Пиксел тығыздығы: рұқсат және ажыратымдылық

Кіріспе

Экранның ажыратымдылығы – ұзындық бірлігіне шаққандағы пикселдермен өлшенеді.

Дюймге шаққандағы пикселдер (ppi) және сантиметрге шаққандағы пикселдер (ppcm немесе пиксел/см) – компьютер мониторы немесе теледидар экраны сияқты электрондық бейне құрылғысының, немесе камера немесе бейне сканері сияқты бейнелерді цифрландыру құрылғысының пиксел тығыздығын өлшейтін шамалар. Көлденең және тік тығыздық көбінесе бірдей болады, себебі көптеген құрылғыларда шаршы пикселдер қолданылады, бірақ шаршы емес пикселдері бар құрылғыларда олар өзгеше болуы мүмкін. Пиксел тығыздығы, біріншісі физикалық бет немесе құрылғыдағы егжей-тегжейлілікті сипаттағанмен, екіншісі масштабқа қарамастан пиксел ақпаратының мөлшерін сипаттайды. Тағы бір қырынан қарасақ, пикселдің өзіндік мөлшері немесе бірлігі жоқ (пиксел – іс жүзіндегі үлгі), бірақ ол басылып шығарылғанда, көрсетілгенде немесе сканерленгенде, пикселдің физикалық мөлшері (өлшемі) және пиксел тығыздығы (ppi) пайда болады.

Негізгі қағидалар

Көптеген сандық аппараттық құрылғылар нүктелер немесе пиксельдерді қолданатындықтан, медианың өлшемі (дюйммен) және пиксельдер саны (немесе нүктелер) тікелей "дюймге пиксельдер санымен" байланысты. Төмендегі формула физикалық өлшемдері және дюймге пиксельдер саны берілген форматтың көлденең немесе тік піксельдер санын есептейді:

Дюймге пиксельдер саны (немесе сантиметрге пиксельдер саны) – басып шығару өлшемі белгілі болғанда кескін файлының толықтығын сипаттайды. Мысалы, 2 дюймдік квадратқа басылған 100x100 пикселдік кескіннің ажыратымдылығы 50 пиксел/дюйм болады. Осылай қолданғанда, бұл өлшем кескін басып шығарылғанда маңызды. Көптеген қолданбаларда, мысалы Adobe Photoshop, бағдарлама жаңа кескіндерді құру үшін шығару құрылғысын және дюймге пиксельдер санын (PPI) көрсетуге арналған. Осылайша, шығару мақсаты көбінесе кескін құрылатын кезде анықталады.

Басқа құрылғыға шығару

Суреттерді бір құрылғыдан екінші құрылғыға көшірген кезде, мысалы, мониторда жасалған суретті басып шығару кезінде, екі құрылғының пиксель тығыздығын түсіну маңызды. 23 дюймдік HD мониторды (20 дюйм ені) қарастырайық, оның белгілі, 1920 пикселдік (көлденең) ажыратымдылығы бар. Суретші осы монитордың 1920 пикселдік ажыратымдылығында жаңа сурет жасады дейік, бұл сурет вебке арналған, бірақ басып шығару ескерілмеген. Жоғарыдағы формуланы қайта жазу арқылы монитордағы суреттің пиксель тығыздығын (PPI) анықтай аламыз:

Енді суретші 48 дюйм көлденең баннерді басып шығаруды қалайды деп елестетейік. Суреттегі пикселдердің санын және шығыс мөлшерін білеміз, осыдан ары сол формуланы қолданып, басылған баннердің PPI-ін есептеуге болады:

Бұл шығыс баннерінің бір дюймге 40 пикселге ғана ие екенін көрсетеді. Принтер құрылғысы 300 PPI ажыратымдылықпен басып шығара алатынын ескерсек, бастапқы суреттің ажыратымдылығы веб-сайтта жақсы көрінсе де, сапалы баннер жасау үшін қажетті деңгейден әлдеқайда төмен. 1920 × 1080 пикселдік суреттің үлкен форматта басылуы үшін жеткілікті пикселдері жоқ екенін айтуға болады.

Қағаз бетіне басып шығару

Қағазға басып шығару әртүрлі технологиялармен жүзеге асырылады. Газеттер мен журналдар дәстүрлі түрде жарты тонды экран арқылы басылады, ол белгілі бір жиіліктегі нүктелерді – экран жиілігін (LPI) – аналогтық процесс арқылы шығарады. Фотографиялық басылым экран арқылы өтетін интерференциялық үлгілер арқылы өзгермелі өлшемдегі нүктелерге айналады. Қазіргі заманғы сиялы принтерлер микроскопиялық нүктелерді кез келген жерге басып шығарады және экрандық торды қажет етпейді, олардың өлшемі метрикалық нүктелер бір дюймге (DPI) шаққанда есептеледі. Бұл екеуі пиксель тығыздығынан немесе пиксельдер инчқа (PPI) шаққандағы санынан өзгеше, себебі пиксель – кез келген түстің бір ғана үлгісі, ал сиялы басылым тек белгілі бір түстің нүктесін ғана басып шығара алады. Сондықтан принтер пиксельдерді дитерлеу деп аталатын процесс арқылы нүктелер тізбегіне түрлендіреді. Нүктелердің ең кішкентай мөлшері – әрбір нүктенің көлемі – басылған суреттің қағаз түріне байланысты анықталады. Мысалы, сіңіргіш қағаз беті, қайта өңделген қағаз сияқты, сия тамшыларының таралуына мүмкіндік береді, сондықтан нүктелердің арақашықтығы артады. Көбінесе, белгілі бір шығыс құрылғысына сәйкес келетін кескін сапасын пиксельдерде (PPI) білу қажеттігі туады. Егер таңдау тым төмен болса, сапа құрылғының мүмкіндігінен төмен болады – сапа төмендейді, ал таңдау тым жоғары болса, пиксельдер қажетсіз сақталады – дискідегі орын ысырапқа кетеді. Идеал пиксель тығыздығы (PPI) шығыс форматына, шығыс құрылғысына, мақсатты қолданылуына және көркемдік таңдауға байланысты. DPI арқылы өлшенетін сиялы принтерлер үшін, PPI-ді анықтау үшін DPI-нің жартысы немесе одан да азын пайдалану әдетте дұрыс болып саналады. Мысалы, 600 dpi принтерге арналған кескін 300 ppi форматында жасалуы мүмкін. AM немесе FM экранды басып шығару сияқты басқа технологияларды қолданғанда, әдетте, басып шығару әдісі үшін идеал PPI көрсетілген скрининг кестелері жарияланады. Принтердің DPI немесе LPI көрсеткіштерін PPI-ді анықтау үшін пайдалану 36 дюйм немесе одан жоғары форматтарға дейін тиімді, себебі содан кейін көру қабілетінің факторы маңыздырақ болады. Егер басылымды жақыннан қарасаңыз, принтер құрылғысының шектерін таңдауға болады. Алайда, егер плакат, баннер немесе билборд алыстан көрілетін болса, онда PPI-ді әлдеқайда төмендетуге болады.

Printing on paper is accomplished with different technologies. Newspapers and magazines were traditionally printed using a halftone screen, which would print dots at a given frequency, the screen frequency, in lines per inch (LPI) by using a purely analog process in which a photographic print is converted into variable sized dots through interference patterns passing through a screen. Modern inkjet printers can print microscopic dots at any location, and don't require a screen grid, with the metric dots per inch (DPI). These are both different from pixel density or pixels per inch (PPI) because a pixel is a single sample of any color, whereas an inkjet print can only print a dot of a specific color either on or off. Thus a printer translates the pixels into a series of dots using a process called dithering. The dot pitch, smallest size of each dot, is also determined by the type of paper the image is printed on. An absorbent paper surface, uncoated recycled paper for instance, lets ink droplets spread — so has a larger dot pitch. Often one wishes to know the image quality in pixels per inch (PPI) that would be suitable for a given output device. If the choice is too low, then the quality will be below what the device is capable of—loss of quality—and if the choice is too high then pixels will be stored unnecessarily—wasted disk space. The ideal pixel density (PPI) depends on the output format, output device, the intended use and artistic choice. For inkjet printers measured in DPI it is generally good practice to use half or less than the DPI to determine the PPI. For example, an image intended for a printer capable of 600 dpi could be created at 300 ppi. When using other technologies such as AM or FM screen printing, there are often published screening charts that indicate the ideal PPI for a printing method. Using the DPI or LPI of a printer remains useful to determine PPI until one reaches larger formats, such as 36" or higher, as the factor of visual acuity then becomes more important to consider. If a print can be viewed close up, then one may choose the printer device limits. However, if a poster, banner or billboard will be viewed from far away then it is possible to use a much lower PPI.

Компьютерлік дисплейлер

Компьютерлік дисплейдің PPI/PPCM көрсеткіші дисплейдің дюйм/сантиметрмен өлшемдеріне және көлденең және тік бағыттағы пикселдердің жалпы санына байланысты. Бұл өлшемді көбінесе дюймге шаққандағы нүктелер саны деп атайды, бірақ бұл өлшем көбінесе компьютерлік принтердің ажыратымдылығына қатысты. Мысалы, 15 дюймдік (38 см) дисплей, егер оның өлшемдері 12 дюйм (30,48 см) ені және 9 дюйм (22,86 см) биіктігі болса, ал максималды ажыратымдылығы 1024×768 (немесе XGA) пиксел болса, шамамен 85 PPI немесе 33,46 PPCM көлденең және тік бағыттарда көрсетуге қабілетті. Бұл көрсеткіш дисплей аумағының енін (немесе биіктігін) пикселдер санымен бөліп, нәтижені дисплей аумағының еніне (немесе биіктігіне) дюйммен бөлу арқылы есептеледі. Дисплейдің көлденең және тік PPI көрсеткіштері әртүрлі болуы мүмкін (мысалы, 4:3 қатынасы бар стандартты CRT мониторы 1280×1024 режиміндегі компьютерлік дисплейді максималды өлшемде көрсетуі мүмкін, бұл 5:4 қатынасына ие, ол 4:3 қатынасынан өзгеше). Монитордың көрінетін PPI көрсеткіші экранның ажыратымдылығына (яғни пикселдер санына) және қолданылатын экранның өлшеміне байланысты; 800×600 режиміндегі монитордың PPI көрсеткіші 1024×768 немесе 1280×960 режиміндегі сол монитордың PPI көрсеткішінен төмен болады. Компьютерлік дисплейдің нүктелік арақашықтығы пикселдердің ең жоғары тығыздығының шегін анықтайды. 2000 жылдар басындағы катодты сәулелі түтік немесе LCD компьютерлік дисплейлердің көрсеткіштері 67-ден 130 PPI-ге дейін ауытқиды, ал үстел мониторлары 200 PPI-ден асып түседі, ал кейбір смартфон өндірушілерінің флагмандық модельдері 2014 жылдан бері 500 PPI-ден асып түседі. 2008 жылдың қаңтар айында Kopin Corporation компаниясы 2272 PPI пиксел тығыздығы бар (әрбір пикселдің өлшемі тек 11,25 мкм) 0,44 дюймдік (1,12 см) SVGA LCD дисплейін жариялады. 2011 жылы олар осыны 3760 DPI ажыратымдылығы бар 0,21 дюймдік диагональды VGA түсті дисплеймен толықтырды. Өндірушілердің сөзіне сүйенсек, олар LCD-ны жоғары ажыратымдылықтағы көз айнектері сияқты оптикалық түрде үлкейту үшін жасаған. Голографиялық қолданыстар одан да жоғары пиксел тығыздығын қажет етеді, өйткені жоғары пиксел тығыздығы үлкен кескін өлшемін және кең көру бұрышын қамтамасыз етеді. Кеңістіктік жарық модуляторлары пиксел арақашықтығын 2,5 мкм-ге дейін азайта алады, бұл 10,160 PPI пиксел тығыздығын береді. Кейбір байқаулар бойынша, қалыпты көзі бар адам 300 PPI-ден жоғары детальдарды ажырата алмайды. Дегенмен, бұл көрсеткіш көрермен мен кескін арасындағы қашықтыққа және көрерменнің көру қабілетіне байланысты. Адамның көзі жарық, біркелкі жарықтандырылған интерактивті дисплейге қағазға басылған кескіндерге қарағанда әртүрлі реакция жасайды. Жоғары пиксел тығыздығы бар дисплей технологиялары суперсемплингтік антиалиазингті қажетсіз етеді, шынайы WYSIWYG графикасын қамтамасыз етеді және ықтимал "қағазсыз кеңсе" дәуірін құруға мүмкіндік береді. Мысалы, 15 дюймдік (38 см) экранға ие құрылғы төрт Full HD экраннан (немесе WQUXGA ажыратымдылығынан) көп ақпаратты көрсетуі керек. Дисплейдің PPI пиксел тығыздығының сипаттамасы мониторды принтермен калибрлеу үшін де пайдалы. Бағдарламалық құралдар PPI өлшемін пайдаланып, құжатты экранда "нақты өлшемде" көрсетуге мүмкіндік береді.

The PPI/PPCM of a computer display is related to the size of the display in inches/centimetres and the total number of pixels in the horizontal and vertical directions. This measurement is often referred to as dots per inch, though that measurement more accurately refers to the resolution of a computer printer. For example, a 15 inch (38 cm) display whose dimensions work out to 12 inches (30.48 cm) wide by 9 inches (22.86 cm) high, capable of a maximum 1024×768 (or XGA) pixel resolution, can display around 85 PPI, or 33.46PPCM, in both the horizontal and vertical directions. This figure is determined by dividing the width (or height) of the display area in pixels by the width (or height) of the display area in inches. It is possible for a display to have different horizontal and vertical PPI measurements (e. g., a typical 4:3 ratio CRT monitor showing a 1280×1024 mode computer display at maximum size, which is a 5:4 ratio, not quite the same as 4:3). The apparent PPI of a monitor depends upon the screen resolution (that is, the number of pixels) and the size of the screen in use; a monitor in 800×600 mode has a lower PPI than does the same monitor in a 1024×768 or 1280×960 mode. The dot pitch of a computer display determines the absolute limit of possible pixel density. Typical circa 2000 cathode ray tube or LCD computer displays range from 67 to 130 PPI, though desktop monitors have exceeded 200 PPI, and certain smartphone manufacturers' flagship mobile device models have been exceeding 500 PPI since 2014. In January 2008, Kopin Corporation announced a 0.44 inch (1.12 cm) SVGA LCD with a pixel density of 2272 PPI (each pixel only 11.25μm). In 2011 they followed this up with a 3760 DPI 0.21 inch diagonal VGA colour display. The manufacturer says they designed the LCD to be optically magnified, as in high resolution eyewear devices. Holography applications demand even greater pixel density, as higher pixel density produces a larger image size and wider viewing angle. Spatial light modulators can reduce pixel pitch to 2.5 μm, giving a pixel density of 10,160 PPI. Some observations indicate that the unaided human generally can't differentiate detail beyond 300 PPI. However, this figure depends both on the distance between viewer and image, and the viewer’s visual acuity. The human eye also responds in a different way to a bright, evenly lit interactive display from how it does to prints on paper. High pixel density display technologies would make supersampled antialiasing obsolete, enable true WYSIWYG graphics and, potentially enable a practical “paperless office” era. For perspective, such a device at 15 inch (38 cm) screen size would have to display more than four Full HD screens (or WQUXGA resolution). The PPI pixel density specification of a display is also useful for calibrating a monitor with a printer. Software can use the PPI measurement to display a document at "actual size" on the screen.

Камераға қарап тұрған экрандардың PPI есептеу

Камера өндірушілері көбінесе экрандарды "нүкте саны" арқылы көрсетеді. Бұл пикселдер санымен бірдей емес, себебі әр пикселде 3 "нүкте" болады – қызыл, жасыл және көк. Мысалы, Canon 50D камерасы 920 000 нүктеге ие деп көрсетілген. Бұл 307 200 пикселге тең (×3 = 921 600 нүкте). Осылайша, экранның ажыратымдылығы 640×480 пикселді құрайды. PPI есептегенде бұл факторды ескеру қажет. Сандық камералар туралы ақпаратты қарағанда, шолуларда және техникалық сипаттамаларда "нүктелер" мен "пиксельдер" шатастырылып жатады.

Сканерлер мен камералар

"PPI" немесе "пиксельдік тығыздық" кескінді сканерлеудің ажыратымдылығын да сипаттауы мүмкін. Осы контексте PPI дюймге шаққандағы үлгілер санымен мағынасы бірдей. Цифрлік фотографияда пиксельдік тығыздық – сенсор ауданына бөлінген пиксельдер саны. 2013 жылғы әдеттегі DSLR камерасы 1–6.2 МП/см2; ал әдеттегі ықшам камера 20–70 МП/см2. Мысалы, Sony Alpha SLT A58 камерасы 6.2 МП/см2 пиксельдік тығыздығы бар APS C сенсорында 20.1 мегапиксельге ие, ал Sony Cyber-shot DSC HX50V сияқты ықшам камера 70 МП/см2 пиксельдік тығыздығы бар 1/2.3" сенсорында 20.4 мегапиксельге ие. Кәсіби камераның пиксельдік тығыздығы ықшам камераға қарағанда төмен, себебі оның сенсоры әлдеқайда үлкен болғандықтан фотодиодтары үлкенірек.

Смартфондар

Смартфондар шағын дисплейлерді пайдаланады, бірақ қазіргі заманғы смартфон дисплейлерінің PPI көрсеткіші жоғары, мысалы, Samsung Galaxy S7 – 577 PPI көрсеткіші бар төрттік HD дисплейімен, Fujitsu F 02G – 564 PPI көрсеткіші бар төрттік HD дисплейімен, LG G6 – 564 PPI көрсеткіші бар төрттік HD дисплейімен немесе – XHDPI, ал Oppo Find 7 – 5.5 дюймдік дисплейінде 534 PPI көрсеткішімен – XXHDPI (төмендегі бөлімді қараңыз). Sony Xperia XZ Premium 807 PPI пиксел тығыздығына ие 4K дисплейімен жабдықталған, бұл 2017 жылға дейін кез келген смартфон үшін ең жоғары көрсеткіш.

Метрикация

Цифрлық баспа индустриясы көбінесе дюймге пиксельдер (ppi) өлшемдерін қолданады, бірақ кейде сантиметрге пиксельдер (ppcm) немесе түрлендіру коэффициенті беріледі. PNG кескін файл форматы пиксел тығыздығы үшін тек метр бірлігін ғана қолданады.

Сурет файл пішімін қолдау

Келесі кестеде танымал кескін файл форматтары пиксель тығыздығын қалай қолдайтыны көрсетілген. Ұяшықтардың түсі белгілі бір кескін файл форматының мүмкіндіктерінің байлығын емес, одан қандай тығыздық деңгейін күтуге болатынын көрсетеді. Сурет өңдеу бағдарламалық жасақтамасы кейбір кескін файл форматтары үшін тығыздықты орнатуға мүмкіндік берсе де, көптеген басқа бағдарламалар суреттерді көрсету кезінде тығыздық туралы ақпаратты пайдаланбайды. Мысалы, веб-браузерлер тығыздық туралы ақпаратты елемейді. Кестеде көрсетілгендей, кескін файл форматтарындағы тығыздық ақпаратына қолдау өте әртүрлі және оны бақыланатын ортада сақ болумен пайдалану керек. Формат Өлшем бірліктері Растр/вектор Көп беттілік Бір бет өлшемі Сурет немесе бет ұзындығы ТығыздықExifLengthRasterPPI немесе PPCM, көлденең және тік бағыттар үшін 8 байт (64 биттік рационалды қолтаңбасыз) AI Ұзындық немесе пиксел Екі жақтағы аралық=2 Қосылған растрлық суреттер үшін жасырын EPS Ұзындық Екі ✔ ✔ Растрланған суреттер, қаріптер немесе эффекттер үшін жасырын DPI (PPI) GIF Пиксел Растр ✔ ICO Пиксел Растр ✔ ✔ JPEG Пиксел Растрлық аралық=2 Тығыздық орнатылған кезде жасырын Опциялық PPI немесе PPCM, көлденең және тік бағыттар үшін 2 байт PDF Ұзындық Екі ✔ ✔ Растрланған суреттер, қаріптер немесе эффекттер үшін жасырын DPI (PPI) PNG Пиксел Растрлық аралық=2 Тығыздық орнатылған кезде жасырын PPM, көлденең және тік бағыттар үшін 4 байт PSD және PSB Ұзындық немесе пиксел Екі жақтағы аралық=2 Опциялық SVG Ұзындық немесе пиксел Екі ✔ Қосылған растрлық суреттер үшін жасырын TIFF Пиксел Екі ✔ ✔ Тығыздық орнатылған кезде жасырын Опциялық PPI немесе PPCM, көлденең және тік бағыттар үшін екі 32 биттік қолтаңбасыз бүтін сан WebP Пиксел Растр ✔ WEBP-те шығыс ортасындағы тығыздықты көрсететін жеке тагтар/атрибуттар жоқ. Бірақ WEBP, XMP және EXIF фрагменттері түріндегі метадеректерді қолдайтын Resource Interchange File Format контейнер форматын пайдаланады. EXIF ажыратымдылықты қолдайды, осы кестедегі жазбаны қараңыз. Практикалық мысал: GraphicConverter v11.7.1 EXIF метадеректермен WEBP файлдарының ажыратымдылық туралы ақпаратын дұрыс көрсетеді. XCF Пиксел Екі жақтағы аралық=2 Формат Өлшем бірліктері Растр/вектор Көп беттілік Бір бет өлшемі Сурет немесе бет ұзындығы

The following table show how pixel density is supported by popular image file formats. The cell colors used do not indicate how feature rich a certain image file format is, but what density support can be expected of a certain image file format. Even though image manipulation software can optionally set density for some image file formats, not many other software uses density information when displaying images. Web browsers, for example, ignore any density information. As the table shows, support for density information in image file formats varies enormously and should be used with great care in a controlled context. Format Units of measurement Raster/vector Multi page Per page size Size in lengths for image or page DensityExifLengthRasterPPI or PPCM, 8 bytes (64bit rational unsigned) each for horizontal and vertical directions AI Length or pixel Both colspan=2 Implicit for included raster images EPS Length Both ✔ ✔ Explicit DPI (PPI) for rasterized images, fonts or effects GIF Pixel Raster ✔ ICO Pixel Raster ✔ ✔ JPEG Pixel Raster colspan=2 Implicit when density is set Optional PPI or PPCM, 2 bytes each for horizontal and vertical directions PDF Length Both ✔ ✔ Explicit DPI (PPI) for rasterized images, fonts or effects PNG Pixel Raster colspan=2 Implicit when density is set Optional PPM, 4 bytes each horizontal and vertical directions PPM Pixel Raster ✔ PSD and PSB Length or pixel Both colspan=2 Optional SVG Length or pixel Both ✔ Implicit for included raster images TIFF Pixel Both ✔ ✔ Implicit when density is set Optional PPI or PPCM, two 32 bit unsigned integers each for horizontal and vertical directions WebP Pixel Raster ✔ WEBP has no tags/attributes of its own which specify density on the output medium. But WEBP uses Resource Interchange File Format as its container format which supports Metadata to be included as XMP and EXIF chunks. And EXIF supports resolution, see entry in this table. Practical example: GraphicConverter v11.7.1 correctly shows resolution information for WEBP files with EXIF metadata. XCF Pixel Both colspan=2 Format Units of measurement Raster/vector Multi page Per page size Size in lengths for image or page Density