Пиксель

Специалисты по разработке веб-сайтов и созданию графических изображений, например фотографий, видео, иллюстраций, используют такое понятие как » pixel». Это понятие характеризует способ формирования или качество картинки.

Pixel — что это такое?

Термин образован комбинацией первых частей английских слов pic-ture el-ement (деталь рисунка). Иногда в русском языке используется вариант «элиз» (элемент изображения).

Пиксель — это минимальная по размеру целостная логическая составляющая графического образа. Или, в случае дисплеев, формирующих картинку, — элемент фотоматрицы.

Подобно тому как мозаика складывается из отдельных частей одинаковой формы и размера, пиксели на мониторе формируют видимый образ.

Пиксел — свойства

Данный объект можно характеризовать расположением, цветом, яркостью, формой и прозрачностью.

В ряде компьютерных систем каждый элиз содержит информацию об одном цвете. А в других приборах — например, в цветных мониторах — он образуется из триад. То есть, субъединиц трех основных цветов, воспринимаемых сетчаткой глаза. При этом, в отдельно взятой тройке последовательность цветов задается с помощью кодирования.

В экранах электронно-лучевых трубок количество триад в одном элементе не ограничено. А в жидкокристаллических мониторах каждый pixel содержит одну тройку цветов.

Форма пикселя может представлять из себя многоугольник (4 или 8 сторон) или круг.

Плотность пикселей на дюйм — ppi

Количество элементов на единицу площади или длины называется разрешающей способностью прибора. Оно определяет качество формируемого или выводимого изображения. Единицей измерения этой величины является ppi (pixels per inch). Ppi — это число пикселей на дюйм (1 дюйм=2.54 см).

Эта размерность показывает соотношение между 2D-параметрами экрана и его диагональю. 2D-параметры задаются количеством элементов изображения по двум измерениям (например, 1024х600). А диагональ выражается в дюймах (10.1 i).

Физический смысл ppi — количество пикселей на диагонали дисплея, приходящихся на один дюйм ее длины.

Экран первой модели компьютера Mac содержал 72 ppi. А современные iPhone имеют плотность 458 пикселей на дюйм и выше.

Иногда для определения разрешения дисплея рассматривают не его диагональ, а ширину. При этом ppi рассчитывают по формуле:

R=P/L, где

  • P — точечная ширина монитора;
  • L — его физический размер в дюймах;
  • R — разрешающая способность, выраженная в пикселях на дюйм.

Пиксельная характеристика двумерных изображений

Пиксель на экране дисплея представляет собой минимальный элемент графики, который характеризуется своим цветом. Поскольку он может быть разной величины, количество элизов по вертикали и горизонтали не определяет площадь картинки в метрических единицах, а показывает размер растрового изображения только в пикселях.

Например, запись 1170х1410 означает, что по ширине картинка состоит из 1170 точек. А по высоте — из 1410. Всего изображение содержит 1 649 700 элементов, то есть 1.6 мегапикселя.

Необходимо учитывать соотношение между количеством точек в изображении и параметрами устройства вывода. Например, количеством пикселей. Это нужно для того чтобы растровый рисунок был правильно воспроизведен. И, в результате, хорошо воспринимался глазом при выводе на бумагу или экран. Оптимально, когда эти величины относятся как один к одному.

Чем выше разрешение дисплея, тем больше плотность пикселей и лучше качество картинки.

Низкое разрешение делает явным зернистое строение образа.

Размер пикселя

На практике размер пикселя может быть как абсолютным, так и относительным. Относительный используется если изображение просматривается на компьютере или ноутбуке. Либо на другом устройстве с нестандартным размером дисплея.

Этой величиной удобно оперировать и в том случае, когда на картинку приходится смотреть с нестандартного расстояния. Например, в два раза меньшего — тогда и относительный pixel необходимо уменьшить вдвое. Или в противном случае зритель будет отчетливо видеть точки, составляющие рисунок.

Используются также такие понятия как «пиксел на градус» и «угол зрения». Они нужны чтобы аналитически соотнести дистанцию, на которую удален экран от наблюдателя и размер дисплея. А также абсолютный и относительный размер точки образа.

Цель производителей мониторов — задать элизы такой величины, чтобы они не создавали впечатления дискретности картинки. А, наоборот, сливались в рисунок.

Хорошо известно предполагаемое расстояние от глаза наблюдателя до дисплея. Например, стандартно, для смартфона оно равно 10 см, а для компьютера — 20 сантиметров. Из этого определяют длину отрезка, который «вырезается» на экране углом зрения в один градус.

Затем рассчитывается количество точек, которые необходимо разместить на этом отрезке для получения хорошего изображения. И, соответственно, размер пикселя.

Конструкторы компании Apple, например, создают дисплеи с 53-79 точками на градус.

Можно решить и обратную задачу. Например, определить градусную меру угла зрения, который соответствует на экране отрезку длинною в 1 pixel. И рассчитывать, опираясь на эти данные, размеры точек для дисплеев заданного размера.

Определение количества пикселей в 1 сантиметре

Для перехода в метрическую систему единиц измерения следует выразить количество элизов на дюйм в обратных сантиметрах.

Если учесть, что 1 дюйм =2.54 см, то перевести разрешение в пиксели на сантиметр можно, разделив его значение в обратных дюймах на 2.54.

Например, если для данного экрана ppi=109 элементов на дюйм, то на 1 сантиметр в нем приходится 109/2.54=42 точки.

Формула для вычисления ppi

Зная пиксельную ширину A и высоту B экрана, можно по теореме Пифагора определить его диагональ L: L=(A2+B2)½, а затем, разделив L на длину диагонали D, выраженную в дюймах, получить разрешение: R=L/D.

Для дисплея Mac Cinema, имеющего параметры 2560х1440 точек и диагональ 27 дюймов имеем: L=(25602+14402)½=2943 элемента, R=2943/27=109 ppi=42 pixel/см.

Как узнать размер изображения в пикселях

На устройствах вывода, в частности, принтерах, качество изображения тоже характеризуется плотностью точек, т. е. их количеством на дюйм. Но эта величина называется не ppi, а dpi (dots per inch).

Этот параметр помогает вычислить размер картинки, которая выводится на печать. Поскольку стороны листа бумаги измеряют в метрических единицах, то в формулу перевода из пикселей в сантиметры входит коэффициент 2.54: l=(2.54*p)/dpi, где:

  • p — длина стороны, выраженная в пикселях;
  • l — размер стороны фотографии.

Например, необходимо распечатать изображение с разрешением 1440х1200 точек. Хорошее качество печати можно получить на принтере с разрешением 150 dpi, отличное — если у печатающего устройства R=300 dpi.

Возьмем второй вариант и получим: A=(2.54*1440)/300=12 сантиметров в ширину; B=(2.54*1200)/300=10 см в высоту.

Для распечатки данного изображения понадобится фотобумага размером 10х12 см.

Когда требуется узнать размер в пикселях выводимого на печать рисунка, следует выразить p из формулы для l. Получаем: p=l*dpi/2.54.

Фотографии распечатываются в разных размерах. Если необходимо сделать изображение 9х12 см с разрешением принтера 150 dpi, то его параметры в пикселях будут следующими: Ap=150*12/2.54=709 — ширина фотографии; Bp=150*9/2.54=531 — ее высота.

То есть, в формировании этого изображения будет задействовано 709*531=376479 точек.

Пиксели в мегапиксели

В конце ХХ века маркетологи компании Kodak ввели понятие «мегапикселя». Оно стало применяться для характеристики разрешения матрицы цифровых фотоаппаратов и камер.

В соответствии со значением приставки «мега», этот термин означает «один миллион пикселей».

Принцип работы цифровых видео и фотокамер основан на передаче электрического сигнала от светодиодного пикселя к запоминающему устройству в форме цифровых данных.

В данном случае можно определить пиксели как элементы, на которые фотоматрица разбивает изображение, получаемое объективом камеры, для оцифровки.

Если сложить величины, обратные разрешениям фотоприемника (M) и объектива (O), выраженные в pixel на дюйм, то получим общую разрешающую способность системы объектив — матрица (S) в (-1)-й степени: M-1+O-1=S-1, или S=M*O/(M+O).

Максимальное значение S (=М/2) достигается при М=О, т. е. в том случае, когда разрешения матрицы и объектива равны.

Размеры пар светодиод-конденсатор (которые и образуют фотопиксели) в современных фотоматрицах составляют от 0.0025 мм до 0.0080 мм, в среднем — 0.006 миллиметра.

Пиксел и разрешение матриц фотоаппаратов

Расстояние между центрами двух соседних точек — это шаг пикселя. Данная характеристика влияет на качество изображения: чем меньше шаг, тем точней картинка.

Разрешение матриц фотоаппаратов и камер на телефонах и смартфонах определяется также размерами двух элементов, расположенных подряд. Поскольку две светящиеся точки видны только если между ними есть третья — темная. Поэтому: М=1/2р, где р — величина пикселя.

У матриц больших цифровых фотокамер М составляет 300 ppi, а у фотоприемников мобильных устройств — 100 pixel на дюйм.

Светодиодные пиксели большего размера имеют более высокую фоточувствительность и обеспечивают лучшее качество изображения. При этом количество элементов влияет на разрешение подробностей картинки. Поэтому матрицы современных смартфонов должны содержать миллионы светодиодных ячеек, т. е. несколько мегапикселей (в среднем, 8 — 25 МР).

Создателям цифровой фототехники приходится балансировать между необходимостью увеличивать разрешение фотоприемника путем наращивания количества светодиодов и конструктивными ограничениями размеров матриц. Это приводит к ухудшению соотношения сигнал/шум.

Шумоподавляющие программные алгоритмы могут вызвать замыливание деталей и размытие картинки.

Поэтому, оценивая камеру смартфона, необходимо обращать внимание не только на количество МР, но и на размеры диагонали ее экрана.

Количество мегапикселей влияет на размер и качество отпечатков. Например, если выводить маленькие снимки на большой лист бумаги, проявится дискретность изображения. И особенно на переходах цветов.

Для печати небольших (например, 10х15 сантиметров) фотографий с разрешением 300 dpi требуется не меньше 2 мегапикселей. А на стандартном альбомном листе, который будет располагаться на большем расстоянии от наблюдателя, такое разрешение не нужно.

Что значит время отклика пикселя

Жидкокристаллические индикаторы состоят из ячеек, изменяющих свои характеристики под действием электрического сигнала. Например, яркость или цвет. Минимальное время, за которое происходит это переключение, называется временем отклика пикселя.

Эта характеристика определяет максимальную быстроту изменения картинки на экране.

Если время отклика дисплея t равно, например, 40 мм, то частоту смены изображения можно вычислить по формуле: f=1/t=25 Гц.

Большое время отклика пикселя плохо сказывается на зрении наблюдателя. Потому что изображение «не успевает» за сигналом. И на экране могут задерживаться старые образы на фоне уже возникающих новых. А в результате глаза и мозг переутомляются.

Для определения времени отклика дисплея существуют три способа:

  1. BtB (BWB) — в переводе с английского: «черный в черный» (черный в белый). Показывает, за какой промежуток времени pixel меняет цвет из черного в белый, и назад, в черный.
  2. BtW (Black to white) — время включения из состояния полного бездействия.
  3. GtG — из серого в серый. Определяет, за сколько секунд элемент серого на девяносто процентов цвета станет десятипроцентным.

Третий метод дает время 1-2 мс, и эту величину указывают производители мониторов в характеристике прибора в качестве отклика. Но при этом общее время полного переключения пикселя оказывается намного больше, так что оценить качество дисплея позволяет только первый способ.

Самостоятельно измерить время отклика пикселя можно с помощью программы TFT Monitor Test.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector