Что такое пиксели цифровых камер

Сколько пикселей содержится в одном сантиметре — казалось бы, вопрос очевидный, подвохов тут быть не должно. Но все не так просто, как кажется на первый взгляд. Дело в том, что пиксель не является какой-то фиксированной величиной — это наименьший логический элемент двумерного растрового изображения, имеющий свой размер, прозрачность, координаты, цвет. Потому, рассмотрим подробнее данные свойства пикселей и для решения проблемы познакомимся с такими понятиями, как разрешение печатающего устройства (DPI) и разрешение экрана монитора (PPI).

Так выглядит изображение под большим увеличением. Маленькие квадратики, которые вы можете наблюдать на данном фото и есть те самые пиксели.

Количество пикселей, наряду с разрядностью палитры, являются одной из важнейших характеристик, влияющих на качество изображения. Всё это нужно знать, чтобы определить количество пикселей в 1 сантиметре. Чем меньше пиксель, тем более детализированным выйдет конечное изображение. Это происходит вследствие того, что при меньшем размере пикселей увеличивается их количество на единицу площади. Давайте введем величину, характеризующую число пикселей на единицу площади и назовем ее Разрешением. Данная характеристика имеет четыре разновидности, в зависимости вида преобразования изображения — DPI, PPI, LTI и SPI. Основными тут являются величины DPI и PPI, рассмотрим их подробнее.

• DPI — количество точек на дюйм, тип разрешения, применяемый к принтерам при печати изображений. Чем больше данный параметр, тем более детализированным выйдет изображение при печати.
• PPI — количество пикселей на дюйм, применяется для указания разрешающей способности монитора. Данная величина, чаще всего, подсчитывает количество пикселей, которые поместятся на экране вашего монитора.

Таким образом, если говорить об изображениях напрямую, то следует отметить, что оно не имеет собственной разрешающей способности. Данный параметр формируется устройством, на котором изображение было создано. К примеру, если фото A сделано на 3-мегапиксельную камеру, то разрешающая способность его будет равна 2048 пикселей по ширине на 1536 по высоте. Если для снимка B использовалась 4-мегапиксельная камера, то, соответственно, разрешение такого изображения будет составлять 2464 пикселя по ширине и 1632 по высоте.

Логично далее подчеркнуть взаимосвязь разрешения экрана с размером изображения. Возьмем описанные выше примеры. Если вывести изображение A на печать с разрешением 300 DPI, то на выходе мы получим фотографию с размерами 17×13 сантиметров. Если же напечатать фото B, то оно будет иметь размеры 19×14 сантиметров. Та же тенденция будет наблюдаться и при выводе данных изображений на экран монитора. Фото B займет на дисплее большие размеры, чем фото A.

Здесь вы можете наблюдать разность в количестве пикселей на единицу площади. Как видите, несмотря на одинаковый размер, изображение справа будет выглядеть точнее, чем слева, так как PPI второй картинки больше.

Отсюда следует любопытный вывод — разрешение в чистом виде не является мерой точности и качества изображения, оно лишь формирует конечные размеры, при которых картинка будет иметь наивысшую детализацию. Но, учитывая тот факт, что людям удобней разглядывать более крупные изображения, условно мы можем отнести значение данной характеристики к основному при описании степени детализации.

Вот наглядный пример, показывающий, как при одинаковом размере, но разном разрешении будут выглядеть изображения при печати.

Настала пора познакомиться с принципом определения размера пикселя в 1 см.

Определение количества пикселей в 1 сантиметре

Перед тем, как познакомиться с вышеописанными терминами и закономерностями, вы, наверняка, были озабочены лишь одним вопросом — количества пикселей в 1 см. Теперь же вы понимаете, что количество пикселей на единицу площади, то есть разрешение — это не фиксированная величина. А зависит она от размеров самого пикселя, более того, она является переменной, если говорить о выводе картинки на плоский носитель.

Ну а как определить размеры пикселя? На самом деле, данный вопрос является очень каверзным. Ведь такого понятия как «размер пикселя» не существует. Пиксель не является какой-то независимой величиной — это часть связи между разрешением экрана, физическим и пиксельным размером данного дисплея. Любые свойства пикселя задаются устройством, в котором происходит обработка изображения. Но, именно отсюда, из данного определения вытекает формула, которая позволяет определить количество пикселей на единицу площади, то есть разрешение PPI:

P/U=R, где P — пиксельный размер экрана, U — физический размер экрана и R — количество пикселей, приходящихся на один дюйм.

К примеру, один из экранов Mac Cinema Display 27 от компании Apple обладает физической шириной в 23.5 дюйма, пиксельная ширина его равна 2560. Исходя из этих данных мы можем вычислить плотность пикселей на дюйм:

2560/23.5=109 пикселей приходится на один дюйм данного дисплея. Давайте попробуем перевести эту величину в сантиметры:

1 дюйм = 2.54 см, следовательно, 109/2.54 = 42 пикселя на сантиметр, так мы рассчитали, сколько пикселей в одном сантиметре данного экрана.

На рисунке представлены различные степени плотности изображений, по которым можно ориентироваться в плане создания оптимальной по разрешению фотографии.

Формула № 2 для вычисления PPI

Существует альтернативная формула, позволяющая также определить PPI. Для этого нам нужно знать диагональ экрана:

[√W^2+H^2]/D=R, где W — ширина экрана в пикселях, H — высота, а D — диагональ, выраженная в дюймах. Предлагаю применить эту формулу к рассмотренному выше примеру:

• Так как соотношение сторон Mac Cinema Display — 16: 9, а пиксельная ширина 2560, то можем вычислить отсюда высоту дисплея:

(2560/16)*9=1440;

1. Диагональ рассматриваемого нами экрана равна 27 дюймов;
2. Подставим данные значения в формулу и найдем плотность пикселей на дюйм:

[√2560^2+1440^2]/27=109 PPI, то есть те же 42 пикселя на сантиметр.

Используя эти формулы, можно рассчитать, сколько пикселей в одном сантиметре при условии, что фото сделано с помощью цифрового устройства, например, камеры. При печати используется совершенно другое разрешение, которое называется DPI. Используя его, можно рассчитать конечный размер изображения при выводе его на плоский носитель, что может пригодится на практике, к примеру, если вы увлекаетесь фотографией.

Как определить размер фото при печати

Итак, для начала предлагаю рассчитать, сколько пикселей приходится на один сантиметр при выводе изображения на плоский носитель. Как правило, печатающие устройства имеют разрешение 300 DPI. Это означает, что на один дюйм изображения придется 300 точек. Точки и пиксели — это не всегда одно и тоже, потому как некоторые принтеры печатают точки без смешения красок, что требует большего числа точек для того, чтобы отобразить пиксель. Тем не менее знание этого параметра помогает определить размер изображения, выводимого на печать. Для того, чтобы узнать это, используется следующая формула:

X=(2.54*p)/dpi, где x — длина стороны фото, 2.54 — количество сантиметров в одном дюйме, p — пиксельный размер стороны.

К примеру, нам требуется распечатать фотографию с разрешением 2560 x 1440. Разрешение печатающего устройства — 300 dpi. Воспользуемся формулой, чтобы определить размеры плоского носителя, на который будет распечатано данное изображение.

• X = (2.54*2560)/300=21 сантиметр в ширину;
• X = (2.54*1440)/300=12 сантиметров в длину.

Таким образом, размер фотобумаги, требующейся для распечатки данного изображения, должен иметь размеры 21 x 12 см.

Здесь представлены распространенные разрешения экранов и выходные размеры при печати изображений с данными разрешениями. Тут ярко прослеживается взаимосвязь пиксельного размера, DPI и физического размера экрана/матрицы.

3 на 4 см сколько в пикселях?

При распечатке фото используются разные размеры, 3 x 4 см — один из них. Давайте попробуем определить разрешение такого фото в пикселях при его распечатке (разрешение принтера — 300 dpi). Для этого воспользуемся приведенной выше формулой:

x=(2.54*p)/300, отсюда

p1 = (300*2.3)/2.54 = 271 — пиксельная ширина фото;

p2 = (300*4)/2.54 = 472 — пиксельная длина;

Таким образом, в данной фотографии будет содержаться 271*472=127912 пикселей.

Еще одна таблица соотношения пиксельного разрешения, формата листа и физического размера изображения на выходе.

Заключение

С появлением разновидности разрешений, точек, капель и так далее стала возникать путаница в определении плотности пикселей, размере фото и др. Но, приведенные в статье формулы являются актуальными.

Если вы хотите узнать больше информации о DPI и PPI, предлагаю взглянуть вам на видеоролики, раскрывающие содержание данных понятий:

Вконтакте

Пиксель (Pixel) – наименьший элемент двумерного изображения в растровой графике.

Каждый наименьший элемент обладает своим цветом, яркостью и, возможно, прозрачностью.

Посмотрим под увеличением, как выглядит «пиксельная сетка ».

Для примера используется изображение, которое доступно .

Количество пикселей определяет уровень точности, детальности изображения (фотографии) и значение разрешения.

Количество пикселей связано с объемом мегапикселей в параметрах фотоаппарата.

Если фотоаппарат обладает 18.7 -мегапиксельной камерой, то максимальный размер будет 5184 х3436 , это означает, что фотография будет иметь 5184 пикселя по ширине и 3436 по высоте.

Разрешение

Размер изображения в пикселях измеряет общее число пикселей по ширине и высоте.

Разрешение (Resolution) – величина, определяющая четкость деталей растрового изображения. Чаще всего она устанавливается в количестве пикселей на дюйм (Pixels Per Inch / PPI).

Чем больше пикселей на меру измерения, тем выше разрешение.

Чем выше разрешение, тем лучше качество печати.

Примечание

В Фотошопе можно посмотреть на соотношение размера и разрешения открытого изображения, перейдя через меню « » ( / Сочетание клавиш «Atl+Ctrl+i »).

Рассмотрим на примере разницу разрешений.

Ниже представлено 2 варианта фотографии с разным разрешением.

При создании документа в Фотошопе (Файл – Создать | / Сочетание клавиш «Ctrl+N ») можно установить параметр «Разрешение » (Resolution).

Мы рассмотрели понятия «пиксель» и «разрешение» относительно растровых изображений и программы Фотошоп.

⇐ . (предыдущая страница учебника)

. (следующая страница учебника) ⇒

Пиксель (Pixel) – понятие, возникшее на поприще развития цифровой техники. Является оно сокращением из двух слов picture и cell и определяет минимальный элемент, из которого состоит растровое изображение. Данное понятие широко используется в технике и программировании.

Изображение на мониторе и в распечатанном виде представляется именно в виде отдельных точек – пикселей. Размер растрового изображения выражается в количестве пикселей, приходящихся на высоту и ширину изображения, например 1680х1050, и называется разрешением.

Пиксели на матрице монитора

Если присмотреться с близкого расстояния к матрице монитора, то можно увидеть мелкие разноцветные точки. Изображение формируется именно из них. Отдельный пиксель на мониторе формирует группа субпикселей трех основных цветов: красный, зеленый, синий. Аппаратная часть монитора получает от ПК информацию о цвете пикселя, яркости и интенсивности, на основании чего определяет, какими параметрами должны обладать и субпиксели. После этого на матрицу подаются управляющие сигналы, и в определенной точке уже виден нужный цвет. То же самое касается и плазменных телевизоров.

У с электронно-лучевой трубкой также картинка создается путем формирования пикселя на основе группы субпикселей трех основных цветов. Только в этом варианте в составе пикселя может быть не по одному, а по много субпикселей красного, зеленного и синего цветов.

Высокое качество ЖК-мониторов определяется тем, что для каждого выводимого пикселя выделяется отдельный пиксель на матрице монитора. Это устраняет неприятный для зрения эффект муара, различий в размере каждого пикселя.

Пиксели в цифровой фотографии

Любая фотография, сохраненная в цифровом виде, представляет собой матрицу, состоящую из пикселей и значений цвета, насыщенности и яркости для каждого из них. Если при просмотре фотографии попробовать ее увеличить на мониторе ПК как можно больше, можно увидеть эти пиксели, которые представляют собой квадратики с определенным цветом. Внутри квадратика никаких переходов цвета нет, и лишь при удалении, когда в поле зрения появляются тысячи соседних пикселей с отличными оттенками, глаз человека видит переходы цветов и различает объекты, которые были сфотографированы, не обращая внимания уже на каждый пиксель в отдельности.

Чем меньше по размеру пиксели, тем более качественным изображение, построенное из них, будет казаться человеку. Количество пикселей на квадратный дюйм является характеристикой качества фотографии, или смартфона.

Обработка растрового изображения подразумевает работу с отдельными пикселями или их группами. Изменяя их цвет и яркость, можно сформировать новый рисунок или отредактировать уже имеющийся.

Непрерывное развитие технологии цифровых камер может смущать умы, поскольку постоянно вводятся новые термины. Эта глава призвана прояснить некоторые моменты касательно цифровых пикселей - в частности, для тех, кто ещё только задумывается или только что купил свою первую цифровую камеру. Здесь рассматриваются такие концепции, как размер сенсора, мегапиксели, дизеринг (цветозамес) и печатный размер.

Пиксель: фундаментальная единица всех цифровых изображений

Любое цифровое изображение состоит из фундаментальных единиц: пикселей. Термин «пиксель» (PIXEL ) произошёл от сочетания двух английских слов: «изображение» (PIC ture) и «элемент» (EL ement). В русском языке существовало аналогичное слияние («элиз»), но оно оказалось неудачным и не прижилось. Так же, как работы пуантилиста состоят из серии нарисованных пятен, так и миллионы пикселей могут быть объединены в подробное и кажущееся сплошным изображение.

Каждый пиксель содержит серию чисел, которые описывают его цвет или интенсивность. Точность, с которой пиксель может описать цвет, называется его разрядностью или глубиной цветности . Чем больше пикселей содержит ваше изображение, тем больше деталей оно способно передать. Заметьте, что я написал «способно», поскольку простое наличие большого числа пикселей ещё не означает полного их использования. Эта концепция важна и будет далее раскрыта более подробно.

Печатный размер: пиксели на дюйм (PPI) и точки на дюйм (DPI)

Поскольку пиксель является всего лишь логической единицей информации, он бесполезен для описания печатных оттисков - если не указать при этом их размер. Термины «пиксели на дюйм » (PPI) и «точки на дюйм » (DPI) появились, чтобы соотнести теоретическую единицу с визуальным разрешением материального мира. Эти термины зачастую ошибочно взаимозаменяют (в частности, для струйных принтеров), - дезориентируя пользователя относительно максимального печатного разрешения устройства.

«Пиксели на дюйм» является более чётким из двух терминов. Он означает количество пикселей на 1 дюйм изображения по горизонтали и вертикали. «Точки на дюйм» на первый взгляд выглядят обманчиво просто. Сложность в том, что устройству может понадобиться сделать несколько точек, чтобы создать один пиксель; тем самым указанное количество точек на дюйм не всегда означает аналогичное разрешение. Использование множества точек для создания одного пикселя означает процесс, называемый «дизерингом».

Устройство с ограниченным набором цветных чернил может обмануть глаз, собирая их в миниатюрные сочетания, создавая таким образом восприятие разных цветов, - если «суб-пиксель» достаточно мал. Вышеприведенный пример использует 128 цветов, тогда как вариант с цветозамесом создаёт практически идентично выглядящую картину, задействовав всего 24 цвета. Есть одна критическая разница: каждая цветная точка в изображении с замешиванием цвета обязана быть намного меньше отдельно взятого пикселя. Как следствие, изображения практически всегда требуют существенно больше DPI, чем PPI, чтобы достичь подобного уровня детализации . Кроме того, PPI намного более универсально, поскольку не требует знания устройства для понимания того, насколько детальным будет отпечаток.

Стандарт, принятый в фотолабораториях для отпечатков, равен 300 PPI, однако струйные принтеры для получения фотографического качества требуют в несколько раз больше DPI (в зависимости от числа чернил). Кроме того, это зависит от применения; журнальные и газетные отпечатки могут использовать намного меньшее качество. Чем больше вы пытаетесь увеличить отдельно взятое изображение, тем меньшим станет его PPI (для одинакового количества пикселей).

Мегапиксели и максимальный печатный размер

«Мегапиксель» означает просто миллион пикселей. Если вам нужна определённая детальность и соответствующее разрешение (PPI), она непосредственно влияет на предельный печатный размер для заданного числа мегапикселей. Следующая таблица приводит максимальные печатные размеры в разрешениях 200 и 300 PPI для некоторых наиболее распространённых в камерах чисел мегапикселей.

Мп	Максимальный отпечаток 3:2
	для 300 PPI, см:	для 200 PPI, см:
2	14.7 x 9.7	22.1 x 14.7
3	18 x 11.9	26.9 x 18
4	20.8 x 13.7	31 x 20.8
5	23.1 x 15.5	34.8 x 23.1
6	25.4 x 17	38.1 x 25.4
8	29.2 x 19.6	44 x 29.2
12	35.8 x 23.9	53.9 x 35.8
16	41.4 x 27.7	62.2 x 41.4
22	48.5 x 32.5	72.9 x 48.5

Заметьте, что 2Мп камера неспособна даже обеспечить стандартный отпечаток 10x15 см в разрешении 300 PPI, а для 40x25 потребуется целых 16 Мп. Это может обескуражить, но не отчаивайтесь! Многим будет вполне достаточно разрешения 200 PPI, а при большой дистанции обзора его можно даже ещё уменьшить (см. «Увеличение цифровых фотографий »). Многие настенные постеры предполагают, что вы не станете их разглядывать с 15 см, а потому их разрешение зачастую меньше 200 PPI.

Камера и соотношение сторон изображения

Вышеприведенный расчёт печатного размера подразумевает, что соотношение сторон, то есть соотношение длинной и короткой сторон кадра , составляет стандартные 3:2, используемые в камерах 35 мм. На самом деле, большинство компактных камер, мониторов и телеэкранов имеют соотношение сторон 4:3, а у большинства цифровых зеркальных камер оно равно 3:2. Существует множество других вариантов: некоторое плёночное оборудование высшего класса использует даже квадратный кадр 1:1, а в фильмах на DVD применяется расширенный кадр 16:9.

Это означает, что если вы используете камеру с кадром 4:3, но хотите получить отпечаток 10x15 см (3:2), заметная часть ваших мегапикселей будет потрачена впустую (11%). Нужно принимать это во внимание, если соотношение сторон кадра вашей камеры отличается от требуемых размеров отпечатка.

Пиксели как таковые могут иметь своё собственное соотношение сторон, хотя это менее распространено. В некоторых видеостандартах и ранних камерах Nikon существовали асимметричные пиксели.

Размер цифрового сенсора: не все пиксели одинаковы

Даже если у двух камер одинаковое число пикселей, это необязательно означает, что размеры их пикселей также совпадают. Основной фактор отличия более дорогих цифровых зеркальных камер от своих компактных собратьев в том, что у первых цифровой сенсор занимает заметно большую площадь. Это означает, что если компактная и зеркальная камеры имеют одинаковое число пикселей, размер пикселя в зеркальной камере будет намного больше.

Сенсор компактной камеры

Сенсор зеркальной камеры

Какая разница, какого размера пиксели? Пиксель большего размера имеет большую площадь светосборника, что означает, что светосигнал на равных промежутках времени будет сильнее.

Обычно это приводит к гораздо лучшему соотношению сигнал-шум (SNR), что обеспечивает более гладкое и детальное изображение. Более того, динамический диапазон изображений (градация света и тени между абсолютно чёрным и засветкой , которую камера способна передать) тоже нарастает с увеличением размера пикселя. Это происходит потому, что каждый пиксель способен накопить больше фотонов, прежде чем наполнится и станет полностью белым.

Диаграмма внизу иллюстрирует относительный размер нескольких стандартных размеров сенсоров на современном рынке. В большинстве цифровых зеркальных камер используется кроп-фактор 1.5 или 1.6 (по сравнению с плёнкой 35 мм), хотя у некоторых моделей высшего класса цифровой сенсор имеет ту же площадь, что и кадр 35 мм. Размеры сенсоров, указанные в дюймах, не отражают настоящего диагонального размера, но вместо того описывают приблизительный диаметр «изображаемого круга» (используемого не полностью). Тем не менее, это число входит в характеристики большинства компактных камер.

Почему бы просто не использовать сенсор максимально возможного размера? Прежде всего потому, что большие сенсоры стоят существенно дороже, так что они не всегда выгодны.

Значит ли всё вышесказанное, что втискивать побольше пикселей в ту же площадь сенсора плохо? Обычно это увеличивает шумы, но разглядеть их можно только при 100% увеличении на мониторе вашего компьютера. В отпечатке шум модели с большим числом мегапикселей будет намного менее заметен, даже если на экране снимок кажется более шумным (см. «Шум в изображении: частота и амплитуда »). Это преимущество обычно превосходит любой прирост шумов при переходе к модели с большим числом мегапикселей (с некоторыми исключениями).

Работа с компьютерами и многими другими современными гаджетами напрямую связана с устройствами отображения цифровой информации - мониторами и дисплеями. Кроме этого, широкое распространение получили приборы фиксации образов предметов окружающего мира с последующей оцифровкой изображений - фотоаппараты и сканеры. Сложно, обращаясь с подобной техникой, не услышать и не увидеть слово пиксель. Многие пользователи имеют поверхностное представление об этом понятии, однако знать, что такое пиксель, важно по той уже причине, что сохранить остроту зрения можно, правильно подобрав монитор и режим отображения информации на нём - одним из определяющих параметров в этом является количество пикселей на единицу длины.

Определение понятия
Минимальный физический элемент матрицы устройства формирования изображения называется пикселем (пикселом или точкой). Также этим понятием обозначают минимальный составной элемент растровой графики.

Точки в устройствах вывода
Для отображения цветных изображений используются сочетания точек с разным соотношением насыщенности красного, зелёного и синего цветов. Эти три цвета появляются в результате работы соответствующих субпикселей в матрице дисплея. Три разноцветных субпикселя в пикселе образуют триаду. ЖК-мониторы характеризуются отображением одной триады в одной точке. Чем меньше размеры пикселей, тем больше их расположено на единице длины, тем точнее можно передать детали изображений, разрешение таких мониторов выше.

Точки в изображениях
Минимальная структурная единица картинки заполнена цветом полностью, а не является результатом совокупного действия трёх субпикселей. Так же, как и в случае с дисплеями, относительно большое количество пикселов на единицу длины даёт лучшую детализацию графики, её разрешение выше.

Комфорт при просмотре
Глубокая детализация изображений обеспечивает человеку приятные ощущения при просмотре, поскольку отпадает необходимость напрягать зрение для выявления мельчайших элементов графики. Качественная прорисовка есть результат действия двух факторов: высокого разрешения монитора и картинки. Если разрешение того и другого совпадает, качество изображения наилучшее. При уменьшении масштаба картинки её детализация ухудшается по причине реструктуризации (не в лучшую сторону) элементов для вывода на экран. При увеличении масштаба может происходить дорисовка промежуточных пикселов - так называемая интерполяция, которая не может гарантировать точное воспроизводство деталей изображения.

Таким образом, знание того, что такое пиксель, какими свойствами он обладает и какую роль играет в построении изображения, даёт возможность создавать наиболее комфортную и безопасную для зрения графическую обстановку.