ピクセル

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この例は、小さな正方形としてレンダリングされた個々のピクセルが見やすいように、一部が大幅に拡大された画像を示しています。
ノートパソコンのLCD画面上のサブピクセル表示要素の写真

デジタルイメージングではピクセルペル[1]、または画像要素[2]は、ラスターイメージ内の最小のアドレス指定可能な要素、またはすべてのポイントのアドレス指定可能な ディスプレイデバイス内の最小のアドレス指定可能な要素です。したがって、これは画面に表示される画像の最小の制御可能な要素です。

各ピクセルは元の画像のサンプルです。通常、サンプルが多いほど、オリジナルのより正確な表現が提供されます。各ピクセルの強度は可変です。カラーイメージングシステムでは、色は通常、赤、緑、青、またはシアン、マゼンタ、黄色、黒などの3つまたは4つの成分強度で表されます。

一部のコンテキスト(カメラセンサーの説明など)では、ピクセルはマルチコンポーネント表現の単一のスカラー要素を指します(センサーが使用されることもありますが、カメラセンサーのコンテキストではフォトサイトと呼ばれます)[3]、さらに他のコンテキストでは(MRIのように)それは空間位置のコンポーネント強度のセットを指す場合があります。

語源

ピクセルという言葉は、pix(「pictures」から「pics」に短縮)とel(「element」の略)の組み合わせです。' el'を使用した同様のフォーメーションには、 voxel [4]およびtexelという単語が含まれます[4] pix という単語は、映画に関連して、 picturesという単語の略語として1932年にVariety誌の見出しに登場しました。[5] 1938年までに、「pix」はフォトジャーナリストによる静止画を参照するために使用されていました。[6]

「ピクセル」という言葉は、宇宙探査機から月と火星までのスキャン画像の画像要素を表すために、JPLのフレデリックC.ビリングスリーによって1965年に最初に公開されました。[7]ビリングスリーは、パロアルトのジェネラルプレシジョンのリンク部門でキースE.マクファーランドからその言葉を学びました。彼はそれがどこから来たのかわからないと言いました。マクファーランドは、単に「当時使用されていた」(1963年頃)と述べた。[6]

「画像要素」の概念は、テレビの初期の時代にまでさかのぼります。たとえば、1888年にドイツで特許を取得したPaul Nipkowの「 Bildpunkt 」(ピクセルを表すドイツ語、文字通り「画像ポイント」)などです。さまざまな語源によると、画像要素という用語自体の最初の出版物は、 1927年にWireless World誌に掲載されましたが[8]、1911年に出願されたさまざまな米国特許で以前に使用されていました。[9]

一部の著者は、早くも1972年にピクセル画像セルとして説明しています。[10]グラフィックスや画像およびビデオ処理では、ピクセルの代わりにpelがよく使用されます。[11]たとえば、IBMは元のPCのテクニカルリファレンスでこれを使用しました。

「px」と略されるピクセルは、グラフィックおよびWebデザインで一般的に使用される測定単位でもあり、約1⁄96インチ(0.26 mm)相当します。この測定値は、特定の要素がどの画面解像度で表示されても同じサイズで表示されることを確認するために使用されます。[12]

2番目のiで綴られるピクシレーションは、映画の始まりにまでさかのぼる無関係な映画製作技術であり、ライブ俳優がフレームごとにポーズをとられ、写真を撮られてストップモーションアニメーションが作成されます。「憑依(ピクシーズ)」を意味する古風な英国の言葉で、この用語は1950年代初頭からアニメーションプロセスを説明するために使用されてきました。ノーマン・マクラレングラント・マンローを含むさまざまなアニメーターは、それを普及させたと信じられています。[13]

テクニカル

ピクセルを小さな正方形としてレンダリングする必要はありません。この画像は、ドット、ライン、またはスムーズなフィルタリングを使用して、一連のピクセル値から画像を再構成する別の方法を示しています。

ピクセルは一般に、デジタル画像の最小の単一コンポーネントと考えられていますただし、定義はコンテキストに大きく依存します。たとえば、ページに「印刷されたピクセル」、電子信号によって運ばれるピクセル、デジタル値で表されるピクセル、ディスプレイデバイスのピクセル、またはデジタルカメラ(光センサー要素)のピクセルがあります。このリストは網羅的なものではなく、コンテキストに応じて、同義語にはpel、sample、byte、bit、dot、およびspotが含まれます。ピクセルは、1インチあたり2400ピクセル、1行あたり640ピクセル、または10ピクセル間隔などの測定単位として使用できます。

1インチあたりのドット数(dpi)と1インチあたりのピクセル数(ppi)は同じ意味で使用されることがありますが、特にプリンターデバイスでは、dpiがプリンターのドット密度(インク滴など)の配置の尺度であるため、明確な意味があります。[14] たとえば、高品質の写真画像は、1200dpiのインクジェットプリンタで600ppiで印刷できます。[15] 2002年以降にプリンタメーカーによって引用された4800dpiなど、さらに高いdpi値は、達成可能な解像度の観点からはあまり意味がありません。[16]

画像を表すために使用されるピクセルが多いほど、結果は元の画像に近くなります。画像のピクセル数は解像度と呼ばれることもありますが、解像度にはより具体的な定義があります。ピクセル数は、公称300万ピクセルの「300万ピクセル」デジタルカメラのように単一の数値として表すことも、640ピクセルの「640x480ディスプレイ」のように数値のペアとして表すこともできます。左右に、上から下に480(VGAディスプレイの場合のように)であるため、合計数は640×480 = 307,200ピクセル、つまり0.3メガピクセルになります。

デジタル化された画像( Webページで使用されるJPEGファイルなど)を形成するピクセルまたはカラーサンプルは、コンピューターが画像を表示する方法に応じて、画面のピクセルと1対1で対応する場合と対応しない場合があります。コンピューティングでは、ピクセルで構成される画像は、ビットマップ画像またはラスター画像と呼ばれます。ラスターという言葉はテレビのスキャンパターンに由来し、同様のハーフトーン印刷およびストレージ技術 を説明するために広く使用されています。

サンプリングパターン

便宜上、ピクセルは通常、通常の2次元グリッドに配置されます。この配置を使用することにより、各ピクセルに独立して同じ操作を均一に適用することにより、多くの一般的な操作を実装することができます。ピクセルの他の配置も可能であり、一部のサンプリングパターンでは、画像全体の各ピクセルの形状(またはカーネル)を変更することもできます。このため、あるデバイスで画像を取得して別のデバイスで表示する場合、または画像データをあるピクセル形式から別のピクセル形式に変換する場合は注意が必要です。

例えば:

サブピクセルを使用してClearTypeを使用してレンダリングされたテキスト

コンピューターモニターの解像度

コンピューターはピクセルを使用して画像を表示できます。多くの場合、 GUIを表す抽象的な画像ですこの画像の解像度はディスプレイ解像度と呼ばれ、コンピューターのビデオカードによって決定されます。LCDモニターもピクセルを使用して画像を表示し、ネイティブ解像度を備えています。各ピクセルはトライアドで構成されこれらのトライアドの数によってネイティブ解像度が決まります。一部のCRTでモニターでは、ビーム掃引速度が固定され、ネイティブ解像度が固定される場合があります。ほとんどのCRTモニターには固定ビーム掃引速度がありません。つまり、ネイティブ解像度がまったくありません。代わりに、同様に十分にサポートされている一連の解像度があります。LCDで可能な限り鮮明な画像を生成するには、ユーザーはコンピューターのディスプレイ解像度がモニターのネイティブ解像度と一致していることを確認する必要があります。

望遠鏡の解像度

天文学で使用されるピクセルスケールは、検出器(CCDまたは赤外線チップ)上で1ピクセル離れた空の2つのオブジェクト間の角距離です。ラジアンで測定されたスケールsは、先行する光学系のピクセル間隔p焦点距離fの比率であり、 s = p / fです。(焦点距離は、焦点比と関連するレンズまたはミラーの直径の積です。)1ラジアンは180 /π*3600≈206,265に等しいため、 pは通常、ピクセルあたりの秒単位で表されるためです。 アークセカンドであり、直径はミリメートルで示され、ピクセルサイズはマイクロメートルで示されることが多く、1,000の別の係数が得られるため、式はs = 206p / fとして引用されることがよくあります。

ピクセルあたりのビット数

ピクセルで表すことができる個別の色の数は、ピクセルあたりのビット数(bpp)によって異なります。1 bppイメージは、各ピクセルに1ビットを使用するため、各ピクセルはオンまたはオフのいずれかになります。追加のビットごとに使用可能な色の数が2倍になるため、2 bpp画像は4色、3bpp画像は8色にすることができます。

  • 1 bpp、2 1 = 2色(モノクロ
  • 2 bpp、2 2 = 4色
  • 3 bpp、2 3 = 8色
  • 4 bpp、2 4 = 16色
  • 8 bpp、2 8 = 256色
  • 16 bpp、2 16 = 65,536色( "ハイカラー")
  • 24 bpp、2 24 = 16,777,216色( " Truecolor ")

ピクセルあたり15ビット以上の色深度の場合、深度は通常、赤、緑、および青の各コンポーネントに割り当てられたビットの合計です。ハイカラーは、通常16 bppを意味し、人間の目は他の2原色よりも緑のエラーに敏感であるため、通常、赤と青にそれぞれ5ビット、緑に6ビットあります。透明度を含むアプリケーションの場合、16ビットは赤、緑、青のそれぞれ5ビットに分割でき、透明度のために1ビットが残ります。24ビット深度では、コンポーネントごとに8ビットを使用できます。一部のシステムでは、32ビット深度を使用できます。これは、各24ビットピクセルに不透明度を表すための追加の8ビットがあることを意味します(別の画像と組み合わせるため)。

サブピクセル

さまざまなCRTおよびLCDディスプレイの色要素の形状。CRTのカラーディスプレイ(一番上の行)のリン光ドットは、ピクセルまたはサブピクセルとは関係ありません。

多くのディスプレイおよび画像取得システムは、同じサイトで異なるカラーチャネルを表示または検知することができません。したがって、ピクセルグリッドは単色領域に分割され、離れた場所から見たときに表示または検出される色に寄与します。LCD、LED、プラズマディスプレイなどの一部のディスプレイでは、これらの単色領域は個別にアドレス指定可能な要素であり、サブピクセル、主にRGBカラーとして知られるようになりました。[19]たとえば、LCDは通常、各ピクセルを垂直方向に3つのサブピクセルに分割します。正方形のピクセルが3つのサブピクセルに分割される場合、各サブピクセルは必然的に長方形になります。ディスプレイ業界の用語では、サブピクセルはしばしばピクセルは、ハードウェアの観点からは基本的なアドレス指定可能な要素であるため、サブピクセル回路ではなくピクセル回路が使用されます。

ほとんどのデジタルカメライメージセンサーは、たとえばベイヤーフィルターパターンを使用する単色センサー領域を使用します。カメラ業界では、これらはサブピクセルではなく、ディスプレイ業界と同じようにピクセルとして知られています。

サブピクセルを使用するシステムの場合、2つの異なるアプローチをとることができます。

  • サブピクセルは無視でき、フルカラーピクセルはアドレス可能な最小のイメージング要素として扱われます。また
  • サブピクセルはレンダリング計算に含めることができます。これには、より多くの分析と処理時間が必要ですが、場合によっては明らかに優れた画像を生成できます。

サブピクセルレンダリングと呼ばれるこの後者のアプローチは、ピクセルジオメトリの知識を使用して、3つの色付きサブピクセルを個別に操作し、カラーディスプレイの見かけの解像度を向上させます。現在廃止されているCRTディスプレイ(現在は製造されていませんが、既存のデバイスはまだ広く使用されています)は、シャドウマスクと呼ばれるメッシュグリッドによって指定された赤、緑、青のマスクされたリン光物質領域を使用していました。シャドウマスクを表示されたピクセルラスターに合わせるには難しいキャリブレーション手順が必要になるため、CRTはサブピクセルレンダリングを使用しませんでした。

サブピクセルの概念はサンプルに関連しています。

メガピクセル

メガピクセル値を含むデジタルカメラの一般的なセンサー解像度の図

メガピクセルMPは100万ピクセルです。この用語は、画像のピクセル数だけでなく、デジタルカメラのイメージセンサー要素の数またはデジタルディスプレイの表示要素の数を表すためにも使用されます。たとえば、2048×1536ピクセルの画像(3,145,728の完成した画像ピクセル)を作成するカメラは、通常、センサー要素のいくつかの余分な行と列を使用し、一般に、「3.2メガピクセル」または「3.4メガピクセル」のどちらであるかによって異なります。報告される数は、「有効」または「合計」ピクセル数です。[20]

ピクセルは、写真の解像度を定義するために使用されます。写真の解像度は、センサーの幅と高さをピクセル単位で乗算して計算されます。

デジタルカメラは、電荷結合デバイス(CCD)または相補型金属-酸化膜-半導体(CMOS)イメージセンサーのいずれかの感光性電子機器を使用します。これらのイメージセンサーは、それぞれが測定された強度レベルを記録する多数の単一センサー要素で構成されます。ほとんどのデジタルカメラでは、センサーアレイは、ベイヤーフィルター配置の赤、緑、青の領域を持つパターン化されたカラーフィルターモザイクで覆われているため、各センサー要素は単一の原色の光の強度を記録できます。カメラは、デモザイキングと呼ばれるプロセスを通じて、隣接するセンサー要素の色情報を補間します、最終的な画像を作成します。これらのセンサー要素は、最終的なカラー画像の1つのチャネル(赤、緑、または青のみ)のみを記録しますが、「ピクセル」と呼ばれることがよくあります。したがって、各センサーの3つのカラーチャネルのうち2つを補間する必要があり、Nメガピクセルの画像を生成するいわゆるNメガピクセルのカメラは、同じサイズの画像がスキャナーから取得できる情報の3分の1しか提供しません。 。したがって、原色の割り当てによっては、特定の色のコントラストが他の色よりもぼやけて見える場合があります(バイエルの配置では、緑には赤または青の2倍の要素があります)。

DxO Labsは、特定のレンズとペアリングしたときにカメラが生成するシャープネスを測定するためにPerceptual MegaPixel (P-MPix)を発明しました。これは、カメラのセンサーのみに基づくカメラ製品についてメーカーが述べているMPとは対照的です。新しいP-MPixは、カメラマンがカメラのシャープネスを評価する際に考慮すべき、より正確で適切な値であると主張しています。[21] 2013年半ばの時点で、 NikonD800に搭載されたSigma35 mm f / 1.4 DG HSMレンズは、測定されたP-MPixが最も高くなっていますただし、23 MPの値でも、D800の36.3MPセンサーの3分の1以上が消去されます。[22] 2019年8月、Xiaomiは世界初のスマートフォンとしてRedmi Note 8Proをリリースしました64MPカメラ付き。[23] 2019年12月12日、Samsungは64MPカメラを搭載したSamsungA71をリリースしました。[24] 2019年後半、Xiaomiはセンサーの幅が108MP 1 /1.33インチの最初のカメラ付き携帯電話を発表しました。センサーは、センサー全体が1 /2.3インチのブリッジカメラのほとんどよりも大きくなっています。[25]

メガピクセルを追加する新しい方法の1つが、マイクロフォーサーズシステムカメラに導入されました。このカメラは、16 MPセンサーのみを使用しますが、2回の露光を行い、センサーを0.5ピクセルシフトすることで、64 MP RAW(40 MP JPEG)画像を生成できます。彼ら。三脚を使用してインスタンス内でレベルのマルチショットを撮影すると、複数の16MP画像が統合された64MP画像に生成されます。[26]

も参照してください

参考文献

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外部リンク