Pixeldichte

Pixel pro Zoll ( ppi ) und Pixel pro Zentimeter ( ppcm oder Pixel/cm² ) sind Maßeinheiten für die Pixeldichte eines elektronischen Bildgeräts, wie z. B. eines Computermonitors oder eines Fernsehbildschirms , oder eines Bilddigitalisierungsgeräts wie einer Kamera oder eines Scanners . Die horizontale und vertikale Dichte sind in der Regel gleich, da die meisten Geräte quadratische Pixel verwenden . Bei Geräten mit nicht-quadratischen Pixeln unterscheiden sie sich jedoch. Pixeldichte ist nicht dasselbe wie Auflösung . Während erstere die Detailgenauigkeit auf einer physischen Oberfläche oder einem Gerät beschreibt, beschreibt letztere die Menge an Pixelinformation unabhängig von deren Größe. Anders ausgedrückt: Ein Pixel hat keine inhärente Größe oder Einheit (ein Pixel ist eigentlich eine Abtastung). Beim Drucken, Anzeigen oder Scannen erhält das Pixel jedoch sowohl eine physische Größe (Abmessung) als auch eine Pixeldichte (ppi). ^{[ 1 ]}

Da die meisten digitalen Hardwaregeräte mit Punkten oder Pixeln arbeiten, besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Größe des Mediums (in Zoll) und der Anzahl der Pixel (oder Punkte) gemäß der Angabe „Pixel pro Zoll“. Die folgende Formel berechnet die Anzahl der Pixel horizontal oder vertikal anhand der physikalischen Größe eines Formats und der Pixel pro Zoll des Ausgabemediums:

${\displaystyle {\text{Anzahl der Pixel}}={\text{Größe in Zoll}}*{\text{PPI}}}$

Pixel pro Zoll (PPI) (oder Pixel pro Zentimeter) beschreibt die Detailgenauigkeit einer Bilddatei bei bekannter Druckgröße. Beispielsweise hat ein 100×100 Pixel großes Bild, das in einem 2 Zoll großen Quadrat gedruckt wird, eine Auflösung von 50 PPI. Diese Angabe ist beim Drucken eines Bildes aussagekräftig. Viele Anwendungen, wie beispielsweise Adobe Photoshop, ermöglichen es, neue Bilder durch Angabe des Ausgabegeräts und der PPI-Zahl (Pixel pro Zoll) zu erstellen. Das Ausgabeziel wird somit oft bereits beim Erstellen des Bildes definiert.

Beim Übertragen von Bildern zwischen verschiedenen Geräten, beispielsweise beim Drucken eines auf einem Monitor erstellten Bildes, ist die Pixeldichte beider Geräte wichtig. Nehmen wir einen 23-Zoll-HD-Monitor (20 Zoll breit) mit einer bekannten, nativen Auflösung von 1920 Pixeln (horizontal). Angenommen, ein Künstler hat ein neues Bild in dieser Monitorauflösung von 1920 Pixeln erstellt, möglicherweise für die Verwendung im Web, ohne Rücksicht auf den Druck. Durch Umstellen der obigen Formel lässt sich die Pixeldichte (PPI) des Bildes auf dem Monitordisplay berechnen:

${\displaystyle {\text{PPI (Monitor)}}={\frac {\text{Anzahl der Pixel}}{\text{Größe in Zoll}}}={\frac {1920}{20}}=96{\text{ ppi}}}$

Nehmen wir nun an, der Künstler möchte ein größeres Banner mit einer horizontalen Breite von 48 Zoll drucken lassen. Wir kennen die Anzahl der Pixel im Bild und die Ausgabegröße. Daraus können wir dieselbe Formel verwenden, um die PPI-Zahl des gedruckten Posters zu berechnen:

${\displaystyle {\text{PPI (Poster)}}={\frac {\text{Anzahl der Pixel}}{\text{Größe in Zoll}}}={\frac {1920}{48}}=40{\text{ ppi}}}$

Dies zeigt, dass das gedruckte Banner nur 40 Pixel pro Zoll (ppi) aufweisen wird. Da ein Drucker mit 300 ppi drucken kann, ist die Auflösung des Originalbildes deutlich zu gering für ein Banner in anständiger Qualität, selbst wenn es auf einem Monitor für eine Webseite gut aussieht. Anders ausgedrückt: Ein Bild mit 1920 × 1080 Pixeln bietet nicht genügend Pixel für den großformatigen Druck.

Der Druck auf Papier erfolgt mit verschiedenen Technologien. Zeitungen und Zeitschriften wurden traditionell mit einem Raster gedruckt [ ^{2 ] .} Dabei wurden Punkte mit einer bestimmten Rasterfrequenz in Linien pro Zoll (LPI) gedruckt. Dies geschah in einem rein analogen Verfahren, bei dem ein Fotoabzug durch Interferenzmuster, die durch ein Raster wanderten, in unterschiedlich große Punkte umgewandelt wurde. Moderne Tintenstrahldrucker können mikroskopisch kleine Punkte an beliebiger Stelle drucken und benötigen kein Raster. Die Einheit hierfür ist Punkte pro Zoll (DPI). Diese beiden Werte unterscheiden sich von der Pixeldichte oder Pixel pro Zoll (PPI), da ein Pixel eine einzelne Farbprobe darstellt, während ein Tintenstrahldrucker nur Punkte einer bestimmten Farbe entweder ein- oder ausschalten kann. Ein Drucker wandelt die Pixel daher mithilfe eines Prozesses namens Dithering in eine Reihe von Punkten um . Der Punktabstand , also die kleinste Größe jedes Punktes, hängt auch von der Papiersorte ab, auf der das Bild gedruckt wird. Eine saugfähige Papieroberfläche, beispielsweise unbeschichtetes Recyclingpapier, lässt Tintentropfen sich ausbreiten – und weist daher einen größeren Punktabstand auf. ^{[ 3 ]}

Oftmals möchte man die optimale Bildqualität in Pixel pro Zoll (PPI) für ein bestimmtes Ausgabegerät ermitteln. Ist die PPI-Zahl zu niedrig, liegt die Qualität unterhalb der Möglichkeiten des Geräts – Qualitätsverlust. Ist sie hingegen zu hoch, werden unnötig viele Pixel gespeichert – verschwendeter Speicherplatz. Die ideale Pixeldichte (PPI) hängt vom Ausgabeformat, dem Ausgabegerät, dem Verwendungszweck und den künstlerischen Vorlieben ab. Bei Tintenstrahldruckern, deren Auflösung in dpi gemessen wird, empfiehlt es sich, die PPI-Zahl mit der Hälfte oder weniger des DPI-Werts zu bestimmen. Beispielsweise könnte ein Bild für einen Drucker mit 600 dpi mit 300 ppi erstellt werden. Bei anderen Technologien wie AM- oder FM-Siebdruck gibt es häufig veröffentlichte Rastertabellen , die die optimale PPI-Zahl für das jeweilige Druckverfahren angeben. ^{[ 4 ]}

Die DPI- oder LPI-Angabe eines Druckers ist weiterhin hilfreich zur Bestimmung der PPI-Zahl, solange man keine größeren Formate wie 36 Zoll oder mehr verwendet. Ab diesem Zeitpunkt spielt die Sehschärfe eine wichtigere Rolle. Wird ein Ausdruck aus der Nähe betrachtet, kann man die Grenzwerte des Druckers berücksichtigen. Bei Postern, Bannern oder Werbetafeln, die aus der Ferne betrachtet werden, ist hingegen eine deutlich niedrigere PPI-Zahl möglich.

Die Pixeldichte (PPI/PPCM) eines Computerbildschirms hängt von der Bildschirmgröße in Zoll / Zentimeter und der Gesamtzahl der Pixel in horizontaler und vertikaler Richtung ab. Diese Maßeinheit wird oft als „Dots per Inch“ (Punkte pro Zoll) bezeichnet , obwohl sie genauer die Auflösung eines Computerdruckers angibt .

Ein 15-Zoll-Display (38 cm) mit Abmessungen von 12 Zoll (30,48 cm) Breite und 9 Zoll (22,86 cm) Höhe und einer maximalen Auflösung von 1024 × 768 Pixeln (oder XGA ) erreicht beispielsweise eine Pixeldichte von ca. 85 PPI bzw. 33,46  PPCM (Pixel pro Zoll und Zentimeter) horizontal und vertikal. Dieser Wert ergibt sich aus der Division der Breite (oder Höhe) des Anzeigebereichs in Pixeln durch die Breite (oder Höhe) des Anzeigebereichs in Zoll. Es ist möglich, dass ein Display unterschiedliche horizontale und vertikale PPI-Werte aufweist (z. B. ein typischer 4:3-CRT-Monitor, der im 1280 × 1024-Modus eine Computeranzeige in maximaler Größe darstellt, was einem Seitenverhältnis von 5:4 entspricht und nicht exakt 4:3). Die tatsächliche PPI eines Monitors hängt von der Bildschirmauflösung (d. h. der Anzahl der Pixel) und der verwendeten Bildschirmgröße ab. Ein Monitor im 800×600-Modus hat eine niedrigere Pixeldichte (PPI) als derselbe Monitor im 1024×768- oder 1280×960-Modus.

Der Punktabstand eines Computerbildschirms bestimmt die maximale Pixeldichte. Typische Röhren- oder LCD- Computerbildschirme aus der Zeit um 2000 wiesen eine Pixeldichte von 67 bis 130 PPI auf, Desktop-Monitore erreichten jedoch bereits über 200 PPI, und einige Flaggschiffmodelle von Smartphone-Herstellern übertrafen seit 2014 sogar 500 PPI.

Im Januar 2008 kündigte die Kopin Corporation ein 0,44 Zoll (1,12 cm) großes SVGA- LCD mit einer Pixeldichte von 2272 PPI (jedes Pixel nur 11,25  μm) an. ^{[ 5 ] [ 6 ]} 2011 folgte ein VGA-Farbdisplay mit 3760 dpi und einer Diagonale von 0,21 Zoll. ^{[ 7 ]} Laut Hersteller wurde das LCD für die optische Vergrößerung, wie sie beispielsweise in hochauflösenden Brillen zum Einsatz kommt, konzipiert.

Holografische Anwendungen erfordern eine noch höhere Pixeldichte, da eine höhere Pixeldichte eine größere Bildgröße und einen breiteren Betrachtungswinkel ermöglicht. Räumliche Lichtmodulatoren können den Pixelabstand auf 2,5  μm reduzieren , was eine Pixeldichte von 10.160 PPI ergibt. ^{[ 8 ]}

Einige Beobachtungen deuten darauf hin, dass das menschliche Auge ohne Hilfsmittel Details im Allgemeinen nicht über 300 PPI hinaus unterscheiden kann. ^{[ 9 ]} Dieser Wert hängt jedoch sowohl vom Abstand zwischen Betrachter und Bild als auch von der Sehschärfe des Betrachters ab . Das menschliche Auge reagiert zudem anders auf ein helles, gleichmäßig ausgeleuchtetes interaktives Display als auf gedruckte Bilder.

Displaytechnologien mit hoher Pixeldichte würden Supersampling-Antialiasing überflüssig machen, echte WYSIWYG- Grafiken ermöglichen und potenziell ein papierloses Büro einläuten . ^{[ 10 ]} Zum Vergleich: Ein solches Gerät mit einer Bildschirmdiagonale von 15 Zoll (38 cm) müsste mehr als vier Full-HD- Bildschirme (oder WQUXGA -Auflösung) darstellen .

Die PPI-Pixeldichteangabe eines Displays ist auch für die Kalibrierung eines Monitors mit einem Drucker nützlich. Software kann die PPI-Messung verwenden, um ein Dokument in Originalgröße auf dem Bildschirm anzuzeigen.

Die Pixeldichte (PPI) lässt sich aus der Bildschirmdiagonale in Zoll und der Auflösung in Pixeln (Breite und Höhe) berechnen. Dies kann in zwei Schritten erfolgen:

1. Berechnen Sie die diagonale Auflösung in Pixeln mithilfe des Satzes des Pythagoras :${\displaystyle d_{p}={\sqrt {w_{p}^{2}+h_{p}^{2}}}}$
2. Berechnen Sie den PPI :${\displaystyle PPI={\frac {d_{p}}{d_{i}}}}$

Wo

1. ${\displaystyle w_{p}}$ist die Breitenauflösung in Pixeln
2. ${\displaystyle h_{p}}$ist die Höhenauflösung in Pixeln
3. ${\displaystyle d_{p}}$ist die Diagonale in Pixeln.
4. ${\displaystyle d_{i}}$Die Diagonale wird in Zoll angegeben (dies ist die Zahl, die als Größe des Displays beworben wird).

Zum Beispiel:

1. Bei einem 15,6-Zoll-Bildschirm mit einer Auflösung von 5120×2880 ergibt sich eine Pixeldichte von 376,57 PPI.${\displaystyle {\frac {\sqrt {5120^{2}+2880^{2}}}{15,6}}}$
2. Bei einem 50-Zoll-Bildschirm mit einer Auflösung von 8192×4608 ergibt sich eine Pixeldichte von 188 PPI.${\displaystyle {\frac {\sqrt {8192^{2}+4608^{2}}}{50}}}$
3. Bei einem 27-Zoll-Bildschirm mit einer Auflösung von 3840×2160 ergibt sich eine Pixeldichte von 163 PPI.${\displaystyle {\frac {\sqrt {3840^{2}+2160^{2}}}{27}}}$
4. Bei einem 32-Zoll-Bildschirm mit einer Auflösung von 3840×2160 ergibt sich eine Pixeldichte von 138 PPI.${\displaystyle {\frac {\sqrt {3840^{2}+2160^{2}}}{32}}}$
5. Bei einem altmodischen 10,1-Zoll- Netbook- Bildschirm mit einer Auflösung von 1024×600 erhält man = 117,5 PPI.${\displaystyle {\frac {\sqrt {1024^{2}+600^{2}}}{10.1}}}$
6. Bei einem 27-Zoll-Bildschirm mit einer Auflösung von 2560×1440 ergibt sich eine Pixeldichte von 108,8 PPI.${\displaystyle {\frac {\sqrt {2560^{2}+1440^{2}}}{27}}}$
7. Bei einem 21,5-Zoll-Bildschirm (546,1 mm) mit einer Auflösung von 1920×1080 ergibt sich eine Pixeldichte von 102,46 PPI.${\displaystyle {\frac {\sqrt {1920^{2}+1080^{2}}}{21.5}}}$

Diese Berechnungen sind möglicherweise nicht sehr präzise. Häufig weichen die tatsächlichen Abmessungen der sichtbaren Fläche von Bildschirmen ab, die als „X-Zoll-Bildschirm“ beworben werden, zum Beispiel:

• Apple Inc. bewarb seinen iMac Mitte 2011 mit einem „21,5 Zoll (sichtbaren) […] Display“ ^{[ 11 ]} , die tatsächliche sichtbare Fläche beträgt jedoch 545,22 mm² bzw. 21,465 Zoll ^{[ 12 ]} . Durch den präziseren Wert erhöht sich die berechnete Pixeldichte (PPI) von 102,46 (basierend auf 21,5 Zoll) auf 102,63.
• Der HP LP2065 20-Zoll-Monitor (50,8 cm) hat eine tatsächliche sichtbare Fläche von 20,1 Zoll (51 cm). ^{[ 13 ]}
• In einem bedeutenderen Fall werden einige Monitore, wie beispielsweise der Dell UltraSharp UP3216Q (3840×2160 px), als 32-Zoll-Monitor der „Klasse“ (137,68 PPI) beworben, die tatsächliche Diagonale des sichtbaren Bereichs beträgt jedoch 31,5 Zoll, wodurch sich die tatsächliche PPI auf 139,87 beläuft. ^{[ 14 ]}

Kamerahersteller geben die Bildschirmauflösung oft in „Punkten“ an. Dies entspricht nicht der Pixelanzahl, da ein Pixel aus drei „Punkten“ besteht – rot, grün und blau. Beispielsweise wird die Canon 50D mit 920.000 Punkten angegeben. ^{[ 15 ]} Dies entspricht 307.200 Pixeln (×3 = 921.600 Punkte). Der Bildschirm hat somit eine Auflösung von 640 × 480 Pixeln. ^{[ 16 ]}

Dies muss bei der Berechnung des PPI berücksichtigt werden. Die Begriffe „Punkte“ und „Pixel“ werden in Testberichten und technischen Daten, insbesondere bei Informationen über Digitalkameras, oft verwechselt.

„PPI“ oder „Pixeldichte“ kann auch die Auflösung von Bildscannern beschreiben . In diesem Zusammenhang ist PPI gleichbedeutend mit „ Samples per Inch“ (Samples pro Zoll) . In der digitalen Fotografie bezeichnet die Pixeldichte die Anzahl der Pixel geteilt durch die Sensorfläche. Eine typische DSLR (ca. 2013) hatte 1–6,2 MP/cm² ^, eine typische Kompaktkamera 20–70 MP/ ^cm² .

Die Sony Alpha SLT-A58 beispielsweise verfügt über 20,1 Megapixel auf einem APS-C-Sensor mit 6,2 MP/cm², ^während eine Kompaktkamera wie die Sony Cyber-shot DSC-HX50V 20,4 Megapixel auf einem 1/2,3"-Sensor mit 70 MP/cm² bietet ^. Die professionelle Kamera hat eine geringere Pixeldichte (PPI) als eine Kompaktkamera, da sie aufgrund ihrer deutlich größeren Sensoren größere Fotodioden besitzt.

Smartphones verwenden zwar kleine Displays, moderne Smartphone-Displays weisen jedoch eine höhere Pixeldichte (PPI) auf. Beispiele hierfür sind das Samsung Galaxy S7 mit einem Quad-HD-Display (577 PPI), das Fujitsu F-02G mit einem Quad-HD-Display (564 PPI) ^{[ 17 ]} , das LG G6 mit einem Quad-HD-Display (564 PPI bzw. XHDPI) oder das Oppo Find 7 mit 534 PPI auf einem 5,5-Zoll-Display (XXHDPI) (siehe unten) ^{[ 18 ]} . Das Sony Xperia XZ Premium verfügt über ein 4K- Display mit einer Pixeldichte von 807 PPI und bot damit 2017 die höchste Pixeldichte aller Smartphones ^{[ 19 ].}

Android unterstützt die folgenden logischen DPI-Werte zur Steuerung der Darstellungsgröße von Inhalten: ^{[ 20 ]}

In der digitalen Verlagsbranche wird primär Pixel pro Zoll verwendet, gelegentlich aber auch Pixel pro Zentimeter, oder es wird ein Umrechnungsfaktor angegeben. ^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]}

Das PNG -Bilddateiformat erlaubt als Einheit für die Pixeldichte nur das Meter. ^{[ 24 ]}

Die folgende Tabelle zeigt, wie gängige Bilddateiformate die Pixeldichte unterstützen. Die verwendeten Zellenfarben geben nicht den Funktionsumfang eines bestimmten Bilddateiformats an, sondern die zu erwartende Pixeldichteunterstützung.

Obwohl Bildbearbeitungsprogramme die Dichte für einige Bilddateiformate optional festlegen können, nutzen nur wenige andere Programme Dichteinformationen bei der Bilddarstellung. Webbrowser beispielsweise ignorieren jegliche Dichteinformationen. Wie die Tabelle zeigt, ist die Unterstützung von Dichteinformationen in Bilddateiformaten sehr unterschiedlich und sollte daher nur mit großer Sorgfalt und in einem kontrollierten Kontext eingesetzt werden.

• DPI-Standards für Computermonitore – die Ursprünge von 96 DPI/PPI als Microsoft/Windows-Standard und 72 DPI/PPI als (ehemaliger) Apple/Macintosh-Standard
• Unabhängigkeit der Resolution
• Retina-Display
• 1:1 Pixelzuordnung
• PenTile