройства оцифровки изображений, такого как камера или сканер изображений . Горизонтальная и вертикальная плотность обычно одинаковы, так как большинство устройств имеют квадратные пиксели , но различаются на устройствах с неквадратными пикселями. Плотность пикселей не то же самое, что разрешение  —  где первое описывает количество деталей на физической поверхности или устройстве, последнее описывает количество пиксельной информации независимо от его масштаба. Рассматривая это с другой стороны, пиксель не имеет собственного размера или единицы (пиксель на самом деле является образцом), но когда он печатается, отображается или сканируется, то пиксель имеет как физический размер (измерение), 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 «пикселями на дюйм». Следующая формула дает количество пикселей по горизонтали или вертикали, учитывая физический размер формата и количество пикселей на дюйм выходного сигнала:

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

Пиксели на дюйм (или пиксели на сантиметр) описывают детали файла изображения, когда известен размер печати. ​​Например, изображение размером 100×100 пикселей, напечатанное в квадрате со стороной 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 разработана таким образом, что новые изображения создаются путем указания устройства вывода и PPI (пиксели на дюйм). Таким образом, выходной целевой объект 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 (ширина 20 дюймов), имеющий известное собственное разрешение 1920 пикселей (по горизонтали). Предположим, что художник создал новое изображение с разрешением этого монитора 1920 пикселей, возможно, предназначенное для Интернета без учета печати. ​​Переписывая формулу выше, 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 представим, что художник хочет напечатать баннер большего размера в 48" по горизонтали. Мы знаем количество пикселей в изображении и размер вывода, из которого мы можем снова использовать ту же формулу, чтобы получить PPI напечатанного постера:

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

Это показывает, что выходной баннер будет иметь только 40 пикселей на дюйм. Поскольку принтер способен печатать с разрешением 300 ppi, разрешение исходного изображения значительно ниже того, которое необходимо для создания баннера достойного качества, даже если он хорошо смотрится на мониторе для 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 с помощью различных технологий. Газеты и журналы традиционно печатались с использованием полутонового растра, ^[2] который печатал точки с заданной частотой, частотой растра, в линиях на дюйм (LPI) с использованием чисто аналогового процесса, в котором фотографический отпечаток преобразуется в точки переменного размера с помощью интерференционных узоров, проходящих через растр. Современные струйные принтеры могут печатать микроскопические точки в любом месте и не требуют сетки растра, с метрическими точками на дюйм (DPI). Они оба отличаются от плотности пикселей или пикселей на дюйм (PPI), потому что пиксель представляет собой отдельный образец любого цвета, тогда как струйный отпечаток может печатать только точку определенного цвета либо включенного, либо выключенного. Таким образом, принтер переводит пиксели в серию точек с помощью процесса, называемого сглаживанием . Шаг точки , наименьший размер каждой точки, также определяется типом бумаги, на которой печатается изображение. Впитывающая бумажная поверхность, например, немелованная переработанная бумага, позволяет каплям чернил растекаться, поэтому шаг точек на ней больше. ^[3]

Часто хочется узнать качество изображения в пикселях на дюйм (PPI), которое подойдет для данного устройства вывода. Если выбор слишком низкий, то качество будет ниже того, на что способно устройство — потеря качества — а если выбор слишком высокий, то пиксели будут сохраняться без необходимости — бесполезная 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 хорошей практикой является использование половины или меньше DPI для определения PPI. Например, изображение, предназначенное для принтера, способного обеспечивать 600 точек на дюйм, может быть создано с разрешением 300 точек на дюйм. При использовании других технологий, таких как AM или FM трафаретная печать, 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" или выше, поскольку фактор остроты зрения тогда становится более важным для рассмотрения. Если отпечаток можно рассматривать вблизи, то можно выбрать ограничения устройства принтера. Однако, если плакат, баннер или рекламный щит будут рассматриваться издалека, то можно использовать гораздо более низкое значение PPI. ^{[ необходима цитата ]}

Внешняя часть квадрата, показанного выше, имеет размер 200 на 200 пикселей. Чтобы определить ppi монитора, установите масштабирование DPI ОС на 100% и масштаб браузера на 100%, затем измерьте ширину и высоту в дюймах квадрата, отображаемого на данном мониторе. Разделив 200 на измеренную ширину или высоту, получим горизонтальное или вертикальное ppi монитора соответственно при текущем разрешении экрана.

Компьютерные дисплеи

PPI/PPCM компьютерного дисплея относится к размеру дисплея в дюймах / сантиметрах и общему количеству пикселей в горизонтальном и вертикальном направлениях. Это измерение часто называют точками на дюйм , хотя это измерение более точно 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, способный выдавать максимальное разрешение 1024×768 (или XGA ) пикселей, 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 различные горизонтальные и вертикальные измерения PPI (например, типичный монитор с ЭЛТ с соотношением сторон 4:3, показывающий компьютерный дисплей в режиме 1280×1024 при максимальном размере, что составляет соотношение сторон 5:4, что не совсем то же самое, что 4:3). Видимое PPI монитора зависит от разрешения экрана (то есть количества пикселей) и размера используемого экрана; монитор в режиме 800×600 имеет более низкий 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- дисплеи около 2000 года имеют плотность пикселей от 67 до 130 PPI, хотя настольные мониторы превысили 200 PPI, а флагманские модели мобильных устройств некоторых производителей смартфонов превышают 500 PPI с 2014 года.

В январе 2008 года компания Kopin Corporation анонсировала 0,44-дюймовый (1,12 см) SVGA LCD с плотностью пикселей 2272 PPI (каждый пиксель всего 11,25  мкм). ^{[5] [6]} В 2011 году они выпустили цветной VGA-дисплей с разрешением 3760 DPI и диагональю 0,21 дюйма. ^[7] Производитель утверждает, что они разработали LCD с возможностью оптического увеличения, как в очках 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 уменьшить шаг пикселя до 2,5  мкм , что дает плотность пикселей 10 160 PPI. ^[8]

Некоторые наблюдения показывают, что невооруженный человек обычно не может различать детали за пределами 300 PPI. ^{[9] Однако эта цифра зависит как от расстояния между зрителем и изображением, так и} от остроты зрения зрителя . Человеческий глаз также реагирует по-разному на яркий, равномерно освещенный интерактивный дисплей, чем на отпечатки на бумаге.

Технологии отображения с высокой плотностью пикселей сделают суперсэмплированное сглаживание устаревшим, позволят реализовать настоящую WYSIWYG- графику и, потенциально, сделают возможной практическую эру « безбумажного офиса ». ^[10] Для перспективы, такое устройство с размером экрана 15 дюймов (38 см) должно будет отображать более четырех экранов Full HD (или разрешение WQUXGA ).

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

Расчет PPI ​​монитора

PPI можно рассчитать из размера диагонали экрана в дюймах и разрешения в пикселях (ширина и высота). Это можно сделать в два этапа:

1. Рассчитайте диагональное разрешение в пикселях, используя теорему Пифагора :
   ${\displaystyle d_{p}={\sqrt {w_{p}^{2}+h_{p}^{2}}}}$
2. Рассчитайте ИЦП :
   ${\displaystyle PPI={\frac {d_{p}}{d_{i}}}}$

где

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

Например:

1. Для экрана 15,6 дюйма с разрешением 5120×2880 вы получите = 376,57 PPI. ${\displaystyle {\frac {\sqrt {5120^{2}+2880^{2}}}{15.6}}}$
2. Для 50-дюймового экрана с разрешением 8192×4608 вы получите = 188 PPI. ${\displaystyle {\frac {\sqrt {8192^{2}+4608^{2}}}{50}}}$
3. Для 27-дюймового экрана с разрешением 3840×2160 вы получите = 163 PPI. ${\displaystyle {\frac {\sqrt {3840^{2}+2160^{2}}}{27}}}$
4. Для 32-дюймового экрана с разрешением 3840×2160 вы получите = 138 PPI. ${\displaystyle {\frac {\sqrt {3840^{2}+2160^{2}}}{32}}}$
5. Для экрана нетбука старой школы размером 10,1 дюйма с разрешением 1024×600 вы получите = 117,5 PPI. ${\displaystyle {\frac {\sqrt {1024^{2}+600^{2}}}{10.1}}}$
6. Для 27-дюймового экрана с разрешением 2560×1440 получаем = 108,8 PPI. ${\displaystyle {\frac {\sqrt {2560^{2}+1440^{2}}}{27}}}$
7. Для экрана 21,5 дюйма (546,1 мм) с разрешением 1920×1080 вы получите = 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 реальные физические размеры видимой области, например:

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

Расчет PPI ​​экранов камер

Производители камер часто указывают экраны в «количестве точек». Это не то же самое, что и количество пикселей, потому что на пиксель приходится 3 «точки» — красная, зеленая и синяя. Например, Canon 50D указывается как имеющий 920 000 точек. ^[15] Это переводится как 307 200 пикселей (×3 = 921 600 точек). Таким образом, экран имеет размер 640×480 пикселей. ^[16]

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

Сканеры и камеры

«PPI» или «плотность пикселей» также может описывать разрешение сканера изображений . В этом контексте PPI является синонимом выборок на дюйм . В цифровой фотографии плотность пикселей — это количество пикселей, деленное на площадь сенсора. Типичная цифровая зеркальная камера , выпущенная примерно в 2013 году, имеет 1–6,2 МП/см ² ; типичная компактная камера имеет 20–70 МП/см ² .

Например, Sony Alpha SLT-A58 имеет 20,1 мегапикселя на датчике APS-C с разрешением 6,2 МП/см2 ^, тогда как компактная камера, такая как Sony Cyber-shot DSC-HX50V, имеет 20,4 мегапикселя на датчике 1/2,3" с разрешением 70 МП/см2 ^. Профессиональная камера имеет более низкий PPI, чем компактная камера, поскольку она имеет более крупные фотодиоды из-за гораздо более крупных датчиков.

Смартфоны

Смартфоны используют небольшие дисплеи, но современные дисплеи смартфонов имеют больший рейтинг PPI, например, Samsung Galaxy S7 с дисплеем quad HD с плотностью пикселей 577 PPI, Fujitsu F-02G с дисплеем quad HD с плотностью пикселей 564 PPI, ^[17] LG G6 с дисплеем quad HD с плотностью пикселей 564 PPI или – XHDPI или Oppo Find 7 с плотностью пикселей 534 PPI на 5,5-дюймовом дисплее – XXHDPI (см. раздел ниже). ^[18] Sony Xperia XZ Premium имеет дисплей 4K с плотностью пикселей 807 PPI, что является самым высоким показателем 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 пересчета. ^{[21] [22] [23]}

Формат файла изображения PNG допускает использование только метра в качестве единицы измерения плотности пикселей. ^[24]

Поддержка форматов файлов изображений

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

Несмотря на то, что программное обеспечение для обработки изображений может опционально устанавливать плотность для некоторых форматов файлов изображений, не так много других программ используют информацию о плотности при отображении изображений. Например, веб-браузеры игнорируют любую информацию о плотности. Как показывает таблица, поддержка информации о плотности в форматах файлов изображений сильно различается и должна использоваться 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 по горизонтальному и вертикальному измерению.
2. Поддержка в SVG отличается. Стандарт поддерживает плавающие значения 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 даже хранит его по-другому.

Смотрите также

• Стандарты DPI компьютерных мониторов – истоки 96 DPI/PPI как стандарта Microsoft/Windows и 72 DPI/PPI как (бывшего) стандарта Apple/Macintosh
• независимость резолюции
• Дисплей Retina
• 1:1 пиксельное отображение
• PenTile

Ссылки

1. Элви Рэй Смит (11 ноября 1996 г.). «Пиксель — это не маленький квадрат» (PDF) .
2. "Haltone: Атлас аналитических сигнатур фотографических процессов" (PDF) . Институт консервации Getty. 2013.
3. Дэвид Кример (2003). «Понимание разрешения и значение DPI, PPI, SPI и LPI» (PDF) .
4. Дэвид Кример (2003). «Понимание разрешения и значение DPI, PPI, SPI и LPI» (PDF) .
5. "Kopin представляет самый маленький цветной SVGA-дисплей". optics.org. 11 января 2008 г. Получено 6 июня 2008 г.
6. "Company Debuts World's Smallest Color SVGA Display" (PDF) . SID, журнал Information Display май 2008 г. т. 24, № 05. 31 мая 2008 г. Архивировано из оригинала (PDF) 14 мая 2008 г. Получено 6 июня 2008 г.
7. "Инновации". kopin corporation . Получено 22 мая 2014 г.
8. Горизонтально сканирующая голография для увеличения размера изображения и угла зоны обзора. Архивировано 20 января 2013 г. в Wayback Machine. Наоя Окада и Ясухиро Такаки, ​​Proc. SPIE, том 7233, 723309-1.
9. "Apple Retina Display". Jonesblog. 24 июня 2010 г. Получено 25 сентября 2011 г.
10. "Электронные дисплеи для информационных технологий". IBM Journal of Research and Development Volume 44, Number 3, 2000. 10 ноября 1999. Получено 6 июня 2008 .
11. Технические характеристики Apple iMac. Архивировано 18 октября 2012 г. на Wayback Machine , Apple Inc. Дата обращения 27 января 2012 г.
12. Технические характеристики ЖК-дисплея LM215WF3, LG Display . Доступно 27 января 2012 г.
13. HP LP2065 20-дюймовый (50,8 см) ЖК-монитор - Технические характеристики и гарантия Архивировано 10 апреля 2008 г. на Wayback Machine ( официальный сайт компании Hewlett-Packard )
14. "Электроника и аксессуары | Dell USA".
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 . Получено 27.05.2016 .
20. "Поддержка различных плотностей пикселей". Разработчики Android . Получено 2024-01-15 .
21. «Основы веб-графики».
22. "Utads.com Glossary of Terms". Архивировано из оригинала 2012-09-28 . Получено 2011-03-22 .
23. "Разрешение, dpi и ppi". Архивировано из оригинала 2012-08-10 . Получено 2011-03-22 .
24. "Формат файла PNG, фрагмент pHYs".
25. Exif 2.32, CIPA DC-008 Перевод 2019, 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 пикселей (pHYs)
28. Масштабируемая векторная графика (SVG) 1.1 (второе издание)
29. Исходные файлы Inkscape
30. TIFF Версия 5.0 - ResolutionUnit