Pixel

Pixel bedeutet Bildpunktoder Farbpunkt einer Rastergrafik. Ein Bildpunkt besteht in der Regel aus 3 Farbpunkten.

Pixel“ ist ein Kunstwort aus der Abkürzung der englischen Worte Picture (→ Pics → Pix) und Element. Es wird manchmal mit px abgekürzt.

Pixel der Rastergrafik

Vergrößerung einer Rastergrafik mit Pixelwiederholung

Die Pixel einer Rastergrafik sind regelmäßig angeordnete diskrete Punkte der Ebene im kartesischen Koordinatensystem, denen eine bestimmte Information zugeordnet ist. Diese Information enthält zumindest Werte, die eine bestimmte Farbe definieren.

Pixel sind weder rechteckig noch quadratisch; vielmehr haben Pixel keinerlei räumliche Ausdehnung. Der verbreitete Irrglaube, Pixel seien kleine Quadrate, rührt daher, dass solche bei der Vergrößerung von Rastergrafiken mit Pixelwiederholung entstehen. Andere Vergrößerungsmethoden interpolieren zwischen Nachbarpixeln und erzeugen keine mosaikhaften Strukturen.

Pixelwerte

Neben Farbinformationen können Rastergrafiken auch einen sogenannten Alphakanal enthalten, der Tranzparenzinformationen enthält. Die Speicherung beliebiger weiterer Informationen ist denkbar; das genaue Format ist vom verwendeten Grafikformat abhängig. Nur bei der Ausgabe auf dem Bildschirm muss ein bestimmtes Format beachtet werden, das vom Framebuffer der Grafikkarte vorgegeben ist.

Die im Pixel verwendete Kodierung der Farbe definiert sich unter anderem über den Farbraum und die Farbtiefe.

Probleme

Sowohl die Bildauflösung (und damit die örtliche Abtastrate) als auch die Größe der im Pixel gespeicherten Informationen (etwa die Farbtiefe) ist begrenzt, weshalb ein Pixel nur eine Annäherung der Wirklichkeit ist.

Die Begrenztheit der örtlichen Abtastrate führt dazu, dass Bildinformationen verloren gehen. Gemäß dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem kann es bei bestimmten Bildinhalten und zu geringer Abtastrate zu Alias-Effekten, unter anderem dem Treppcheneffekt („pixelige“ Darstellung), kommen. Diesem kann durch Antialiasing entgegengewirkt werden.

Das Verkleinern, Vergrößern oder Drehen einer Rastergrafik kann zu unscharfen oder fehlerhaft wirkenden Bildern führen.

Bildschirmpixel

Die physische Größe eines Bildschirmpixels hängt vom Ausgabegerät ab. Bei einem 15-Zoll-Bildschirm mit einer Auflösung von 1024×768 misst ein Pixel etwa 0,3 Millimeter. Die maximal mögliche Pixel-Auflösung eines Bildschirms wird in pixel per inch (ppi) angegeben. Das Seitenverhältnis (englisch pixel aspect ratio) eines Pixels auf dem Bildschirm muss nicht zwingend 1 sein. Das bedeutet, dass die Darstellung eines Pixels nicht immer quadratisch ist.


Pixel auf einem Röhren- und einem Flachbildschirm

Handelsübliche Röhrenbildschirmen haben eine festgelegte maximale Auflösung. Die Pixelgröße lässt sich aber problemlos durch Ändern der vom PC ausgegeben Auflösung variieren (Übersicht der gängigen Auflösungen); die drei Grundfarben (Rot, Grün und Blau) des Pixels sind dreiecksförmig angeordnet.

TFT-Flachbildschirme besitzen eine physikalisch definierte Pixelanzahl. Eine Änderung der Auflösung bei einem TFT-Display führt daher zu einer verschwommenen Darstellung, bei der ein Pixel des Framebuffers auf mehrere Bildschirmpixel aufgeteilt wird. Die drei für die Grundfarben des Pixels zuständigen Flächen sind rechteckig aneinander anliegend angeordnet; diese Flächen nennt man auch Subpixel. Außerdem sind bei manchen Flachbildschirmen sogenannte Pixelfehler möglich.

Die Anzahl der in Bildsensoren (etwa für Digitalkameras) maximal verwendbaren Pixel wird oft in Megapixel angegeben.

Literatur

James F. Blinn: What is a Pixel?, IEEE Computer Graphics and Applications Vol. 25, Nr. 5, S. 82-87, 2005
Alvy Ray Smith: A Pixel Is Not A Little Square, A Pixel Is Not A Little Square, A Pixel Is Not A Little Square! (And a Voxel is Not a Little Cube), Microsoft Technical Memo 6, 1995
(Anmerkung: Entgegen dem Titel des Dokuments können mit Voxeln auch „kleine Würfel“ gemeint sein.)