Was ist ein Pixel?
Veröffentlicht: 2022-08-18
In unserem Zeitalter der digitalen Medien nehmen wir den bescheidenen Pixel oft als selbstverständlich hin. Aber was genau ist ein Pixel und wie wurde es zu einem so wichtigen Teil unseres Lebens? Wir erklären es.
Ein Pixel ist ein Bildelement
Wenn Sie einen Computer, ein Smartphone oder ein Tablet verwendet haben, haben Sie ein Pixel gesehen – oder Millionen davon. Die Chancen stehen sehr gut, dass Sie diesen Satz gerade jetzt dank Pixel lesen. Sie bilden die Wörter und Bilder auf dem Bildschirm Ihres Geräts.
Das Wort „Pixel“ entstand als Abkürzung des Begriffs „Picture Element“, der in den 1960er Jahren von Computerforschern geprägt wurde. Ein Pixel ist die kleinstmögliche Komponente eines elektronischen oder digitalen Bildes, unabhängig von der Auflösung. In modernen Computern sind sie normalerweise quadratisch – aber nicht immer, abhängig vom Seitenverhältnis des Anzeigegeräts.
Die Erfindung des Pixels geht normalerweise auf Russell Kirsch zurück, der 1957 digitale Scantechniken erfand. Bei der Entwicklung seines Scanners entschied sich Kirsch dafür, helle und dunkle Bereiche in einem Foto in ein Raster aus schwarzen und weißen Quadraten zu übersetzen. Technisch gesehen hätten Kirschs Pixel jede Form haben können, aber quadratische Punkte in einem zweidimensionalen Gitter waren damals die billigste und einfachste technische Lösung. Nachfolgende Pioniere der Computergrafik bauten auf Kirschs Arbeit auf, und die Konvention blieb.
Seitdem haben einige Grafikpioniere wie Alvy Ray Smith Wert darauf gelegt, die Idee auszudrücken, dass ein Pixel eigentlich kein Quadrat ist – es ist aus konzeptioneller und mathematischer Sicht abstrakter und fließender als das. Und er hat recht. Aber für die meisten Menschen in den meisten modernen Anwendungen ist ein Pixel im Grunde ein farbiges digitales Quadrat, das verwendet wird, um ein größeres Bild zu erstellen, ähnlich einer Kachel in einem Mosaik oder einem Stich in einer Nadelspitze.
In den Jahrzehnten seit den 1960er Jahren sind Pixel zu Dreh- und Angelpunkten der digitalen Domäne geworden und rendern die visuellen Elemente von Textverarbeitungsprogrammen, Websites, Videospielen, hochauflösendem Fernsehen, sozialen Medien, VR und vielem mehr. Mit unserer derzeitigen Abhängigkeit von computergestützter Technologie ist es schwer, sich ein Leben ohne sie vorzustellen. Pixel sind für die Computergrafik so grundlegend wie Atome für die Materie.
Raster vs. Vektorgrafiken
Pixel waren nicht immer die einzige Möglichkeit, digitale Kunst zu machen. Einige Computergrafikpioniere der 1960er Jahre wie Ivan Sutherland arbeiteten weitgehend mit kalligrafischen Displays (heute oft als „Vektordisplays“ bezeichnet), die Computergrafiken als mathematische Linien auf einem analogen Bildschirm anstelle von diskreten Punkten in einem Raster wie einer Bitmap darstellten. Um ihn aktenkundig zu machen, haben wir Sutherland nach der Bedeutung des Pixels gefragt.
„Ein Pixel ist ein Bildelement“, sagt Sutherland, der heute 84 Jahre alt ist und einer der Erfinder der digitalen Kunst und VR war. „Du kannst damit alles bedeuten, was du willst. Bei einer von einem digitalen Speicher angesteuerten Rasteranzeige ist dies der Inhalt einer Speicherzelle. Bei einer kalligraphischen Anzeige bedeutet dies normalerweise die Auflösung der verwendeten D/A-Wandler.“
Heutzutage verwendet fast jeder Bitmap-Grafiken mit Pixeln auf einem Gitter, aber Vektorgrafiken wie die Art, für die Sutherland Pionierarbeit geleistet hat, leben mathematisch in Dateiformaten wie SVG weiter, die digitale Kunstwerke als mathematische Linien und Kurven erhalten, die auf jede Größe skaliert werden können. Um Vektorgrafiken auf einem Bitmap-Bildschirm anzuzeigen, müssen die mathematischen Formeln irgendwann in diskrete Pixel umgewandelt werden. Je höher die Pixeldichte und je größer die Anzeige, desto glatter sehen die Linien aus, wenn Sie sie als Pixel auf einem Gitter darstellen.
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So messen Sie Pixel
Pixel sind flüssige Dinge. Sie können auf einer Seite oder auf einem Bildschirm beliebig groß sein, aber es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass Pixel allein fast bedeutungslos sind. Stattdessen gewinnen sie ihre Stärke in Zahlen. Stellen Sie sich ein einzelnes quadratisches Pixel vor, das allein sitzt, und Sie werden feststellen, dass Sie damit nicht viele Bilder zeichnen können.
Eine der wichtigsten Messungen von Pixeln ist also, wie viele davon in einem Bild vorhanden sind, was als „Auflösung“ bezeichnet wird. Je höher die Auflösung eines Pixelrasters ist, desto mehr Details eines Bildes können Sie darstellen oder „auflösen“, wenn eine Person es betrachtet.
Wenn ein digitales Bild nicht hoch genug ist, um die Details eines Bildes aufzulösen, das Sie aufnehmen möchten, können die Bilder „verpixelt“ oder „gezackt“ aussehen. Dies wird als Aliasing bezeichnet, ein Begriff aus der Informationstheorie, der bedeutet, dass Informationen aufgrund einer niedrigen Abtastrate verloren gehen (in diesem Fall ist jedes Pixel ein „Muster“ eines Bildes). Schauen Sie sich das Bild von Mario oben an. Bei dieser niedrigen Auflösung (Abtastrate) reicht die Auflösung nicht aus, um die Stoffstruktur von Marios Kleidung oder die Haarsträhnen von Mario darzustellen. Wenn Sie diese Merkmale darstellen wollten, würden bei dieser niedrigen Auflösung die Details verloren gehen. Das ist Aliasing.
Um die Auswirkungen von Aliasing zu reduzieren, haben Informatiker Techniken namens Anti-Aliasing erfunden, die den Aliasing-Effekt in einigen Fällen reduzieren können, indem sie die Farben benachbarter Pixel mischen, um die Illusion glatter Kurven, Übergänge und Linien zu erzeugen.
Das Speichern jedes Pixels nimmt Speicherplatz in Anspruch, und in den frühen Tagen der Videospiele, als Computerspeicher teuer war, konnten Spielkonsolen nicht sehr viele Pixel gleichzeitig speichern. Das ist es, was ältere Spiele pixeliger aussehen lässt als heute. Das gleiche Prinzip gilt für digitale Bilder und Videos auf Computern, wobei die Bildauflösung im Laufe der Zeit stetig zunimmt, da der Preis für Speicher (und der Preis für Videoverarbeitungschips) dramatisch sinkt.
Heute leben wir in einer digital gesteuerten Welt voller Pixel. Da Bitmap-Auflösungen bei Monitoren und Fernsehgeräten ständig zunehmen (8K, irgendjemand?), sieht es so aus, als würden wir noch viele Jahrzehnte lang Pixel verwenden. Sie sind wesentliche Bausteine unseres digitalen Zeitalters.