Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья про элемент изображения. Для использования в других целях, в том числе для формы множественного числа «пиксели», см. Пиксель (значения) .
В этом примере показано изображение с сильно увеличенной частью, чтобы можно было легко увидеть отдельные пиксели, отображаемые в виде небольших квадратов.
Фотография субпиксельных элементов отображения на ЖК- экране ноутбука

В области цифровой обработки изображений , в пикселе , PEL , [1] или элементе изображения [2] является физической точкой в растровом изображении , или наималейший адресуемый элемент в всех точках адресации дисплей устройство ; так что это наименьший управляемый элемент изображения, представленного на экране.

Каждый пиксель - это образец исходного изображения; большее количество образцов обычно обеспечивает более точное представление оригинала. Интенсивность каждого пикселя является переменной. В системах формирования цветных изображений цвет обычно представлен тремя или четырьмя компонентами интенсивности, такими как красный, зеленый и синий или голубой, пурпурный, желтый и черный .

В некоторых контекстах (например, описание датчиков камеры ), пиксел относится к одному скалярному элементу многокомпонентной представление (называемой фотосайт в контексте датчика камеры, хотя sensel иногда используется), [3] В то время как в других еще контекстах он может относиться к набору интенсивностей компонентов для пространственного положения.

Этимология [ править ]

Слово « пиксель» представляет собой комбинацию pix (от «картинки», сокращенно до «pics») и el (для « элемента »); аналогичные образования с ' el' включают слова voxel [4] и texel . [4] Слово « пикс» появилось в заголовках журнала Variety в 1932 году как аббревиатура слова « картинки» в отношении фильмов. [5] К 1938 году «пикс» использовался фотожурналистами в отношении неподвижных изображений. [6]

Слово «пиксель» было впервые опубликовано в 1965 году Фредериком Биллингсли из JPL для описания элементов изображения на сканированных изображениях с космических зондов на Луну и Марс. [7] Биллингсли узнал это слово от Кейта Э. МакФарланда из подразделения Link Division of General Precision в Пало-Альто , который, в свою очередь, сказал, что не знает, откуда оно взялось. Макфарланд сказал, что он просто «использовался в то время» (около 1963 года). [6]

Концепция «элемента изображения» восходит к самым ранним дням телевидения, например, как « Bildpunkt » (немецкое слово, обозначающее пиксель , буквально «точка изображения») в немецком патенте 1888 года Пауля Нипкова . Согласно различным этимологиям, самая ранняя публикация самого термина « элемент изображения » была в журнале Wireless World в 1927 году [8], хотя он уже использовался ранее в различных патентах США, поданных еще в 1911 году [9].

Некоторые авторы объясняют пиксель как изображение клетки, а уже в 1972 г. [10] В графике и в обработки изображений и видео, PEL часто используется вместо пикселя . [11] Например, IBM использовала его в своем Техническом справочнике по исходному ПК .

Пиксели, сокращенно «px», также являются единицей измерения, обычно используемой в графическом и веб-дизайне, что эквивалентно примерно 1 ⁄ 96 дюйма (0,26 мм). Это измерение используется, чтобы убедиться, что данный элемент будет отображаться одинакового размера независимо от того, с каким разрешением экрана он просматривается. [12]

Пиксиляция , обозначаемая вторым i , - это не имеющая отношения к делу техника кинопроизводства, восходящая к истокам кино, в которой живых актеров ставят кадр за кадром и фотографируют 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. [13]

Технические [ править ]

Пиксель не нужно отображать как маленький квадрат. На этом изображении показаны альтернативные способы восстановления изображения из набора значений пикселей с использованием точек, линий или плавной фильтрации.

Пиксель обычно считается самым маленьким компонентом цифрового изображения . Однако определение сильно 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 (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 с интервалом 10 пикселей.

Меры точек на дюйм (dpi) и пикселей на дюйм (ppi) иногда используются взаимозаменяемо, но имеют разные значения, особенно для устройств печати, где dpi - это мера плотности размещения точек (например, капли чернил) на принтере. [14] Например, высококачественное фотографическое изображение может быть напечатано с разрешением 600 точек на дюйм на струйном принтере с разрешением 1200 точек на дюйм. [15] Даже более высокие значения dpi, такие как 4800 dpi, указанные производителями принтеров с 2002 года, не имеют большого значения с точки зрения достижимого разрешения . [16]

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 с номинальным разрешением три миллиона пикселей, или в виде пары чисел, как в «дисплее 640 на 480», который имеет 640 пикселей. из стороны в сторону и 480 сверху вниз (как на дисплее VGA ) и, следовательно, имеет общее количество 640 × 480 = 307 200 пикселей или 0,3 мегапикселя.

Пиксели или образцы цвета, которые образуют оцифрованное изображение (например, файл JPEG, используемый на веб-странице), могут или не могут находиться во взаимно однозначном соответствии с пикселями экрана, в зависимости от того, как компьютер отображает изображение. В вычислениях изображение, состоящее из пикселей, называется растровым изображением или растровым изображением . Слово « растр» происходит от шаблонов телевизионного сканирования и широко используется для описания аналогичных методов полутоновой печати и хранения.

Образцы образцов [ править ]

Для удобства пиксели обычно располагаются в виде регулярной двухмерной сетки . Используя эту компоновку, можно реализовать множество общих операций, равномерно применяя одну и ту же операцию к каждому пикселю независимо. Возможны другие варианты расположения пикселей, при этом некоторые шаблоны выборки даже изменяют форму (или ядро ) каждого пикселя на изображении. 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:

Текст, отображаемый с помощью ClearType, с использованием субпикселей
  • ЖК-экраны обычно используют шахматную сетку, где красный, зеленый и синий компоненты отбираются в немного разных местах. Субпиксельный рендеринг - это технология, которая использует эти различия для улучшения рендеринга текста на ЖК-экранах.
  • Подавляющее большинство цветных цифровых камер используют фильтр Байера , в результате чего получается регулярная сетка пикселей, где цвет каждого пикселя зависит от его положения на сетке.
  • Clipmap использует иерархическую шаблон выборки, при котором размер поддержки каждого пикселя зависит от его местоположения в иерархии.
  • Деформированные сетки используются, когда лежащая в основе геометрия неплоская, например, изображения Земли из космоса. [17]
  • Использование неоднородных сеток - активная область исследований, в которой предпринимаются попытки обойти традиционный предел Найквиста . [18]
  • Пиксели на компьютерных мониторах обычно являются «квадратными» (то есть имеют одинаковый шаг дискретизации по горизонтали и вертикали); пиксели в других системах часто бывают «прямоугольными» (то есть имеют неравный шаг дискретизации по горизонтали и вертикали - продолговатые по форме), как и цифровые видеоформаты с различными соотношениями сторон , такие как анаморфные широкоэкранные форматы Rec. 601 стандарт цифрового видео.

Разрешение компьютерных мониторов [ править ]

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 которых определяет собственное разрешение. На некоторых ЭЛТмониторов, скорость развертки луча может быть фиксированной, что приведет к фиксированному собственному разрешению. Большинство ЭЛТ-мониторов не имеют фиксированной скорости развертки луча, что означает, что у них вообще нет собственного разрешения - вместо этого у них есть набор разрешений, которые одинаково хорошо поддерживаются. Чтобы получить максимально резкое изображение на ЖК-экране, пользователь должен убедиться, что разрешение экрана компьютера соответствует собственному разрешению монитора.

Разрешение телескопов [ править ]

Пиксельная шкала, используемая в астрономии, - это угловое расстояние между двумя объектами на небе, которые на детекторе (ПЗС-матрице или инфракрасном чипе) различаются на один пиксель. Масштаб s, измеряемый в радианах, представляет собой отношение расстояния между пикселями p и фокусного расстояния f предшествующей оптики, s = p / f . (Фокусное расстояние - это произведение фокусного расстояния на диаметр соответствующей линзы или зеркала.) Поскольку p обычно выражается в единицах угловых секунд на пиксель, потому что 1 радиан равен 180 / π * 3600≈206 265угловые секунды, и поскольку диаметры часто указываются в миллиметрах, а размеры пикселей в микрометрах, что дает еще один коэффициент, равный 1000, формула часто приводится как s = 206p / f .

Биты на пиксель [ править ]

Основная статья: Глубина цвета

Количество различных цветов, которые могут быть представлены пикселем, зависит от количества бит на пиксель (bpp). Изображение 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 2 bpp может иметь 4 цвета, а изображение 3 bpp может иметь 8 цветов:

  • 1 бит на пиксель, 2 1 = 2 цвета ( монохромный )
  • 2 бит на пиксель, 2 2 = 4 цвета
  • 3 бит на пиксель, 2 3 = 8 цветов
  • 4 бит на пиксель, 2 4 = 16 цветов
  • 8 бит на пиксель, 2 8 = 256 цветов
  • 16 бит на пиксель , 2 16 = 65 536 цветов (« Highcolor »)
  • 24 бит на пиксель, 2 24 = 16 777 216 цветов (" Truecolor ")

Для глубины цвета 15 или более битов на пиксель глубина обычно является суммой 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, связанных с прозрачностью, 16 битов могут быть разделены на пять бит, каждый из которых является красным, зеленым и синим, с одним битом, оставленным для прозрачности. 24-битная глубина 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 (для целей объединения с другим изображением).

Субпиксели [ править ]

Геометрия цветных элементов различных ЭЛТ- и ЖК-дисплеев; люминофорные точки на цветном дисплее ЭЛТ (верхний ряд) не имеют отношения к пикселям или субпикселям.

Многие системы отображения и получения изображений не способны отображать или распознавать разные цветовые каналы в одном и том же месте. Следовательно, пиксельная сетка делится на одноцветные области, которые вносят вклад в отображаемый или воспринимаемый цвет при просмотре на расстоянии. В некоторых дисплеях, таких как ЖК-дисплеи, светодиодные и плазменные дисплеи, эти одноцветные области представляют собой отдельно адресуемые элементы, которые стали известны как субпиксели . [19] Например, ЖК-дисплеи обычно делят каждый пиксель по вертикали на три подпикселя. Когда квадратный пиксель делится на три подпикселя, каждый подпиксель обязательно прямоугольный. В терминологии индустрии отображения субпиксели часто называют пикселями , [кем? ],поскольку они являются основными адресуемыми элементами с точки зрения аппаратного обеспечения, и, следовательно, используютсяпиксельные схемы,а несубпиксельные схемы.

Большинство датчиков изображения цифровых камер используют одноцветные области датчика, например, с использованием шаблона фильтра Байера , и в производстве камер они известны как пиксели, как и в индустрии дисплеев, а не субпиксели .

Для систем с субпикселями можно использовать два разных подхода:

  • Субпиксели можно игнорировать, при этом полноцветные пиксели рассматриваются как наименьший адресный элемент изображения; или же
  • Субпиксели могут быть включены в расчеты рендеринга, что требует больше времени на анализ и обработку, но в некоторых случаях может давать явно превосходные изображения.

Этот последний подход, называемый рендерингом субпикселей , использует знание геометрии пикселей для управления тремя цветными субпикселями по отдельности, что приводит к увеличению видимого разрешения цветных дисплеев. В то время как в ЭЛТ- дисплеях используются области люминофора с красной-зеленой-синей маской, продиктованные сеткой, называемой теневой маской, потребуется сложный этап калибровки для выравнивания с отображаемым растром пикселей, поэтому ЭЛТ в настоящее время не используют субпиксельный рендеринг.

Понятие субпикселей связано с семплами .

Мегапиксель [ править ]

Диаграмма общих разрешений сенсоров цифровых камер, включая значения мегапикселей

Мп ( МП ) в миллион пикселей; этот термин используется не только для количества пикселей в изображении, но также для обозначения количества элементов датчика изображения цифровых камер или количества элементов отображения цифровых дисплеев . Например, камера, которая создает изображение размером 2048 × 1536 пикселей (3145728 пикселей готового изображения), обычно использует несколько дополнительных строк и столбцов сенсорных элементов и обычно имеет «3,2 мегапикселя» или «3,4 мегапикселя», в зависимости от того, Сообщаемое число является «эффективным» или «общим» количеством пикселей. [20]

Пиксель используется для определения разрешения фотографии. Разрешение фото рассчитывается путем умножения ширины и высоты сенсора в пикселях.

Цифровые камеры используют светочувствительную электронику, либо устройство с зарядовой связью (CCD), либо дополнительные датчики изображения металл-оксид-полупроводник (CMOS), состоящие из большого количества отдельных сенсорных элементов, каждый из которых регистрирует измеренный уровень интенсивности. В большинстве цифровых камер матрица датчиков покрыта мозаикой из цветных фильтров с рисунком, имеющей красные, зеленые и синие области в системе фильтров Байера, так что каждый чувствительный элемент может регистрировать интенсивность одного основного цвета света. Камера интерполирует информацию о цвете соседних сенсорных элементов с помощью процесса, называемого демозаики., чтобы создать окончательное изображение. Эти сенсорные элементы часто называют «пикселями», хотя они записывают только 1 канал (только красный, зеленый или синий) окончательного цветного изображения. Таким образом, два из трех цветовых каналов для каждого датчика должны быть интерполированы, и так называемая N-мегапиксельная камера, которая производит N-мегапиксельное изображение, предоставляет только одну треть информации, которую изображение того же размера может получить от сканера. . Таким образом, определенные цветовые контрасты могут выглядеть более размытыми, чем другие, в зависимости от распределения основных цветов (зеленый имеет в два раза больше элементов, чем красный или синий в расположении Байера).

DxO Labs изобрела Perceptual MegaPixel (P-MPix) для измерения резкости, которую камера создает при сопряжении с определенным объективом - в отличие от MP, заявленного производителем для продукта камеры, который основан только на датчике камеры. Новый P-MPix утверждает, что это более точная и актуальная ценность, которую фотографы должны учитывать при оценке резкости камеры. [21] По состоянию на середину 2013 года объектив Sigma 35 mm f / 1.4 DG HSM, установленный на Nikon D800, имел самый высокий измеренный P-MPix. Тем не менее, при значении 23 МП он по-прежнему стирает более одной трети сенсора D800 с разрешением 36,3 МП. [22] В августе 2019 года Xiaomi выпустила Redmi Note 8 Pro как первый в мире смартфон.с камерой на 64 МП. [23] 12 декабря 2019 года компания Samsung выпустила Samsung A71 с камерой на 64 МП. [24] В конце 2019 года Xiaomi анонсировала первый телефон с камерой и сенсором 108MP 1 / 1,33 дюйма. Датчик больше, чем у большинства мостовых камер с размером датчика 1 / 2,3 дюйма. [25]

Один новый метод добавления мегапикселей был представлен в камере Micro Four Thirds System , которая использует только датчик 16 МП, но может создавать изображение в формате RAW 64 МП (40 МП JPEG), делая две экспозиции, смещая датчик на полпикселя между их. Затем с помощью штатива для создания нескольких горизонтальных снимков внутри экземпляра из нескольких изображений с разрешением 16 МП создается единое изображение с разрешением 64 МП. [26]

См. Также [ править ]

  • Стандартный дисплей компьютера
  • Дексель
  • Гигапиксельное изображение
  • Разрешение изображения
  • Внутрипиксельная и межпиксельная обработка
  • Перекрестные помехи ЖК-дисплея
  • Семейство матриц PenTile
  • Пиксельная реклама
  • Пиксель арт
  • Алгоритмы масштабирования пиксельной графики
  • Соотношение сторон пикселей
  • Пикселизация
  • Пикселизация
  • Point (типографика)
  • Глоссарий терминов видео
  • Воксель

Ссылки [ править ]

  1. ^ Фоли, JD; Ван Дам, А. (1982). Основы интерактивной компьютерной графики . Ридинг, Массачусетс: Эддисон-Уэсли. ISBN 0201144689.
  2. ^ Рудольф Ф. Граф (1999). Современный словарь по электронике . Оксфорд: Newnes. п. 569. ISBN 0-7506-4331-5.
  3. ^ Майкл Goesele (2004). Новые методы получения реальных объектов и источников света в компьютерной графике . Книги по запросу. ISBN 3-8334-1489-8. Архивировано 22 января 2018 года.
  4. ^ а б Джеймс Д. Фоули; Андрис ван Дам; Джон Ф. Хьюз; Стивен К. Файнер (1990). «Пространственно-разделительные представления; Детали поверхности». Компьютерная графика: принципы и практика . Серия системного программирования. Эддисон-Уэсли . ISBN 0-201-12110-7. Эти ячейки часто называют вокселями (элементами объема) по аналогии с пикселями.
  5. ^ "Интернет-словарь этимологии" . Архивировано 30 декабря 2010 года.
  6. ^ a b Лион, Ричард Ф. (2006). Краткая история пикселя (PDF) . Симпозиум IS & T / SPIE по электронной визуализации. Архивировано (PDF) из оригинала 19 февраля 2009 г.
  7. ^ Фред К. Биллингсли, «Обработка фотографий рейнджеров и мореплавателей», в Computerized Imaging Techniques, Proceedings of SPIE , Vol. 0010, pp. XV-1–19, январь 1967 г. (август 1965 г., Сан-Франциско).
  8. ^ Сафайр, Уильям (2 апреля 1995 г.). «Модем, я Одем» . О языке. Нью-Йорк Таймс . Архивировано 9 июля 2017 года . Проверено 21 декабря 2017 года .
  9. ^ US 1175313 , Альф Sinding-Ларсен, «Передача изображений движущихся объектов», опубликованной 1916-03-14 
  10. ^ Роберт Л. Лиллестранд (1972). «Методы обнаружения изменений». IEEE Trans. Comput . С-21 (7).
  11. ↑ Льюис, Питер Х. (12 февраля 1989 г.). «Compaq увеличивает резкость своих параметров видео» . Исполнительный компьютер. Нью-Йорк Таймс . Архивировано 20 декабря 2017 года . Проверено 21 декабря 2017 года .
  12. ^ «CSS: em, px, pt, cm, in…» . w3.org. 8 ноября 2017. архивации с оригинала на 6 ноября 2017 года . Проверено 21 декабря 2017 года .
  13. ^ Тот Gasek (17 января 2013). Покадровая покадровая анимация: нетрадиционные подходы к покадровой анимации . Тейлор и Фрэнсис. п. 2. ISBN 978-1-136-12933-9. Архивировано 22 января 2018 года.
  14. ^ Дерек Доффингер (2005). Магия цифровой печати . Жаворонки. п. 24 . ISBN 1-57990-689-3. принтер точек на дюйм пикселей на дюйм.
  15. ^ «Эксперименты с пикселями на дюйм (PPI) по резкости печатного изображения» . ClarkVision.com . 3 июля 2005 года. Архивировано 22 декабря 2008 года.
  16. ^ Харальд Джонсон (2002). Освоение цифровой печати . Thomson Course Technology. п. 40. ISBN 1-929685-65-3.
  17. ^ «Регистрация размытых спутниковых снимков» . Staff.utia.cas.cz. 28 февраля 2001. Архивировано 20 июня 2008 года . Проверено 9 мая 2008 .
  18. ^ Сарьязди, Саейгд; Хез-Коут, Вероник; Ронсин, Джозеф (2000). «Представление изображения с помощью новой оптимальной неоднородной морфологической выборки». Распознавание образов . 33 (6): 961–977. DOI : 10.1016 / S0031-3203 (99) 00158-2 .
  19. ^ « Субпиксель в науке» . Dictionary.com . Архивировано 5 июля 2015 года . Дата обращения 4 июля 2015 .
  20. ^ «Теперь мегапиксель - это действительно мегапиксель» . Архивировано 01 июля 2013 года.
  21. ^ «Ищете новое фотооборудование? Perceptual Megapixel от DxOMark может вам помочь!» . DxOMark . 17 декабря 2012 года Архивировано из оригинала 8 мая 2017 года.
  22. ^ "Рейтинг объективов камеры по DxOMark" . DxOMark . Архивировано из оригинала на 2013-05-26.
  23. ↑ Антон Шилов (31 августа 2019 г.). «Первый в мире смартфон с камерой 64 МП: Redmi Note 8 Pro от Xiaomi» .
  24. ^ "Samsung Galaxy A51 и Galaxy A71 объявили: дисплеи Infinity-O и L-образные четырехкамерные камеры" . 12 декабря 2019.
  25. ↑ Роберт Триггс (16 января 2020 г.). «Обзор камеры Xiaomi Mi Note 10: первая камера телефона на 108 МП» . Проверено 20 февраля 2020 года .
  26. ^ Damien Demolder (14 февраля 2015). «Скоро 40MP без штатива: разговор с Сэцуей Катаока с Олимпа» . Архивировано 11 марта 2015 года . Проверено 8 марта 2015 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Пиксель - это не маленький квадрат : памятка Microsoft от пионера компьютерной графики Элви Рэя Смита.
  • Видео выступления Лиона об истории пикселей в Музее компьютерной истории
  • Квадратные и неквадратные пиксели : техническая информация о соотношении сторон пикселей в современных стандартах видео (480i, 576i, 1080i, 720p), а также последствия для программного обеспечения.
  • 120 мегапикселей уже здесь : много информации о мегапикселях и гигапикселях.
  • Как работает телевизор в замедленной съемке - The Slow Mo Guys - видео YouTube от The Slow Mo Guys