Pixel

Rozbalit box

Obsah boxu

Pixel (někdy též obrazový bod) je nejmenší logická jednotka rastrové grafiky, kterou lze na zobrazovacím zařízení (např. monitoru, displeji mobilního telefonu) nebo v digitálním obraze adresovat a určit její vlastnosti, především barvu. Samotný název je zkratkou anglického spojení picture element (obrazový prvek).

Pixely si lze představit jako miniaturní čtverečky nebo tečky uspořádané do pravidelné mřížky (rastru). Každý pixel v této mřížce má přesně definovanou polohu (určenou souřadnicemi X a Y) a barvu. Kombinací tisíců, milionů či dokonce miliard těchto barevných bodů vzniká výsledný obraz, ať už jde o fotografii, ikonu na ploše počítače nebo scénu ve videohře. Kvalita a detailnost rastrového obrazu je přímo závislá na počtu a hustotě pixelů, což se označuje jako rozlišení.

📜 Historie a původ

Koncept rozkladu obrazu na diskrétní body je starší než samotná digitální technika. Lze jej vystopovat až k tiskařským technikám, jako je světlotisk, nebo uměleckým směrům, jako je pointilismus z konce 19. století, kde malíři skládali obrazy z malých barevných teček.

Termín "pixel" se poprvé objevil v 60. letech 20. století. Přisuzuje se Fredericu C. Billigsovi z laboratoří Jet Propulsion Laboratory (JPL), který jej použil v roce 1965 v publikacích popisujících obrazové technologie pro vesmírné sondy NASA, jako byly programy Ranger a Mariner. Tyto sondy snímaly povrch Měsíce a Marsu a posílaly data na Zemi ve formě digitálního signálu, který byl následně rekonstruován do obrazu složeného právě z pixelů.

S nástupem osobních počítačů v 70. a 80. letech se pixely staly základním stavebním kamenem veškeré zobrazované grafiky. Rané počítače jako Apple II nebo Commodore 64 měly velmi nízké rozlišení (např. 320×200 pixelů) a omezenou paletu barev, což vedlo ke vzniku specifického vizuálního stylu známého jako pixel art. Postupem času technologický pokrok umožnil výrobu displejů a senzorů s miliony pixelů, které jsou tak malé a hustě uspořádané, že je lidské oko při běžné pozorovací vzdálenosti nedokáže jednotlivě rozlišit, což vede k vjemu hladkého a souvislého obrazu.

⚙️ Vlastnosti pixelu

Každý pixel je definován několika základními vlastnostmi, které dohromady určují jeho vzhled v rámci celého obrazu.

🎨 Barva a barevná hloubka

Nejdůležitější vlastností pixelu je jeho barva. V digitálním světě je barva reprezentována číselnou hodnotou. Způsob, jakým je tato hodnota uložena, a rozsah možných barev definuje tzv. barevná hloubka (bit depth).

• 1bitová hloubka: Pixel může mít pouze dvě hodnoty (např. 0 a 1), což odpovídá dvěma barvám (typicky černá a bílá). Tento režim se nazývá monochromatický nebo binární.
• 8bitová hloubka: Pixel může nabývat 2⁸ = 256 různých hodnot. V případě stupňů šedi to znamená 256 odstínů od černé po bílou. V případě barevného obrazu se používá tzv. indexovaná barva, kde každá z 256 hodnot odkazuje na konkrétní barvu v předdefinované paletě.
• 24bitová hloubka (True Color): Tento model je nejběžnější. Barva je definována kombinací tří základních barevných složek: červené (Red), zelené (Green) a modré (Blue) – model RGB. Každá složka je reprezentována 8 bity (256 úrovní intenzity). Celkem je tak možné zobrazit 2⁸ × 2⁸ × 2⁸ = 16 777 216 různých barevných odstínů.
• 32bitová hloubka: Jedná se o 24bitovou barevnou hloubku rozšířenou o dalších 8 bitů, které se používají pro tzv. alfa kanál. Tento kanál nedefinuje barvu, ale průhlednost (opacitu) pixelu, což umožňuje vytvářet plynulé přechody a efekty průsvitnosti.

📍 Pozice

Každý pixel má v rastrové mřížce svou unikátní pozici, která je určena dvojicí souřadnic (např. X a Y). Počátek souřadnicového systému (bod [0,0]) bývá v počítačové grafice nejčastěji umístěn v levém horním rohu obrazu. Osa X roste směrem doprava a osa Y směrem dolů.

⏹️ Tvar a subpixely

Ačkoliv je pixel v teorii často reprezentován jako dokonalý čtverec, jeho fyzická podoba na zobrazovacím zařízení je složitější. Moderní LCD a OLED displeje se skládají z menších jednotek zvaných subpixely. Každý pixel je tvořen skupinou subpixelů, obvykle v základních barvách RGB (červená, zelená, modrá).

Intenzitou svitu jednotlivých subpixelů se míchá výsledná barva celého pixelu. Lidské oko při běžné pozorovací vzdálenosti tyto subpixely nerozliší a vnímá je jako jeden bod jednolité barvy. Uspořádání subpixelů (tzv. subpixel layout) se může lišit u různých technologií a výrobců, což může ovlivnit vnímání textu a obrazu. Technologie jako ClearType od Microsoftu využívají znalosti o uspořádání subpixelů k vyhlazování (anti-aliasingu) písma na obrazovce.

💻 Pixel v technologiích

Pixel je základním prvkem jak pro záznam obrazu (senzory), tak pro jeho zobrazení (displeje).

🖥️ Zobrazovací zařízení

• CRT monitory: U starších katodových trubic (CRT) nebyl pixel pevně definovanou jednotkou. Obraz byl vytvářen elektronovým paprskem, který dopadal na luminofor a rozsvěcel body. Velikost a tvar těchto bodů nebyly konstantní.
• LCD displeje: U LCD displejů je každý pixel tvořen buňkou s tekutými krystaly, která reguluje množství světla procházejícího z podsvícení přes barevné filtry (subpixely). Tyto pixely mají pevnou pozici a velikost, což se označuje jako nativní rozlišení displeje.
• OLED displeje: Technologie OLED funguje odlišně. Každý subpixel je tvořen organickou světelnou diodou, která sama emituje světlo. Díky tomu není potřeba podsvícení, což umožňuje dosáhnout dokonalé černé barvy (když je pixel vypnutý) a vyššího kontrastu.

📸 Záznamová zařízení

V digitálních fotoaparátech a kamerách je obraz zachycován pomocí obrazových senzorů (typicky CCD nebo CMOS). Povrch senzoru je pokryt miliony světlocitlivých buněk, tzv. fotodiod, kde každá buňka odpovídá jednomu pixelu ve výsledném obraze. Každá fotodioda měří intenzitu dopadajícího světla. Pro zachycení barevné informace se před většinu senzorů umisťuje tzv. Bayerova maska, což je mozaika barevných filtrů (červených, zelených a modrých), která zajišťuje, že každá buňka zaznamená pouze jednu barevnou složku. Plná barevná informace pro každý pixel se následně dopočítává (interpoluje) z okolních buněk v procesu zvaném demosaicing.

💡 Související pojmy

• Rozlišení: Počet pixelů v obraze nebo na displeji, obvykle udávaný jako šířka × výška (např. 1920×1080 pixelů pro Full HD).
• Megapixel (Mpx): Jednotka označující jeden milion pixelů. Používá se především k udávání rozlišení senzorů digitálních fotoaparátů. Fotoaparát s rozlišením 12 Mpx vytvoří obraz složený z přibližně 12 milionů pixelů.
• Hustota pixelů (PPI): Zkratka pro Pixels Per Inch (pixely na palec). Udává, kolik pixelů se vejde do délky jednoho palce na displeji. Vyšší hodnota PPI znamená jemnější a ostřejší obraz. Displeje s vysokou hustotou pixelů jsou marketingově označovány například jako Retina displej.
• Pixel art: Forma digitálního umění, kde jsou obrazy vytvářeny na úrovni jednotlivých pixelů. Tento styl byl typický pro starší počítačové a video hry a dnes zažívá renesanci jako specifický umělecký směr.
• Mrtvý a zaseknutý pixel (Dead/Stuck Pixel): Porucha na LCD/OLED displeji. Mrtvý pixel je trvale zhasnutý (černý), zatímco zaseknutý pixel trvale svítí jednou barvou (červenou, zelenou nebo modrou).
• Voxel: Objemový ekvivalent pixelu, používaný ve 3D grafice. Je to nejmenší prvek v trojrozměrné mřížce (volume element).

🧑‍🏫 Vysvětlení pro laiky

Představte si, že digitální obrázek je obrovská mozaika složená z maličkých barevných kamínků. Každý tento jednotlivý kamínek je jeden pixel.

• Když se na mozaiku podíváte z velké dálky, nevidíte jednotlivé kamínky, ale vnímáte celý obraz jako souvislý celek – například portrét nebo krajinu.
• Když se ale přiblížíte velmi blízko, uvidíte, že je obraz ve skutečnosti složen z tisíců těchto malých, jednobarevných čtverečků.

Čím více kamínků (pixelů) na stejné ploše použijete, tím detailnější a realističtější bude výsledná mozaika (obrázek). Proto mají moderní televize a telefony "vysoké rozlišení" – znamená to, že jejich obrazovka je složena z obrovského množství velmi malých pixelů, které naše oko nedokáže rozeznat, a proto vnímáme obraz jako dokonale ostrý.

Šablona:Aktualizováno