Пиксель
Пи́ксель (также известный как пиксел или элиз) — фундаментальный элемент цифрового изображения. Этот термин, происходящий от английского сокращения «picture element», олицетворяет наименьшую логическую единицу в двумерном пространстве растровой графики. В мире дисплейных технологий пиксель выступает в роли физического компонента матрицы, формирующей визуальное представление информации[1].
Визуально пиксель можно представить как неделимую частицу, обычно квадратной или круглой формы, обладающую уникальным цветовым значением. Интересно отметить, что в некоторых плазменных панелях эти элементы могут принимать восьмиугольную конфигурацию. Растровое изображение на компьютере — это не что иное, как упорядоченный массив пикселей, выстроенных в строки и столбцы, словно миниатюрная мозаика цифрового мира.
Плотность пикселей на единицу площади прямо пропорциональна детализации изображения — чем выше их концентрация, тем богаче и чётче картинка. Однако важно понимать, что изначальная детализация растрового изображения — это своего рода генетический код, заложенный при его создании. Попытка увеличить масштаб приводит к тому, что отдельные пиксели становятся заметными, словно песчинки на гладкой поверхности. Хотя интерполяция позволяет сгладить этот эффект, она не способна повысить исходное разрешение, а лишь создаёт иллюзию плавности переходов[1].
Каждый пиксель — это микрокосм цветовой информации, характеризующийся не только цветом, но и яркостью, а в некоторых случаях и прозрачностью. Эта информация уникальна для каждого пикселя, хотя существуют системы, где цвет и пиксели представлены как отдельные сущности, например, в легендарной видеосистеме ZX Spectrum.
В контексте устройств вывода графической информации пиксель играет роль наименьшей единицы измерения. Разрешение экрана или принтера определяется количеством пикселей по горизонтали и вертикали. Например, знакомый многим режим VGA оперирует матрицей 640×480 пикселей. На цветных мониторах пиксели формируются из триад — субпикселей красного, зелёного и синего цветов, расположенных в определённой последовательности. Интересно, что в ЭЛТ-мониторах количество триад на пиксель может варьироваться, в то время как в ЖК-дисплеях при корректной настройке на каждый пиксель приходится ровно одна триада, что предотвращает появление муара. В проекторах и принтерах применяется иной подход — наложение цветов, где каждый компонент (RGB или CMYK) полностью заполняет область пикселя[2].
Этимология
Термин «пиксель» впервые появился в научной литературе в 1965 году благодаря Фредерику Биллингсли[3], сотруднику лаборатории реактивного движения. Он использовал это слово для обозначения графических компонентов в видеоданных, полученных с космических аппаратов, исследовавших Луну и Марс. Однако авторство термина принадлежит не Биллингсли. Он заимствовал его у Кита Макфарленда из компании Link Division of General Precision в Пало-Алто, который, в свою очередь, утверждал, что слово уже было в обиходе около 1963 года[2].
Этимология «пикселя» восходит к слиянию «pix» (сокращение от «picture» — изображение) и «element» (элемент). Интересно, что «pix» как аббревиатура слова «pictures» впервые появилось в заголовках журнала Variety ещё в 1932 году, изначально относясь к кинофильмам. К концу 1930-х годов этот термин прочно вошёл в лексикон фотожурналистов, описывающих статичные изображения[3].
Концепция «элемента изображения» имеет глубокие корни в истории телевидения. Примером может служить немецкий термин «Bildpunkt» (дословно «точка изображения»), упомянутый в патенте Пола Нипкова 1888 года. Альтернативная версия утверждает, что первое официальное упоминание термина «элемент изображения» произошло в журнале Wireless World в 1927 году, хотя есть свидетельства его использования в американских патентах начиная с 1911 года.
С 1972 года некоторые исследователи стали интерпретировать «пиксель» как «picture cell» (ячейка изображения). В сфере компьютерной графики и обработки изображений часто применяется сокращение «pel». Этот вариант, например, использовала компания IBM в технической документации для своего первого персонального компьютера[4].
Варианты произношения и написания
В лингвистическом сообществе не существует единого мнения относительно правильности употребления форм «пиксел» и «пиксель»[5]. Авторитетный «Русский орфографический словарь РАН» предлагает интересную дифференциацию: форма «пиксел» классифицируется как общеупотребительная, тогда как «пиксель» относится к сфере разговорной профессиональной или смешанной разговорно-профессиональной лексики. В словаре отсутствует чёткая дефиниция понятия «разг. проф. речи», хотя отдельно расшифровываются термины «разг.» (разговорное) и «проф.» (профессиональное). Даже справочная служба портала Грамота.ру не даёт однозначной интерпретации этого сложного определения.
В противовес этому действующий ГОСТ 27459-87 занимает более категоричную позицию. Согласно этому стандарту в области компьютерной графики допустимо использование исключительно формы «пиксель». Более того, данная норма распространяется на всю документацию и литературу, связанную со сферой стандартизации или использующую её результаты. ГОСТ 27459-87 предлагает следующее определение термина «пиксель»: «минимальный элемент поверхности визуализации, которому можно автономно присвоить цвет, интенсивность и прочие характеристики изображения».
Таким образом, мы наблюдаем интересное расхождение между лингвистическим подходом, допускающим вариативность, и техническим стандартом, настаивающим на единообразии употребления термина в профессиональной среде[6].
Разрешение компьютерных мониторов
В современных компьютерных системах визуальное отображение информации осуществляется посредством мозаики пикселей, формирующих изображение на экране монитора[7]. Это изображение зачастую представляет собой графический интерфейс пользователя — своеобразное цифровое окно в мир компьютерных операций. Качество и детализация этого «окна» определяется разрешением дисплея — параметром, зависящим от технических характеристик монитора и возможностей видеокарты[7].
Жидкокристаллические (ЖК) мониторы обладают уникальной особенностью — встроенным в их конструкцию «родным» разрешением. Это разрешение определяется количеством триад, каждая из которых состоит из трёх светоизлучающих элементов: красного, зелёного и синего. Эти триады, словно микроскопические витражи, составляют основу каждого пикселя цветного ЖК-дисплея.
В мире электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) ситуация несколько иная. Некоторые ЭЛТ-мониторы имеют фиксированное число строк развёртки электронного луча и модуляции его яркости, что позволяет говорить о наличии «родного» разрешения. Однако большинство ЭЛТ-мониторов не ограничены жёстко заданным числом строк развёртки. Вместо этого они поддерживают целый спектр разрешений, обеспечиваемых как самим монитором, так и управляющей видеокартой.
Для пользователей ЖК-дисплеев стремление к максимальной чёткости изображения является приоритетным. Достижение этой цели возможно путём настройки разрешения дисплея компьютера в соответствии с «родным» разрешением монитора. Это позволяет полностью раскрыть потенциал устройства, обеспечивая оптимальное качество визуального представления информации[8].
Разрешение телескопов
В астрономических исследованиях важную роль играет понятие пиксельного масштаба. Этот параметр определяет угловое расстояние между небесными объектами, проекции которых занимают смежные пиксели на светочувствительной матрице телескопа, будь то ПЗС-матрица или инфракрасный детектор.
Математически пиксельный масштаб s (в радианах) выражается как отношение межпиксельного расстояния p к фокусному расстоянию телескопа f: s = p / f. Здесь следует отметить, что фокусное расстояние — это результат умножения относительного отверстия оптической системы на диаметр её входного зрачка[9].
В практических расчётах часто используется модифицированная формула: s ≈ 206 p / f, где s измеряется в угловых секундах на пиксель[10]. Эта трансформация обусловлена тем, что фокусные расстояния оптических элементов обычно указываются в миллиметрах, а размеры пикселей — в микрометрах, что вводит дополнительный множитель 1000. Кроме того, один радиан эквивалентен примерно 206 265 угловым секундам ((180/π) × 3600).
Для иллюстрации: если расстояние между центрами пикселей фотоприёмника составляет 6 мкм, а фокусное расстояние телескопа равно 2000 мм, то пиксельный масштаб будет приблизительно равен 0,62 угловых секунд на пиксель (s ≈ 206 × 6 / 2000 ≈ 0,62 [′′/пкс]).
Такой подход позволяет астрономам точно оценивать угловые размеры наблюдаемых объектов и явлений, трансформируя цифровые данные в астрономические величины.
Субпиксели
В современных технологиях визуализации существует интересный феномен: большинство дисплейных систем и устройств обработки изображений не способны воспроизводить или фиксировать различные цветовые компоненты в единой пространственной точке[11]. Это техническое ограничение привело к разработке инновационного подхода, при котором пиксельная структура разбивается на монохромные зоны. Такое распределение позволяет создавать иллюзию полноцветного изображения при наблюдении с определённой дистанции.
В контексте LCD-, LED- и плазменных дисплеев эти монохромные зоны представляют собой самостоятельно адресуемые элементы, известные как субпиксели. Характерной особенностью ЖК-дисплеев является горизонтальное разделение каждого пикселя на три субпикселя. Интересно отметить, что при делении квадратного пикселя на три части, каждый субпиксель неизбежно приобретает прямоугольную форму[11].
В профессиональной терминологии индустрии дисплеев существует своеобразный лингвистический парадокс: субпиксели часто именуются пикселями. Это объясняется тем, что они выступают в роли базовых адресуемых элементов в структуре видимых аппаратных компонентов. Как следствие, в технической документации и схемах чаще употребляется термин «пиксельные», нежели «субпиксельные» конфигурации.
Такой подход к организации цветовоспроизведения позволяет достичь высокого качества изображения при оптимальном использовании технических ресурсов дисплейных устройств.
Мегапиксель
В мире цифровой визуализации термин «мегапиксель» (Mpx или Мпкс) играет ключевую роль, обозначая совокупность из миллиона пикселей[12]. Эта единица измерения находит применение не только для характеристики разрешения изображений, но также для описания потенциала сенсоров цифровых камер и возможностей дисплейных устройств.
Рассмотрим конкретный пример: фотоаппарат, создающий снимки размером 2048×1536 пикселей, что эквивалентно 3 145 728 пикселям в готовом изображении. Однако фактическая матрица такого устройства обычно содержит дополнительные ряды и колонки светочувствительных элементов. В результате производители могут заявлять о «3,2 мегапикселях» или даже «3,4 мегапикселях», в зависимости от того, учитывается ли только «эффективное» количество пикселей или их «общее» число[12].
В системе измерений цифровых изображений существуют и другие единицы. «Килопиксель» (kpx или кпкс) представляет собой тысячу пикселей, в то время как «гигапиксель» (Gpx или Гпкс) охватывает внушительный массив из миллиона мегапикселей. Интересно отметить, что другие кратные и дольные префиксы Международной системы единиц (СИ) не нашли применения в сочетании с термином «пиксель», что подчеркивает уникальность данной области измерений в цифровой индустрии[12].
Примечания
- ↑ 1,0 1,1 Шилов В. В. Пиксел. Большая российская энциклопедия (25 июля 2022). Дата обращения: 4 октября 2024.
- ↑ 2,0 2,1 Пространственное разрешение изображения: пиксель изображения. Справочник Автор24 (сайт). Дата обращения: 4 октября 2024.
- ↑ 3,0 3,1 Что такое Пиксель, как определить его цвет и размер. Дата обращения: 4 октября 2024.
- ↑ Николаева Е. В. Сквозь пиксели к образам и обратно: пиксель-арт по разные стороны экрана // Наука телевидения. — 2010. — № 7. — С. 175-198.
- ↑ Лисовский Е. Пикселы или пиксели?. Лаборатория Новоcтей (сайт) (7 июня 2006). Дата обращения: 4 октября 2024.
- ↑ Пи́ксель. Грамота.ru (сайт). Дата обращения: 4 октября 2024.
- ↑ 7,0 7,1 Жуковская М. Что такое разрешение экрана и плотность пикселей и как это влияет на картинку. АО «ТБанк» (сайт) (8 июня 2024). Дата обращения: 4 октября 2024.
- ↑ Редакция информационных технологий. Дисплей. Большая российская энциклопедия (3 ноября 2023). Дата обращения: 4 октября 2024.
- ↑ Галетич Ю. Разрешение телескопа на практике. Астрономия для любителей (сайт) (16 февраля 2011). Дата обращения: 4 октября 2024.
- ↑ Формулы для астрофотографии и визуала. Астро-Форум (сайт) (28 сентября 2023). Дата обращения: 4 октября 2024.
- ↑ 11,0 11,1 Полянин М. Как компьютеры выводят текст на экран. Код (сайт). Дата обращения: 4 октября 2024.
- ↑ 12,0 12,1 12,2 Уминская Анастасия. Что такое пиксели и мегапиксели. Совкомблог (сайт) (21 августа 2024). Дата обращения: 4 октября 2024.
Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!