Píxel

En la imagen digital , un píxel (abreviado px ), pel , ^{[ 1 ]} o elemento de imagen ^{[ 2 ]} es el elemento direccionable más pequeño de una imagen rasterizada . En un dispositivo de visualización o una impresora matricial , un píxel es el elemento más pequeño cuya salida generalmente se puede controlar de forma independiente.

El concepto de elemento de imagen se remonta a los inicios de la imagen electrónica. La palabra alemana Bildpunkt ("punto de imagen") apareció en una patente de 1888, mientras que el término inglés picture element apareció en patentes estadounidenses registradas ya en 1911. La palabra píxel se publicó por primera vez en 1965.

Los píxeles suelen estar dispuestos en una cuadrícula bidimensional regular, donde cada píxel almacena uno o más valores numéricos que representan una muestra de la imagen. Una mayor densidad de muestreo permite representar detalles espaciales más finos, aunque el resultado también depende de la óptica, el sensor, el procesamiento y la pantalla. En la imagen en color, un píxel se representa comúnmente mediante componentes como rojo, verde y azul (RGB), o cian, magenta, amarillo y negro (CMYK).

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 más pequeño de una imagen digital , pero su significado preciso depende del contexto. Un píxel puede referirse a una muestra numérica en un archivo de imagen, un elemento en una señal de imagen transmitida, un elemento de imagen controlable en una pantalla, una muestra de imagen impresa o un elemento fotosensible en una cámara digital. Algunos términos relacionados son pel , muestra , punto , fotositio y sensel , aunque no son intercambiables en todos los contextos. El número de píxeles también se utiliza como medida, por ejemplo, 2400 píxeles por pulgada o 640 píxeles por línea.

Las medidas " puntos por pulgada " (ppp) y " píxeles por pulgada " (ppp) a veces se usan indistintamente, pero describen cantidades diferentes. Los ppp describen la densidad de muestreo de una imagen o pantalla digital, mientras que los ppp de la impresora describen la densidad de marcas físicas como gotas de tinta. ^{[ 13 ]} Una impresora puede usar varios puntos para reproducir un píxel de imagen; por ejemplo, una imagen muestreada a 600 ppp puede imprimirse con una impresora de inyección de tinta de 1200 ppp. ^{[ 14 ]} Por lo tanto, los ppp de la impresora no se pueden comparar directamente con los ppp de la imagen como medida de resolución efectiva. ^{[ 15 ]}

Aumentar el número de muestras permite preservar detalles más finos, siempre que la fuente de la imagen y el sistema de imagen contengan dichos detalles. El número de píxeles se suele denominar informalmente «resolución», aunque también puede referirse al poder de resolución espacial o a la densidad de muestreo. El número de píxeles puede expresarse como un solo número, como tres megapíxeles, o como dimensiones. Una imagen VGA de 640 × 480 contiene 307 200 píxeles, o aproximadamente 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 , principalmente colores RGB . ^{[ 19 ]} 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 ) equivale a un millón (10⁶ ⁾ de píxeles. Esta unidad se utiliza para medir la cantidad de píxeles en una imagen, los fotodiodos efectivos del sensor de una cámara digital o los elementos direccionables de una pantalla digital. Por ejemplo, una imagen de 2048 × 1536 píxeles contiene 3 145 728 píxeles, o aproximadamente 3,15 MP. Las especificaciones de la cámara pueden distinguir entre el total de píxeles del sensor y los píxeles efectivos utilizados para formar la imagen grabada. ^{[ 21 ]}

El número de píxeles de una imagen se calcula multiplicando su ancho por su alto en píxeles. Este valor describe las dimensiones de la imagen, pero no determina, por sí solo, su nitidez ni su calidad general.

Las cámaras digitales suelen utilizar sensores de imagen de dispositivo de carga acoplada (CCD) o de semiconductor de óxido metálico complementario (CMOS). Cada fotodiodo mide la intensidad de la luz. En la mayoría de las cámaras a color, el sensor está cubierto por una matriz de filtros de color , generalmente un filtro Bayer , de modo que cada fotodiodo mide un componente de color. Un proceso llamado demosaico estima los componentes de color faltantes a partir de muestras vecinas para producir píxeles de salida a todo color.

Algunos sensores admiten la agrupación de píxeles , en la que las señales de fotositios vecinos se combinan y se leen como un solo píxel de salida. Esto reduce la resolución de salida a la vez que aumenta la sensibilidad y puede mejorar el rendimiento en condiciones de poca luz. Por ejemplo, un modo de agrupación de cuatro a uno combina los datos de cuatro fotositios en un solo valor de salida. ^{[ 22 ]} Algunos sensores móviles de 200 MP pueden usar la agrupación de 4 × 4, combinando 16 fotositios para producir una imagen de salida de 12,5 MP. ^{[ 23 ]}

Un mayor número de megapíxeles permite obtener detalles más finos o recortar más la imagen, pero la calidad de la imagen también depende de factores como el área del sensor, el tamaño del fotodiodo, el poder de resolución del objetivo, el ruido, el rango dinámico y el procesamiento de la imagen. Por lo tanto, los sensores con el mismo número de megapíxeles pueden tener un rendimiento diferente. ^{[ 24 ]}

• 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.