Píxel

En imagen digital , un píxel (abreviado px ), pel , ^{[ 1 ]} o elemento de imagen ^{[ 2 ]} es el elemento físico direccionable más pequeño de una imagen rasterizada o el elemento controlable más pequeño de un dispositivo de visualización o impresora matricial . En la mayoría de los dispositivos de visualización digital , los píxeles son el elemento más pequeño que se puede manipular mediante software.

El concepto de elemento de imagen existe desde los inicios de la televisión, apareciendo como "Bildpunkt" en una patente alemana de 1888, y el término "píxel" se ha utilizado en varias patentes estadounidenses desde 1911.

Los píxeles están dispuestos en una cuadrícula bidimensional regular, y cada píxel sirve como muestra de la imagen original; cuantas más muestras, mayor será la precisión de la representación. La intensidad de cada píxel es variable. En los sistemas de imagen en color, un color se representa típicamente mediante tres o cuatro componentes de intensidad, como rojo, verde y azul , o cian, magenta, amarillo y negro , y estos componentes se combinan para producir un amplio espectro de colores.

En algunos contextos (como las descripciones de sensores de cámara ), píxel se refiere a un único elemento escalar de una representación multicomponente (llamado fotositio en el contexto del sensor de cámara, aunque a veces se utiliza sensel ' elemento sensor ' ), ^{[ 3 ]} mientras que en otros contextos (como la resonancia magnética) puede referirse a un conjunto de intensidades de componentes para una posición espacial.

El software de los primeros ordenadores de consumo se renderizaba necesariamente a baja resolución, con píxeles grandes visibles a simple vista; los gráficos creados bajo estas limitaciones se conocen como pixel art , especialmente en el contexto de los videojuegos. Sin embargo, los ordenadores y pantallas modernos pueden renderizar fácilmente muchísimos más píxeles que antes, lo que hace necesario el uso de unidades de medida grandes como el megapíxel (un millón de píxeles).

La palabra píxel es una combinación de pix (de "pictures", abreviado como "pics") y el (de " element "); formaciones similares con 'el' incluye las palabras voxel ^{[ 4 ]} ' píxel de volumen ' y texel ' píxel de textura ' . ^{[ 4 ]} La palabra pix apareció en los titulares de la revista Variety en 1932, como una abreviatura de la palabra pictures , en referencia a películas. ^{[ 5 ]} Para 1938, "pix" se usaba en referencia a fotografías fijas por fotoperiodistas. ^{[ 6 ]}

La palabra "píxel" fue publicada por primera vez en 1965 por Frederic C. Billingsley del JPL para describir los elementos de imagen de las imágenes escaneadas de las sondas espaciales a la Luna y Marte. ^{[ 7 ]} Billingsley había aprendido la palabra de Keith E. McFarland, de la División Link de Precisión General en Palo Alto , quien a su vez dijo desconocer su origen. McFarland simplemente dijo que "estaba en uso en ese momento" ( c. 1963 ). ^{[ 6 ]}

El concepto de "elemento de imagen" se remonta a los inicios de la televisión, por ejemplo, como " Bildpunkt " (la palabra alemana para píxel , literalmente "punto de imagen") en la patente alemana de Paul Nipkow de 1888. Según diversas etimologías, la primera publicación del término " elemento de imagen" se encuentra en la revista Wireless World de 1927, ^{[ 8 ]} aunque ya se había utilizado anteriormente en varias patentes estadounidenses presentadas desde 1911. ^{[ 9 ]}

Algunos autores explican el píxel como celda de imagen, ya en 1972. ^{[ 10 ]} En gráficos y en procesamiento de imágenes y video, a menudo se usa pel en lugar de píxel . ^{[ 11 ]} Por ejemplo, IBM lo usó en su Referencia Técnica para la PC original .

La pixilación , escrita con una segunda i , es una técnica cinematográfica independiente que se remonta a los inicios del cine, en la que se coloca a actores reales fotograma a fotograma y se les fotografía para crear animación stop-motion. El término, una palabra británica arcaica que significa "posesión por espíritus ( pixies )", se ha utilizado para describir el proceso de animación desde principios de la década de 1950; a varios animadores, entre ellos Norman McLaren y Grant Munro , se les atribuye su popularización. ^{[ 12 ]}

Generalmente , se considera que un píxel es el componente individual más pequeño de una imagen digital . Sin embargo, su definición depende en gran medida del contexto. Por ejemplo, puede haber " píxeles impresos " en una página, píxeles transmitidos por señales electrónicas, representados por valores digitales, píxeles en una pantalla o píxeles en una cámara digital (elementos fotosensoriales). Esta lista no es exhaustiva y, según el contexto, los sinónimos incluyen pel, muestra, byte, bit, punto y mancha. Los píxeles pueden usarse como unidad de medida, por ejemplo: 2400 píxeles por pulgada, 640 píxeles por línea o con una separación de 10 píxeles.

Las medidas " puntos por pulgada " (ppp) y " píxeles por pulgada " (ppp) a veces se usan indistintamente, pero tienen significados distintos, especialmente en dispositivos de impresión, donde el ppp es una medida de la densidad de colocación de puntos (por ejemplo, gotas de tinta) de la impresora. ^{[ 13 ]} Por ejemplo, una imagen fotográfica de alta calidad puede imprimirse con 600 ppp en una impresora de inyección de tinta de 1200 ppp. ^{[ 14 ]} Incluso cifras de ppp más altas, como los 4800 ppp que los fabricantes de impresoras citan desde 2002, no significan mucho en términos de resolución alcanzable . ^{[ 15 ]}

Cuantos más píxeles se utilicen para representar una imagen, más se asemejará el resultado al original. El número de píxeles en una imagen a veces se denomina resolución, aunque esta tiene una definición más específica. El número de píxeles se puede expresar como un solo número, como en una cámara digital de "tres megapíxeles", que tiene tres millones de píxeles nominales, o como un par de números, como en una "pantalla de 640 x 480", que tiene 640 píxeles de lado a lado y 480 de arriba a abajo (como en una pantalla VGA ) y, por lo tanto, tiene un total de 640 × 480 = 307 200 píxeles, o 0,3 megapíxeles.

Los píxeles, o muestras de color, que forman una imagen digitalizada (como un archivo JPEG utilizado en una página web) pueden o no tener una correspondencia uno a uno con los píxeles de la pantalla, dependiendo de cómo un ordenador muestre la imagen. En informática, una imagen compuesta por píxeles se conoce como imagen de mapa de bits o imagen rasterizada . El término rasterizado proviene de los patrones de escaneo de la televisión y se ha utilizado ampliamente para describir técnicas similares de impresión y almacenamiento de semitonos .

Patrones de muestreo

Para mayor comodidad, los píxeles suelen estar dispuestos en una cuadrícula bidimensional regular . Mediante esta disposición, muchas operaciones comunes pueden implementarse aplicando la misma operación a cada píxel de forma independiente. Existen otras disposiciones de píxeles, e incluso algunos patrones de muestreo modifican la forma (o núcleo ) de cada píxel en toda la imagen. Por este motivo, se debe tener cuidado al capturar una imagen en un dispositivo y visualizarla en otro, o al convertir datos de imagen de un formato de píxel a otro.

Por ejemplo:

• Las pantallas de cristal líquido (LCD) suelen utilizar una cuadrícula escalonada, donde los componentes rojo, verde y azul se muestrean en posiciones ligeramente diferentes. La renderización de subpíxeles es una tecnología que aprovecha estas diferencias para mejorar la visualización del texto en las pantallas LCD.
• La gran mayoría de las cámaras digitales en color utilizan un filtro Bayer , lo que da como resultado una cuadrícula regular de píxeles donde el color de cada píxel depende de su posición en la cuadrícula.
• Un mapa de recorte utiliza un patrón de muestreo jerárquico, donde el tamaño del área de soporte de cada píxel depende de su ubicación dentro de la jerarquía.
• Las cuadrículas deformadas se utilizan cuando la geometría subyacente no es plana, como en el caso de las imágenes de la Tierra desde el espacio. ^{[ 16 ]}
• El uso de cuadrículas no uniformes es un área de investigación activa que intenta eludir el límite tradicional de Nyquist . ^{[ 17 ]}
• Los píxeles de los monitores de ordenador suelen ser "cuadrados" (es decir, tienen el mismo paso de muestreo horizontal y vertical); los píxeles de otros sistemas suelen ser "rectangulares" (es decir, tienen un paso de muestreo horizontal y vertical desigual, de forma oblonga), al igual que los formatos de vídeo digital con diversas relaciones de aspecto , como los formatos panorámicos anamórficos del estándar de vídeo digital Rec. 601 .

Subpíxeles

Muchos sistemas de visualización y adquisición de imágenes no son capaces de mostrar o detectar los diferentes canales de color en el mismo sitio. Por lo tanto, la cuadrícula de píxeles se divide en regiones de un solo color que contribuyen al color mostrado o detectado cuando se observa a distancia. En algunas pantallas, como las LCD, LED y de plasma, estas regiones de un solo color son elementos direccionables por separado, que se conocen como subpíxeles , en su mayoría colores RGB . ^{[ 20 ]} Por ejemplo, las pantallas LCD suelen dividir cada píxel verticalmente en tres subpíxeles. Cuando el píxel cuadrado se divide en tres subpíxeles, cada subpíxel es necesariamente rectangular. En la terminología de la industria de las pantallas, a los subpíxeles se les suele llamar píxeles , ya que son los elementos direccionables básicos desde el punto de vista del hardware, y por lo tanto se utilizan circuitos de píxeles en lugar de circuitos de subpíxeles .

La mayoría de los sensores de imagen de las cámaras digitales utilizan regiones de sensor de un solo color, por ejemplo, mediante el patrón de filtro Bayer , y en la industria de las cámaras se les conoce como píxeles, al igual que en la industria de las pantallas, no como subpíxeles .

Para sistemas con subpíxeles, se pueden adoptar dos enfoques diferentes:

• Los subpíxeles pueden ignorarse, y los píxeles a todo color se tratan como el elemento de imagen direccionable más pequeño; o
• Los subpíxeles pueden incluirse en los cálculos de renderizado, lo que requiere más análisis y tiempo de procesamiento, pero en algunos casos puede producir imágenes aparentemente superiores.

Este último método, denominado renderizado de subpíxeles , utiliza el conocimiento de la geometría de los píxeles para manipular los tres subpíxeles de color por separado, lo que produce un aumento en la resolución aparente de las pantallas a color. Si bien las pantallas CRT utilizan áreas de fósforo enmascaradas en rojo, verde y azul, determinadas por una cuadrícula llamada máscara de sombra, requeriría un paso de calibración complejo para alinearlas con la trama de píxeles mostrada, por lo que las pantallas CRT no utilizan el renderizado de subpíxeles.

El concepto de subpíxeles está relacionado con las muestras .

Un megapíxel ( MP ) es un millón de píxeles; el término se usa no solo para la cantidad de píxeles en una imagen, sino también para expresar la cantidad de elementos del sensor de imagen de las cámaras digitales o la cantidad de elementos de visualización de las pantallas digitales . Por ejemplo, una cámara que crea una imagen de 2048 × 1536 píxeles (3.145.728 píxeles de imagen final) normalmente usa algunas filas y columnas adicionales de elementos del sensor y se suele decir que tiene "3,2 megapíxeles" o "3,4 megapíxeles", dependiendo de si la cifra que se indica es la cantidad de píxeles "efectivos" o "totales". ^{[ 22 ]}

El número de píxeles se suele denominar "resolución" de una fotografía. Esta medida de resolución se calcula multiplicando el ancho y la altura del sensor en píxeles.

Las cámaras digitales utilizan componentes electrónicos fotosensibles, ya sean dispositivos de carga acoplada (CCD) o sensores de imagen de semiconductor de óxido metálico complementario (CMOS), que constan de un gran número de elementos sensores individuales, cada uno de los cuales registra un nivel de intensidad medido. En la mayoría de las cámaras digitales, la matriz de sensores está cubierta con un mosaico de filtros de color con un patrón que presenta regiones rojas, verdes y azules en la disposición del filtro Bayer, de modo que cada elemento sensor puede registrar la intensidad de un único color primario de luz. La cámara interpola la información de color de los elementos sensores vecinos, mediante un proceso llamado demosaico , para crear la imagen final. Estos elementos sensores suelen denominarse "píxeles", aunque solo registran un canal (solo rojo, verde o azul) de la imagen en color final. Por lo tanto, se deben interpolar dos de los tres canales de color de cada sensor, y una cámara denominada de N megapíxeles que produce una imagen de N megapíxeles proporciona solo un tercio de la información que una imagen del mismo tamaño podría obtener de un escáner. Por lo tanto, ciertos contrastes de color pueden parecer más difusos que otros, dependiendo de la distribución de los colores primarios (el verde tiene el doble de elementos que el rojo o el azul en la clasificación de Bayer).

DxO Labs inventó el Perceptual MegaPixel (P-MPix) para medir la nitidez que produce una cámara cuando se combina con un objetivo en particular, a diferencia de los MP que un fabricante declara para un producto de cámara, que se basa únicamente en el sensor de la cámara. P-MPix afirma ser un valor más preciso y relevante para que los fotógrafos lo tengan en cuenta al sopesar la nitidez de la cámara. ^{[ 23 ]} A mediados de 2013, el objetivo Sigma 35 mm f/1.4 DG HSM montado en una Nikon D800 tenía el P-MPix medido más alto. Sin embargo, con un valor de 23 MP, todavía elimina más de un tercio del sensor de 36,3 MP de la D800. ^{[ 24 ]} En agosto de 2019, Xiaomi lanzó el Redmi Note 8 Pro como el primer teléfono inteligente del mundo con una cámara de 64 MP. ^{[ 25 ]} El 12 de diciembre de 2019, Samsung lanzó el Samsung A71 que también tiene una cámara de 64 MP. ^{[ 26 ]} A finales de 2019, Xiaomi anunció el primer teléfono con cámara con un sensor de 108 MP y 1/1,33 pulgadas de diámetro. El sensor es más grande que la mayoría de las cámaras bridge con sensor de 1/2,3 pulgadas de diámetro. ^{[ 27 ]}

• Un píxel no es un cuadrado pequeño : Memorando de Microsoft por el pionero de los gráficos por computadora Alvy Ray Smith.
• "Pixels and Me" , conferencia impartida por Richard F. Lyon el 23 de marzo de 2005 en el Museo de Historia de la Computación.
• Píxeles cuadrados y no cuadrados : Información técnica sobre las relaciones de aspecto de los píxeles de los estándares de vídeo modernos (480i, 576i, 1080i, 720p), además de sus implicaciones para el software.