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Unpixel, incomputer grafica, è l'unità minima convenzionale della superficie di un'immagine digitale.[1] I pixel, disposti in modo da comporre una griglia fissa rettangolare,[1] per la loro piccolezza e densità appaiono fusi in un'unica immagine. Il termine è la contrazione di "picture element", cioè "elemento di immagine".
Georges Seurat, leader delmovimento neoimpressionista del tardo XIX secolo, sfruttava l'accostamento dei colori puri tenuti fra loro divisi e il principio della ricomposizione retinica.[2] Così facendo, i minuscoli tratti o puntini che compongono l'opera vengono ricomposti e fusi dallaretina dell'occhio dell'osservatore,[2] secondo lo stesso principio che determina la percezione di un'immagine digitale.
Il termine "pixel" compare per la prima volta in due diversi SPIE Proceedings del 1965, negli articoli di Fred C. Billingsley delJet Propulsion Laboratory delCaltech.[3] L'alternativa "pel" compare nelProceedings of the IEEE del 1967, pubblicato da William F. Schreiber delMIT.[3] Sia pixel che pel si diffusero entro i campi dell'elaborazione dell'immagine e del video coding per più di un decennio prima di apparire nei libri di testo nei tardi anni Settanta, per poi divenire onnipresenti negli ambiti dellacomputer grafica,display,stampanti,scanner,fotocamere, e tecnologie correlate, con vari e spesso contrastanti significati.[3]
Pur considerando il termine "pixel" spesso legato alla descrizione virtuale dell'immagine, esso è utilizzato anche per indicare alcuni degli elementi che compongono unoschermo CRT,LCD o alplasma. Anch'essi sono disposti entro una griglia fissa rettangolare, e sono formati ciascuno da tre cellette (dette "subpixel"), ognuna delle quali gestisce uncolore tra i treprimari dellasintesi additiva:rosso,verde,blu.
Nel caso di untelevisore omonitor a tubo catodico, laluce viene daifosfori,sostanze chimiche che brillano quando vengono colpite daglielettroni.[4] Dal fondo deltubo catodico vengono inviati raggi di elettroni che scorrono sullo schermo, da un lato all'altro e dall'alto in basso: ciascun raggio determina un colore dei fosfori e varia in intensità mentre si sposta.[4] Queste variazioni fanno brillare i fosfori in base a quanto colore primario è necessario in quel determinato punto.[4] L'occhio dell'osservatore confonde la luce dei fosfori individuali e vede solo il risultato della combinazione delle luci dei tre colori dei fosfori, cioè l'immagine complessiva su schermo.
Lo schermo di untelevisore al plasma presenta un grande numero di cellette racchiuse tra due lastre divetro,[5] egas come l'argon, ilneon o loxeno sono usati per produrre i colori e laluminanza,[6] insieme a una piccola quantità di vapori dimercurio.[5] Ogni pixel di uno schermo al plasma consiste di tre scomparti (dove si trovano ifosfori), appunto il rosso, il verde e il blu. Unacorrente nel gas eccita gliatomi di mercurio,[5] in modo da causare la creazione diplasma.[6] Il plasma emette unaluce ultravioletta che porta i fosfori a brillare.[6] Così, dalla miscela di rosso, verde e blu possiamo ottenere le diverse tonalità di colore.
I tre colori possono essere accesi individualmente o simultaneamente, ma non è possibile incrementarne o diminuirne l'intensità, né più né meno.[7] Per essere in grado di ottenere le gradazioni nei rispettivi livelli di luminosità dei colori, la cella rossa, verde o blu viene riscaldata solo per un certo periodo di tempo, ovvero applicando lamodulazione di larghezza dell'impulso.[7] Un riscaldamento breve comporta un colore più scuro, uno più prolungato comporta un colore più chiaro.[7]
In undisplay a cristalli liquidi, è posta una lampada posteriore come fonte di illuminazione, e la quantità diluce che attraversa ildisplay è controllata mediante una maggiore o minore rotazione delleonde luminose tra duefiltri polarizzatori.[7] Se unimpulso elettrico attraversa icristalli liquidi, li torce in modo da permettere alla luce di passare attraverso il filtro frontale, in quanto quest'ultimo è ruotato di 90° rispetto a quello posteriore.[8] Perciò, i pixel visibili sono quelli che vengono attraversati da onde luminose traverse, ovvero che hanno subito un cambiamento di andamento da verticale a orizzontale (Fig.1).[8] Al contrario, i pixel totalmente spenti sono quelli che non vengono raggiunti dalle onde luminose, in quanto vengono bloccate dal filtro frontale perché mantengono l'andamento verticale (Fig.2).[8]
Le immagini vettoriali vengono rasterizzate mediante opportuni algoritmi
Unarappresentazione vettoriale di un'immagine consiste di istruzioni e parametri per disegnare l'immagine finale, elemento per elemento, a partire daprimitive geometriche comelinee,curve,poligoni, etesto. Un formatoraster rappresenta un livello più basso diastrazione deidati dell'immagine. Esso contiene una rappresentazionecampionata di qualsiasi immagine catturata o sintetizzata, e perciò offre risorse dimemorizzazione più generali. Poiché i sistemi di visualizzazione stessi vengono "indirizzati" in questo modo, la destinazione finale per tutte le rappresentazioni grafiche è effettivamente raster; un'immagine in formato vettoriale, per essere visualizzata, viene infatti "rasterizzata" eseguendo le appropriate istruzioni di disegno e campionando il risultato.[9]
Nel senso più generale, un'immagine raster è costituita da una griglia rettangolare di pixel. Ogni pixel è un campione diinformazione in un'area finita di una sorgente grafica spazialmente continua, centrato in una particolare posizione geometrica sulpiano.[10]
Per i calcoli alcomputer, si necessita di una convenienteastrazione che sia indipendente dalle specifiche di qualsiasi dispositivo, così da usarla per ragionare sul come produrre o interpretare i valori memorizzati nelle immagini. Questa astrazione prevede che le immagini siano funzioni definite su aree bidimensionali – il più delle volterettangoli.[11] Così, possiamo astrarre un'immagine come una funzionedove è un'area rettangolare e è l'insieme dei possibili valori di pixel.[11] Il caso più semplice è un'immagine inscala di grigio ideale, dove ciascun punto nel rettangolo possiede sololuminosità (noncolore); e possiamo dire che (reali positivi).[11] Un'immagine a colori ideale, con valori di rosso, verde e blu a ciascun pixel, ha.[11]
Questa nozione astratta di immagine continua si lega a quella diimmagine raster se si considera che un pixel materiale, con i suoisubpixel rossi, verdi e blu, è progettato in modo che il colore medio dell'immagine sulla propria faccia sia controllato dal corrispondente valore del pixel nell'immagine raster.[11] Ad ogni pixel si associa unastringa dibit che contiene informazioni quali lecoordinate di posizione nella griglia e il codice del colore.[1] L'insieme di tutte le informazioni dei pixel virtuali costituisce la mappatura in bit dell'immagine, chiamata comunemente con il termine inglese "bitmap" (che però, in senso stretto, indica solo le immagini monocrome; per immagini in scala di grigio o a colori, si usa "pixmap"[12]).[1]
Le immagini digitali immagazzinano l'informazione in una griglia di pixel virtuali (sopra). Similmente, un'unità di visualizzazione usa una griglia di pixel materiali (ciascuno contenente elementi rossi, verdi e blu), per ricreare l'immagine (sotto).
Per visualizzare l'immagine su unmonitor CRT, ilcannone elettronico deve sapere precisamente quali pixel devono essere "accesi" durante la scansione, perciò viene usato unframe buffer, ossia unamemoriahardwareprogrammabile.[13] È richiesto almeno unbit di memoria ("0" o "1") per ciascun pixel, e vi sono tanti bit allocati in memoria quanti sono quelli deldisplay.[13] L'area di memoria contenente i valori di uno specifico bit per ciascun pixel di un'immagine, è dettabit plane (livello di bit[14]) del frame buffer. Poiché la memoria è un dispositivodigitale e la scansione su schermo èanalogica, occorrono deiconvertitori digitale-analogico (DAC).[13] Un DAC prende il segnale dal frame buffer e produce un segnale analogico equivalente per operare con il cannone elettronico nel CRT.
Un solobit plane crea un'immagine in bianco e nero, e per avere una figura realistica sarebbero necessari ilivelli di grigio. Per controllare l'intensità (o gradazione) di un pixel, bisogna usare un certo numero di bit plane all'interno delframe buffer.[13] Per esempio, se si usano 3 bit plane in un singolo frame buffer, è possibile creare 8 (o 23) combinazioni di livelli di intensità (o gradazioni) per lo stesso pixel (000-001-010-011-100-101-110-111, dove 000 è il nero e 111 è il bianco).[15] I valori intermedi controlleranno l'intensità del "colpo" delcannone elettronico sul pixel.[13] Il processo di mappatura dell'immagine, in questo caso in valori di grigio discreti, è detto "quantizzazione".[16] Generalmente, idati dell'immagine sono quantizzati in 256 valori di grigio, quindi ciascun pixel occupa 8bit o 1byte.[16]
Nei sistemi a colori, ilCRT è equipaggiato con uncannone elettronico per ciascun colore, di solito tre: uno per il rosso, uno per il verde, e uno per il blu.[17] I dati per ciascuno dei tre colori devono essere memorizzati separatamente.[17] Ilframe buffer richiede un minimo di 3bit plane – uno per ciascuno dei tre coloriRGB; ciò può generare 8 colori differenti.[13] Se si desiderano più colori, occorre aumentare il numero di bit plane per ciascun colore. Per esempio, se ognuno dei tre colori RGB ha 8 bit plane (un totale di 24 bit plane nel frame buffer con treDAC 8-bit), il numero totale di colori disponibili nell'immagine sarebbe di 224 = 16.777.216.[13]
Collegare a ciascun DAC 8-bit unatabella dei colori, o CLUT (color look up memory table),[13] migliora l'efficienza dellascheda video e riduce l'occupazione dimemoria a un terzo dello spazio richiesto.[14] In questo caso, nelframe buffer l'informazione registrata non corrisponde direttamente al valore di colore che si può visualizzare, ma a un codice che individua nella CLUT il colore effettivo; ciò permette di variare i colori di un'immagine senza modificare il codice originario, compiendo un'operazione chiamata elaborazione in falso colore: in pratica cambiando il valore contenuto nel posto della tabella cui indirizzano tutte le locazioni nel frame buffer che contengono lo stesso codice, il loro colore viene simultaneamente cambiato in un nuovo colore a scelta.[18] Ciascun colore può essere selezionato da una tavolozza di 224 ≈ 16,8 milioni di colori, ma in genere a causa delle dimensioni della tabella, solo un massimo di 256 colori può essere visualizzato simultaneamente.[19]
Neitelevisori, e specialmente i quelli con schermo CRT, ildisplay raramente ha lo stesso numero di pixel dell'immagine che viene visualizzata. Considerazioni del genere rompono il collegamento diretto tra i pixel dell'immagine (virtuali) e i pixel del display (materiali).[11] Sarebbe meglio intendere l'immagine raster come una descrizione indipendente dal dispositivo (device-independent) dell'immagine da visualizzare, e il display come un dispositivo atto ad approssimare quell'immagine ideale.[11] Per esempio, molteschede grafiche supportano oggi varie risoluzioni, come 640×480, 800×600, 1024×768, ecc. Il numero disubpixel sul display ovviamente non cambia se si cambia il numero di pixel virtuali che li guidano.[20]
Ecco che si può parlare dipixel replication, ovvero di una tecnica che prevede la sostituzione di ogni pixel con un blocco di dimensioni N×N di pixel, per cui l'immagine viene ingrandita per un fattore di scala N.[21] Con la replicazione dei pixel, l'immagine diventa più grande ma più grossolana, dato che non viene fornita alcuna nuova informazione oltre a quella già contenuta nella descrizione originaria.[21] È soprattutto la perdita di qualità visiva dell'immagine, in seguito a un ridimensionamento, la prima differenza tra lagrafica raster e lagrafica vettoriale. Inoltre, questo è stato un argomento usato da Alvy Ray Smith per dimostrare che il pixel in realtà non è un piccolo quadrato, ma un punto campione.[20] Il contrario della pixel replication è dettopixel drop, e si verifica quando il numero di pixel virtuali è maggiore di quello dei pixel materiali.[22]
Il numero di pixel sul monitor è definito dalla suaaddressability ("indirizzabilità"), che è il numero di pixel singolarmente comandabili.[23] L'addressability è solitamente espressa nella dimensione orizzontale e in quella verticale.[23] Perciò, un monitor con una addressability di 1600×1200, ha 1600 pixel nella dimensione orizzontale e 1200 nella verticale.[23] A volte ci si riferisce alla addressability con la parola "risoluzione".[24]
I moderni schermi per computer sono progettati con una "risoluzione nativa", che fornisce l'immagine più netta tra quelle che lo schermo è in grado di produrre.[19] Tipiche risoluzioni native per gliLCD sono le seguenti: per i display a 17 pollici, 1024×768, per i 19 pollici è di 1280×1024, per i 20 pollici è di 1600×1200, e per i display a 22-24 è di 1920×1080.[19] Generalmente, gli LCD dovrebbero essere quasi sempre visualizzati alla risoluzione nativa, perché cambiare le impostazioni dello schermo può produrre artefatti che deteriorano la qualità dell'immagine.[25] Normalmente, una risoluzione non nativa viene mostrata meglio su uno schermoCRT che su unLCD.[senza fonte]
Adobe Premiere Pro (un software divideo editing) per interpretare unaclip correttamente ha bisogno di sapere, insieme ad altre cose, ilpixel aspect ratio, cioè la forma geometrica dei pixel.[26] L'aspect ratio, orapporto d'aspetto, è il rapporto che intercorre tra la larghezza e l'altezza di un'immagine digitale o deldisplay di unmonitor. Per esempio, in un monitor 16:9, la larghezza è circa 1,78 volte più grande dell'altezza (in un monitor la cui altezza del display è di 29,9 cm, la larghezza sarà circa 29,9 cm × 1,78 = 53,1 cm). Anche i pixel possono avere rapporti d'aspetto diversi.[27] Di solito le immagini digitali e i monitor per computer hanno pixel quadrati (1:1), mentre i video li hanno rettangolari.[27] Un videoNTSC ha di solito unarisoluzione di 720×480 pixel, perciò non ha un rapporto d'aspetto di 4:3, ma di 3:2.[27] Tuttavia, esso sembra averlo di 4:3 perché i pixel del video sono leggermente più alti che larghi.[27]
Trasmettere a uno schermo monocromatico dei valori di pixel pari a 0, manterrà i pixel considerati spenti. Al contrario, valori pari a 1 li accenderà. Come detto, si possono usare deilivelli di bit per ottenere diverse gradazioni di grigio. Idisplay a colori usano delle triadi rosse, verdi e blu, che creano un'illusione ottica di un colore specifico.
24 bpp (16.777.216 colori, noto comeTruecolor).Le immaginiRGB sono costituite da 3 canali di colore.[28] Un’immagine RGB a 8 bit per pixel ha quindi 256 valori possibili per ciascun canale, vale a dire oltre 16 milioni di valori del colore. Le immagini RGB con 8 bit per canale (bpc) sono a volte definite immagini a 24 bit (8 bit × 3 canali = 24 bit di dati per ogni pixel).[28]
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«Since display systems themselves are addressed in this manner, the final destination for all image representations is effectively raster; an image in a vector format is rasterized for display by executing the appropriate drawing instructions and sampling the result.»
^(EN) Janglin Chen, Wayne Cranton e Mark Fihn,Handbook of Visual Display Technology, 2ª ed., Springer Verlag, 4 novembre 2016,ISBN9783319143453.
«In the most general sense, a raster image is comprised of a rectangular array of pixels (“picture elements”). Each pixel is a sample of the information in a finite area of a spatially continuous image source, centered on a particular geometric location in the plane.»
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«The term bitmap, strictly speaking, applies only to 1-bit-per-pixel bilevel systems; for multiple-bit-per-pixel systems, we use the more general term pixmap (short for pixel map).»
«The amount of graphical information that can be shown on a visual display. The resolution of a display device is usually denoted by the number of lines that can be distinguished visually per inch.Resolution is often confused with addressability. The addressability of a computer-graphics system is defined by the number of displayable lines, or alternatively by the number of points or pixels (picture elements) that can be displayed in the vertical and horizontal directions. Computer graphics systems are now capable of addressing many thousand pixels horizontally and vertically but the resolution is likely to be nearer 400 lines per inch.»
^(EN) Janglin Chen, Wayne Cranton e Mark Fihn,Handbook of Visual Display Technology, 2ª ed., Springer Verlag, 4 novembre 2016,ISBN9783319143453.
«In fact, with a fixed-pixel display system like an LCD, changing screen settings introduces additional artifacts that further deteriorate image quality. As a general rule, LCDs should almost always be viewed at the native resolution.»
«For Adobe Premiere Pro to interpret a clip correctly, it needs to know the frame rate for the video, the pixel aspect ratio (the shape of the pixels), and the order to display the fields, if your clip has them.»
