Пиксель — основа растрового изображения¶

Пиксель (от англ. picture element — «элемент изображения») — наименьший адресуемый элемент растрового изображения или экрана дисплея, имеющий определённый цвет и форму (обычно квадратную). Пиксель является базовой единицей, из которой состоит любое цифровое фото, видео, иконка или картинка на мониторе. Простыми словами, пиксель — это маленькая цветная точка; чем больше таких точек и чем они разнообразнее по цвету, тем детальнее и чётче выглядит изображение.

¶Как устроен пиксель

В цифровом файле пиксель хранится как набор числовых значений, описывающих цвет. В классической RGB-модели это три числа — интенсивность красного, зелёного и синего каналов. В чёрно-белом изображении пиксель описывается одним числом (яркостью). В форматах с прозрачностью добавляется четвёртый канал — альфа-канал.

На физическом экране пиксель выглядит иначе: это группа из трёх субпикселей — красного, зелёного и синего светодиодов или фильтров. Изменяя яркость каждого субпикселя, экран воспроизводит нужный оттенок. Глаз человека на нормальном расстоянии не различает отдельные субпиксели и воспринимает их смесь как единый цвет.

¶Разрешение и плотность

Количество пикселей по горизонтали и вертикали называется разрешением изображения или экрана. Оно записывается в виде пары чисел: 1920×1080 означает 1920 пикселей в ширину и 1080 в высоту, всего около 2,07 млн. Стандартные разрешения:

Плотность пикселей измеряется в ppi (pixels per inch — пикселей на дюйм). У смартфонов она может достигать 400–500 ppi, у настольных мониторов — обычно 80–150 ppi. Чем выше плотность, тем меньше заметна пиксельная структура и тем более гладким выглядит изображение.

¶Растровая и векторная графика

Пиксель — основа растровой графики. Фотографии, скриншоты, картинки в форматах JPEG, PNG, BMP, GIF состоят из сетки пикселей. Главный недостаток растровых изображений — потеря качества при масштабировании: если увеличить картинку, пиксели станут заметны, а границы объектов — «лесенкой».

В векторной графике (SVG, AI) изображение описывается математическими формулами, а не пикселями. Такие файлы масштабируются без потерь, но для отображения на экране их всё равно приходится растеризовать — превращать в пиксели.

¶История

Термин «пиксель» появился в конце 1960-х годов в лабораториях, занимавшихся цифровой обработкой изображений. Одно из ранних документированных употреблений — работы сотрудников Калифорнийского технологического института, связанные с обработкой снимков космических аппаратов. В 1970-е годы понятие вошло в инженерный обиход с развитием ЖК- и плазменных дисплеев, а в 1980-е — с распространением персональных компьютеров и графических редакторов.

¶Пиксель и восприятие

Глаз человека различает отдельные пиксели, только если они достаточно крупные относительно угла зрения. На расстоянии вытянутой руки экран смартфона с плотностью 400 ppi воспринимается как сплошная картинка, а тот же монитор с 72 ppi может выглядеть зернистым. Это свойство используется в технологии Retina (Apple) и аналогичных: производители увеличивают плотность пикселей, чтобы изображение казалось непрерывным.

В графическом дизайне существует понятие «пиксель-арт» — стилизация под раннюю цифровую графику, где крупные пиксели намеренно видны и становятся художественным приёмом.

¶Связанные понятия

• Субпиксель — элемент пикселя, отвечающий за один цветовой канал.
• Антиалиасинг — сглаживание краёв объектов за счёт промежуточных оттенков пикселей.
• Интерполяция — алгоритм расчёта новых пикселей при изменении размера изображения.
• Мегапиксель — миллион пикселей; единица измерения разрешения камер (например, 12 Мп = 12 млн пикселей).
• Дефект пикселя — нерабочий элемент экрана, постоянно светящийся или не меняющий цвет.

Источники:

• Гончаров А. И. «Цифровая обработка изображений»
• Краткий словарь по информатике
• Документация W3C по растровой графике и форматам изображений
• Стандарты ITU-R BT.709 и BT.2020 (стандарты телевизионного разрешения)