Введение

Разрешение экрана измеряется в пикселях на единицу длины. Пиксели на дюйм (ppi) и пиксели на сантиметр (ppcm или пикселей/см) – это показатели плотности пикселей электронного устройства отображения, такого как компьютерный монитор или телевизионный дисплей, или устройства оцифровки изображений, например, камеры или сканера. Горизонтальная и вертикальная плотность обычно одинаковы, поскольку большинство устройств используют квадратные пиксели, но различаются на устройствах с неквадратными пикселями. Плотность пикселей отличается от детализации изображения: первая описывает количество деталей на физической поверхности или устройстве, а вторая – объем информации, содержащейся в пикселях, независимо от масштаба. Если рассматривать вопрос иначе, пиксель сам по себе не имеет размера или единицы измерения (пиксель – это, по сути, образец), но при печати, отображении или сканировании он приобретает физический размер (габариты) и плотность пикселей (ppi).

Основные принципы

Поскольку большинство цифровых аппаратных устройств используют точки или пиксели, размер носителя (в дюймах) и количество пикселей (или точек) напрямую связаны показателем "пикселей на дюйм". Следующая формула позволяет вычислить количество пикселей по горизонтали или вертикали, исходя из физического размера формата и значения пикселей на дюйм вывода:

Пиксели на дюйм (или пиксели на сантиметр) характеризуют детализацию файла изображения при известном размере печати. Например, изображение 100×100 пикселей, напечатанное на квадрате со стороной 2 дюйма, имеет разрешение 50 пикселей на дюйм. В таком контексте эта величина имеет значение при печати изображения. Во многих приложениях, таких как Adobe Photoshop, программа позволяет создавать новые изображения, задавая выходное устройство и PPI (пиксели на дюйм). Таким образом, целевые параметры вывода часто определяются на этапе создания изображения.

Выход на другое устройство

При перемещении изображений между устройствами, например, при печати изображения, созданного на мониторе, важно понимать плотность пикселей обоих устройств. Рассмотрим 23″ HD монитор (20″ в ширину), который имеет известное, нативное разрешение 1920 пикселей (по горизонтали). Предположим, художник создал новое изображение с разрешением 1920 пикселей, возможно, предназначенное для веб без учета печати. Переформулировав приведенную выше формулу, можно определить плотность пикселей (PPI) изображения на дисплее монитора:

Теперь представим, что художник хочет напечатать более крупный баннер шириной 48″. Мы знаем количество пикселей в изображении и размер выходного изображения, что позволяет нам использовать ту же формулу для определения PPI напечатанного плаката:

Это показывает, что выходной баннер будет иметь всего 40 пикселей на дюйм. Поскольку принтер способен печатать с разрешением 300 PPI, разрешение исходного изображения значительно ниже необходимого для создания баннера приемлемого качества, даже если оно хорошо выглядит на мониторе для веб-сайта. Другими словами, изображение 1920 × 1080 пикселей не содержит достаточного количества пикселей для печати в большом формате.

Печать на бумаге

Печать на бумаге осуществляется с использованием различных технологий. Газеты и журналы традиционно печатались с использованием растрового экрана, который создавал точки заданной частоты, частоты растра, в линиях на дюйм (LPI) посредством чисто аналогового процесса, при котором фотографический отпечаток преобразуется в точки переменного размера за счет интерференционных паттернов, проходящих через экран. Современные струйные принтеры могут печатать микроскопические точки в любом месте и не требуют растровой сетки, используя метрические точки на дюйм (DPI). Это отличается от плотности пикселей или пикселей на дюйм (PPI), поскольку пиксель представляет собой единичный образец любого цвета, в то время как струйная печать может воспроизводить только точку определенного цвета, либо включенную, либо выключенную. Таким образом, принтер преобразует пиксели в ряд точек, используя процесс, называемый дизерингом. Шаг точки, минимальный размер каждой точки, также определяется типом бумаги, на которой печатается изображение. Поверхность впитывающей бумаги, например, неокрашенной переработанной бумаги, позволяет каплям чернил растекаться, что приводит к большему шагу точки. Часто необходимо знать качество изображения в пикселях на дюйм (PPI), которое будет оптимальным для данного выходного устройства. Если выбранное значение слишком низкое, качество будет ниже возможностей устройства – произойдет потеря качества, а если слишком высокое – пиксели будут храниться без необходимости, что приведет к нерациональному использованию дискового пространства. Идеальная плотность пикселей (PPI) зависит от формата вывода, выходного устройства, предполагаемого использования и художественных предпочтений. Для струйных принтеров, измеряемых в DPI, обычно рекомендуется использовать половину или меньше значения DPI для определения PPI. Например, изображение, предназначенное для принтера с разрешением 600 dpi, можно создать с разрешением 300 ppi. При использовании других технологий, таких как растрирование AM или FM, часто публикуются таблицы растра, указывающие оптимальное значение PPI для метода печати. Использование DPI или LPI принтера остается полезным для определения PPI до достижения больших форматов, таких как 36 дюймов и более, поскольку в этом случае фактор остроты зрения становится более важным. Если отпечаток можно рассматривать вблизи, можно выбрать пределы, заданные устройством принтера. Однако, если плакат, баннер или билборд будут просматриваться издалека, можно использовать гораздо более низкое значение PPI.

Компьютерные дисплеи

PPI/PPCM компьютерного дисплея определяется размером дисплея в дюймах/сантиметрах и общим количеством пикселей по горизонтали и вертикали. Эта характеристика часто называется точками на дюйм, хотя это измерение точнее относится к разрешению компьютерного принтера. Например, 15-дюймовый (38 см) дисплей с размерами 12 дюймов (30,48 см) в ширину и 9 дюймов (22,86 см) в высоту, способный поддерживать максимальное разрешение 1024×768 (или XGA), может отображать около 85 PPI или 33,46 PPCM как по горизонтали, так и по вертикали. Это значение рассчитывается путем деления ширины (или высоты) области отображения в пикселях на ширину (или высоту) области отображения в дюймах. Возможно, что дисплей будет иметь разные значения PPI по горизонтали и вертикали (например, типичный монитор CRT с соотношением сторон 4:3, отображающий компьютерный дисплей в режиме 1280×1024 при максимальном размере, имеет соотношение 5:4, что не совсем соответствует 4:3). Воспринимаемое значение PPI монитора зависит от разрешения экрана (то есть количества пикселей) и размера используемого экрана; монитор в режиме 800×600 имеет более низкий PPI, чем тот же монитор в режимах 1024×768 или 1280×960. Шаг пикселя компьютерного дисплея определяет абсолютный предел возможной плотности пикселей. Типичные ЭЛТ- и ЖК-дисплеи для компьютеров начала 2000-х годов варьируются от 67 до 130 PPI, хотя настольные мониторы превысили 200 PPI, а некоторые флагманские модели смартфонов с 2014 года превышают 500 PPI. В январе 2008 года Kopin Corporation представила 0,44-дюймовый (1,12 см) SVGA LCD с плотностью пикселей 2272 PPI (каждый пиксель размером всего 11,25 мкм). В 2011 году они представили 0,21-дюймовый цветной VGA-дисплей с разрешением 3760 DPI. Производитель заявляет, что ЖК-дисплей был разработан для оптического увеличения, как в устройствах отображения высокого разрешения. Приложения голографии требуют еще большей плотности пикселей, поскольку более высокая плотность пикселей обеспечивает больший размер изображения и более широкий угол обзора. Пространственные модуляторы света могут уменьшить шаг пикселя до 2,5 мкм, обеспечивая плотность пикселей 10 160 PPI. Некоторые наблюдения показывают, что невооруженный человеческий глаз обычно не может различить детали с разрешением выше 300 PPI. Однако это значение зависит как от расстояния между зрителем и изображением, так и от остроты зрения зрителя. Человеческий глаз также по-разному реагирует на яркий, равномерно освещенный интерактивный дисплей и на отпечатки на бумаге. Технологии дисплеев с высокой плотностью пикселей сделают суперсэмплинг антиалиасинга устаревшим, позволят создавать графику WYSIWYG в полном объеме и, возможно, приведут к практической эре "безбумажного офиса". Для понимания масштаба, такое устройство с 15-дюймовым (38 см) экраном должно было бы отображать более четырех экранов Full HD (или разрешение WQUXGA). Характеристика плотности пикселей PPI дисплея также полезна для калибровки монитора с принтером. Программное обеспечение может использовать значение PPI для отображения документа на экране в "реальном размере".

Расчет PPI экранов камеры

Производители камер часто указывают разрешение экрана в «количестве точек». Это не то же самое, что количество пикселей, поскольку на каждый пиксель приходится 3 точки – красная, зеленая и синяя. Например, у Canon 50D заявлено 920 000 точек. Это соответствует 306 667 пикселям (×3 = 920 000 точек). Таким образом, разрешение экрана составляет 640×480 пикселей. Это необходимо учитывать при расчете PPI (пикселей на дюйм). Термины «точки» и «пиксели» часто путают в обзорах и технических характеристиках, особенно при изучении информации о цифровых камерах.

Сканеры и камеры

"PPI" или "плотность пикселей" также может описывать разрешение сканера изображения. В этом контексте PPI является синонимом количества выборок на дюйм. В цифровой фотографии плотность пикселей – это число пикселей, деленное на площадь сенсора. Типичная зеркальная камера, выпущенная примерно в 2013 году, имеет 1–6,2 МП/см2; типичная компактная камера – 20–70 МП/см2. Например, Sony Alpha SLT A58 имеет 20,1 мегапикселя на APS C сенсоре с плотностью 6,2 МП/см2, в то время как компактная камера, такая как Sony Cyber-shot DSC HX50V, имеет 20,4 мегапикселя на 1/2,3" сенсоре с плотностью 70 МП/см2. Профессиональная камера имеет меньшую плотность пикселей, чем компактная камера, поскольку у нее более крупные фотодиоды из-за значительно больших сенсоров.

Смартфоны

Смартфоны используют небольшие дисплеи, но современные дисплеи смартфонов имеют более высокий показатель PPI, например, Samsung Galaxy S7 с Quad HD-дисплеем на 577 PPI, Fujitsu F 02G с Quad HD-дисплеем на 564 PPI, LG G6 с Quad HD-дисплеем на 564 PPI или – XHDPI, Oppo Find 7 с 534 PPI на 5,5-дюймовом дисплее – XXHDPI (см. раздел ниже). Sony Xperia XZ Premium имеет 4K-дисплей с плотностью пикселей 807 PPI, что является самым высоким показателем среди смартфонов по состоянию на 2017 год.

Метрификация

В индустрии цифрового издательства в основном используется количество пикселей на дюйм, но иногда используется количество пикселей на сантиметр или приводится коэффициент пересчета. Формат файла изображения PNG допускает использование только метра в качестве единицы измерения плотности пикселей.

Поддержка формата файла изображения

В следующей таблице показано, как поддерживается плотность пикселей в популярных форматах файлов изображений. Цвета ячеек не указывают на функциональность формата файла изображения, а на то, какую поддержку плотности можно ожидать от данного формата. Хотя программное обеспечение для редактирования изображений может задавать плотность для некоторых форматов, большинство других программ не используют информацию о плотности при отображении изображений. Например, веб-браузеры игнорируют информацию о плотности. Как показывает таблица, поддержка информации о плотности в форматах файлов изображений значительно различается и должна использоваться с осторожностью в контролируемых условиях.

Формат | Растр/вектор | Многостраничный | Размер страницы | Размер в единицах длины для изображения или страницы | Плотность
------- | -------- | -------- | -------- | -------- | --------
ExifLengthRaster | PPI или PPCM, 8 байт (64-битное рациональное беззнаковое число) для горизонтального и вертикального направлений | | | |
AI | Длина или пиксель | Оба | colspan=2 | Имплицитно для встроенных растровых изображений
EPS | Длина | Оба | ✔ | ✔ | Явное DPI (PPI) для растрированных изображений, шрифтов или эффектов
GIF | Пиксель | Растр | ✔ | |
ICO | Пиксель | Растр | ✔ | ✔ |
JPEG | Пиксель | Растр | colspan=2 | Имплицитно при установленной плотности. Опционально PPI или PPCM, 2 байта для каждого горизонтального и вертикального направления.
PDF | Длина | Оба | ✔ | ✔ | Явное DPI (PPI) для растрированных изображений, шрифтов или эффектов
PNG | Пиксель | Растр | colspan=2 | Имплицитно при установленной плотности. Опционально PPM, 4 байта для каждого горизонтального и вертикального направления.
PPM | Пиксель | Растр | ✔ | |
PSD и PSB | Длина или пиксель | Оба | colspan=2 | Опционально
SVG | Длина или пиксель | Оба | ✔ | | Имплицитно для встроенных растровых изображений
TIFF | Пиксель | Оба | ✔ | ✔ | Имплицитно при установленной плотности. Опционально PPI или PPCM, два 32-битных беззнаковых целых числа для горизонтального и вертикального направлений.
WebP | Пиксель | Растр | ✔ | | WEBP не имеет собственных тегов/атрибутов для указания плотности на выходном устройстве. Однако WEBP использует формат файлов обмена ресурсами (RIFF) в качестве контейнерного формата, который поддерживает включение метаданных в виде фрагментов XMP и EXIF. EXIF поддерживает разрешение, см. запись в этой таблице. Практический пример: GraphicConverter v11.7.1 правильно отображает информацию о разрешении для файлов WEBP с метаданными EXIF.
XCF | Пиксель | Оба | colspan=2 |

Формат | Единица измерения | Растр/вектор | Многостраничный | Размер страницы | Размер в единицах длины для изображения или страницы | Плотность