Pixel

In computer grafica, con il termine pixel (contrazione della locuzione inglese picture element) si indica ciascuno degli elementi puntiformi che compongono la rappresentazione di una immagine raster nella memoria di un computer.

Solitamente i punti sono così piccoli e numerosi da non essere distinguibili ad occhio nudo, apparendo fusi in un’unica immagine quando vengono stampati su carta o visualizzati su un monitor. Ciascun pixel, che rappresenta il più piccolo elemento autonomo dell’immagine, è caratterizzato dalla propria posizione e da valori quali colore e intensità, variabili in funzione del sistema di rappresentazione adottato.

L’esempio qui a destra mostra un logo in grafica raster ingrandito in modo da evidenziare i singoli pixel. Si noti che in questo caso l’illusione di una immagine uniforme è resa più realistica mediante l’uso di sfumature di grigio sul bordo dei caratteri, evitando bruschi passaggi di colore (tale processo è detto di antialiasing).

Aspetti tecnici

Più pixel sono usati per rappresentare un’immagine, più il risultato assomiglierà all’immagine originale. Il numero di pixel in un’immagine è a rigore una area ma nell’uso comune viene utilizzato con abuso il termine risoluzione. Può essere espressa da un solo numero, come tre megapixel detto di una fotocamera che ha tre milioni di pixel, o da una coppia di numeri come in ’schermo 640 x 480′, che ha 640 pixel in larghezza e 480 in altezza (come nei display VGA), perciò con un numero totale di pixel di 640*480 = 307.200.

I punti colorati che formano un’immagine digitale (come una JPEG) vengono chiamati anch’essi pixel. Possono non essere in corrispondenza uno-a-uno con i pixel dello schermo. Nei casi in cui questa distinzione è importante, i punti del file possono essere chiamati texel.

In informatica, un’immagine composta da pixel è conosciuta come immagine bitmap o immagine raster. La parola raster trae origine dalla tecnologia della televisione analogica. Le immagini bitmap sono usate per codificare il video digitale e per produrre arte generata da computer.

Poiché la risoluzione del monitor può essere regolata dal sistema operativo del computer, un pixel è una misura relativa. I moderni schermi per computer sono progettati con una risoluzione nativa, che si riferisce al perfetto accoppiamento tra pixel e triadi. La risoluzione nativa darà origine all’immagine più netta tra quelle che lo schermo è in grado di produrre. Comunque, l’utente può aggiustare la risoluzione, il che si ottiene disegnando ogni pixel usando più di una triade. Questo processo normalmente dà origine a una immagine sfuocata. Ad esempio, uno schermo con risoluzione nativa di 1280×1024 produrrà le migliori immagini se impostato a quella risoluzione, mostrerà la risoluzione a 800×600 in modo adeguato, disegnando ogni pixel con più di una triade, e non sarà in grado di mostrare immagini a 1600×1200 a causa della mancanza di un numero sufficiente di triadi.

Normalmente, una risoluzione non nativa viene mostrata meglio su uno schermo CRT che su un LCD.

I pixel possono essere sia quadrati che rettangolari. Un valore chiamato pixel aspect ratio, descrive le proporzioni di un pixel per la sua corretta visualizzazione. Ad esempio, un pixel aspect ratio di 1,25:1, significa che ogni pixel dev’essere visualizzato 1,25 volte più largo che alto perché quanto rappresentato sia proporzionato. I pixel sugli schermi dei computer sono in genere quadrati, ma i pixel utilizzati nel video digitale hanno forma non quadrata, come nel D1 aspect ratio.

Ogni pixel di un’immagine monocroma ha la sua luminosità. Un valore pari a zero di norma rappresenta il nero, mentre il valore massimo rappresenta il bianco. Ad esempio, in un’immagine a otto bit, il massimo valore senza segno che può essere immagazzinato è 255, così questo è il valore usato per il bianco.

Nelle immagini a colori, ogni pixel ha la sua luminosità e colore, tipicamente rappresentate da una tripletta di intensità di rosso, verde e blu (vedi RGB). I monitor a colori usano pixel composti da 3 sotto-pixel. Nelle immagini in scale di grigio i valori di accensione dei 3 subpixels è sempre uguale (ad esempio R=71, G=71, B=71).

Il numero di colori distinti che possono essere rappresentati da un pixel dipende dal numero di bit per pixel (BPP). Valori comuni sono:

• 8 bpp (256 colori)
• 16 bpp (65.536 colori, noto come Highcolour)
• 24 bpp (16.777.216 colori, noto come Truecolour).

Immagini composte da 256 colori o meno, vengono normalmente immagazzinate nella memoria video del computer, in formato chunky o planar, dove un pixel in memoria è l’indice di una lista di colori chiamati palette (tavolozza). Queste modalità sono quindi chiamate modalità indicizzate. Mentre vengono mostrati solo 256 colori, questi sono presi da una tavolozza molto più ampia, tipicamente di 16 milioni di colori. Cambiare i valori della tavolozza permette una specie di effetto animato. Il logo animato di avvio di Windows 95 e Windows 98 è probabilmente il più noto esempio di questo tipo di animazione.

Per profondità di colore più ampie di 8 bit, il numero è il totale dei tre componenti RGB (rosso, verde e blu). Una profondità di 16 bit viene di solito divisa in cinque bit di rosso e blu e sei di verde, (il verde ha più bit perché l’occhio e più sensibile a quel colore). Una profondità di 24 bit permette 8 bit per componente. Su alcuni sistemi è disponibile una profondità di 32 bit: questo significa che ogni pixel a 24 bit ha 8 bit extra per descrivere l’opacità. Sui sistemi più vecchi è comune il formato a 4 bpp (16 colori).

Quando un file immagine viene mostrato a video, il numero di bit per pixel viene espresso separatamente per il file raster e per lo schermo. Alcuni formati di file raster, hanno una grande profondità in bit rispetto ad altri. Il formato GIF, ad esempio, ha una profondità massima di 8 bit, mentre il TIFF può gestire pixel a 48-bit. Non ci sono monitor che possano rappresentare colori a 48 bit, e quindi questa profondità viene di solito usata per applicazioni professionali specializzate che lavorano con scanner d’immagini o stampanti. Questi file vengono “renderizzati” su schermo con 24-bit di profondità.

Altri oggetti derivati dal pixel, come i voxel (elementi di volume), i texel (elementi di consistenza) e i surfel (elementi di superficie), sono stati creati per altri utilizzi della computer grafica.

Sotto-pixel

Sugli schermi a cristalli liquidi e su quelli a tubo catodico, ogni pixel è costruito da tre sotto-pixel, ognuno per i tre colori, posti a distanza ravvicinata. Ogni singolo sotto-pixel è illuminato in base a un determinato valore, e a causa della loro prossimità, creano l’illusione ottica di un singolo pixel di un colore particolare.

Una tecnica recente per aumentare la risoluzione apparente di un monitor a colori, chiamata sub-pixel font rendering, usa la conoscenza della geometria dei pixel per manipolare separatamente i tre sotto-pixel, il che sembra essere particolarmente efficace con gli schermi LCD impostati con risoluzione nativa. Questa è una forma di antialiasing, e viene usata principalmente per migliorare l’aspetto del testo. Il Cleartype di Microsoft, che è disponibile su Windows XP, ne è un esempio. Un altro esempio è la tecnologia Quartz utilizzata dal Mac OS X per l’interfaccia grafica. In questo caso l’intera interfaccia grafica utilizza questa tecnologia. Ciò rende l’interfaccia grafica più gradevole ma rende le singole linee meno definite e questo in alcuni casi può disturbare l’utente.

Megapixel

Un megapixel è 1 milione di pixel, e viene solitamente usato con riferimento alle macchine fotografiche digitali.

Alcune macchine fotografiche digitali usano i CCD, che registrano i livelli di luminosità. Vecchie fotocamere digitali, che non usano i CCD Foveon X3 hanno filtri colorati rossi, verdi e blu, in modo che ogni pixel possa registrare la luminosità di un singolo colore primario. Quindi, i pixel delle fotocamere digitali che non usano i CCD Foveon X3, sono simili a sotto-pixel. La fotocamera interpola l’informazione di colore per creare l’immagine finale. Quindi, un’immagine a ‘x’-megapixel, proveniente da una fotocamera con 1/4 della risoluzione di colore della stessa immagine acquisita da uno scanner. La risoluzione dei dettagli non ne risente. Quindi, un’immagine di un oggetto blu o rosso (di solito ci sono più pixel verdi) tenderà ad apparire sfuocata, se confrontata con lo stesso oggetto in toni di grigio.

È importante sapere che in numero di megapixel non è un diretto indice di qualità delle macchine fotografiche; è vero che un numero piu elevato di pixel permette, in linea teorica, un maggior potere risolutivo, ma questo è spesso limitato dal sistema ottico utilizzato per convogliare l’immagine sul sensore. Se il potere risolutivo del complesso di lenti è inferiore al potere risolutivo della matrice di pixel allora non si avrà alcun guadagno nell’aumentare in numero di pixel, anzi si avrà un peggioramento delle prestazioni del sistema a causa del maggiore rumore elettronico introdotto.