كثافة البكسل

تُعدّ وحدات البكسل لكل بوصة ( ppi ) ووحدات البكسل لكل سنتيمتر ( ppcm أو pixels/cm ) مقياسين لكثافة البكسل في أجهزة عرض الصور الإلكترونية، مثل شاشات الكمبيوتر أو أجهزة التلفاز ، أو أجهزة تحويل الصور إلى صيغة رقمية مثل الكاميرات أو الماسحات الضوئية . عادةً ما تكون الكثافة الأفقية والرأسية متطابقة، لأن معظم الأجهزة تحتوي على بكسلات مربعة ، لكنها تختلف في الأجهزة التي تحتوي على بكسلات غير مربعة. تختلف كثافة البكسل عن الدقة ؛ فبينما تصف الأولى كمية التفاصيل على سطح أو جهاز مادي، تصف الثانية كمية معلومات البكسل بغض النظر عن حجمها. بمعنى آخر، ليس للبكسل حجم أو وحدة قياس ثابتة (فهو في الواقع عينة)، ولكن عند طباعته أو عرضه أو مسحه ضوئيًا، يصبح للبكسل حجم مادي (بعد) وكثافة بكسل (ppi). ^{[ 1 ]}

بما أن معظم الأجهزة الرقمية تستخدم النقاط أو البكسلات، فإن حجم الوسائط (بالبوصة) وعدد البكسلات (أو النقاط) يرتبطان ارتباطًا مباشرًا بعدد البكسلات في البوصة. تعطي الصيغة التالية عدد البكسلات، أفقيًا أو رأسيًا، بمعلومية الحجم الفعلي للتنسيق وعدد البكسلات في البوصة للإخراج:

$عدد البكسلات = الحجم بالبوصة * كثافة البكسل لكل بوصة$

يصف عدد البكسلات في البوصة (أو عدد البكسلات في السنتيمتر) دقة تفاصيل ملف الصورة عندما يكون حجم الطباعة معروفًا. على سبيل المثال، صورة بحجم 100 × 100 بكسل مطبوعة في مربع طول ضلعه بوصتان، تكون دقتها 50 بكسلًا في البوصة. عند استخدام هذه الطريقة، يكون القياس ذا دلالة عند طباعة الصورة. في العديد من التطبيقات، مثل Adobe Photoshop، يُصمّم البرنامج بحيث يُنشئ المستخدم صورًا جديدة بتحديد جهاز إخراج الرسومات وعدد البكسلات في البوصة. وبالتالي، غالبًا ما يتم تحديد حجم الطباعة المستهدف عند إنشاء الصورة.

عند نقل الصور بين الأجهزة، كطباعة صورة تم إنشاؤها على شاشة، من المهم فهم كثافة البكسل في كلا الجهازين. لنفترض شاشة عالية الدقة مقاس 23 بوصة (عرضها 20 بوصة)، بدقة عرض أصلية معروفة تبلغ 1920 بكسل (أفقيًا). لنفترض أن فنانًا أنشأ صورة جديدة بهذه الدقة، ربما لعرضها على الإنترنت دون مراعاة الطباعة. بإعادة كتابة الصيغة أعلاه، يمكننا معرفة كثافة البكسل (PPI) للصورة على شاشة العرض.

${\displaystyle {\text{PPI (الشاشة)}}={\frac {\text{عدد البكسلات}}{\text{الحجم بالبوصة}}}={\frac {1920}{20}}=96{\text{ ppi}}}$

لنفترض الآن أن الفنان يرغب في طباعة لافتة أكبر حجماً، 48 بوصة أفقياً. نعلم عدد البكسلات في الصورة وحجم الناتج، ومن ثم يمكننا استخدام الصيغة نفسها مرة أخرى لحساب كثافة البكسل لكل بوصة (PPI) للملصق المطبوع.

${\displaystyle {\text{PPI (poster)}}={\frac {\text{عدد البكسلات}}{\text{الحجم بالبوصة}}}={\frac {1920}{48}}=40{\text{ ppi}}}$

هذا يُشير إلى أن دقة الصورة النهائية ستكون 40 بكسل فقط في البوصة. وبما أن الطابعة قادرة على الطباعة بدقة 300  بكسل في البوصة، فإن دقة الصورة الأصلية أقل بكثير من المطلوب لإنتاج صورة بجودة مقبولة، حتى وإن بدت جيدة على شاشة موقع إلكتروني. بعبارة أخرى،  صورة بدقة 1920 × 1080 بكسل لا تحتوي على عدد كافٍ من البكسلات للطباعة بحجم كبير .

تُطبع الصور على الورق بتقنيات مختلفة. كانت الصحف والمجلات تُطبع تقليديًا باستخدام شاشة نصفية ^{[ 2 ]} ، حيث تُطبع النقاط بتردد محدد، وهو تردد الشاشة، بوحدة خطوط في البوصة (LPI)، وذلك باستخدام عملية تناظرية بحتة تُحوّل فيها الصورة الفوتوغرافية إلى نقاط متغيرة الحجم عبر أنماط التداخل التي تمر عبر الشاشة. أما طابعات نفث الحبر الحديثة، فتستطيع طباعة نقاط مجهرية في أي مكان، ولا تتطلب شبكة شاشة، بوحدة نقاط في البوصة (DPI). يختلف هذان المقياسان عن كثافة البكسل أو البكسلات في البوصة (PPI)، لأن البكسل عبارة عن عينة واحدة من أي لون، بينما لا تستطيع طابعة نفث الحبر طباعة سوى نقطة بلون محدد، إما مُفعّلة أو مُعطّلة. لذا، تُحوّل الطابعة البكسلات إلى سلسلة من النقاط باستخدام عملية تُسمى التمويه . كما يُحدد نوع الورق الذي تُطبع عليه الصورة تباعد النقاط ، أي أصغر حجم لكل نقطة. يسمح سطح الورق الماص، كالورق المعاد تدويره غير المطلي على سبيل المثال، بانتشار قطرات الحبر، وبالتالي تكون المسافة بين النقاط أكبر. ^{[ 3 ]}

كثيرًا ما يرغب المرء في معرفة جودة الصورة بالبكسل لكل بوصة (PPI) المناسبة لجهاز إخراج معين. إذا كانت القيمة المختارة منخفضة جدًا، فستكون الجودة أقل من إمكانيات الجهاز - أي فقدان الجودة - وإذا كانت القيمة المختارة عالية جدًا، فسيتم تخزين البكسلات بلا داعٍ - أي إهدار مساحة القرص. تعتمد كثافة البكسل المثالية (PPI) على تنسيق الإخراج، وجهاز الإخراج، والاستخدام المقصود، والاختيار الفني. بالنسبة لطابعات نفث الحبر التي تُقاس بوحدة DPI، يُنصح عمومًا باستخدام نصف قيمة DPI أو أقل لتحديد PPI. على سبيل المثال،  يمكن إنشاء صورة مُخصصة لطابعة قادرة على 600 DPI بكثافة 300  PPI. عند استخدام تقنيات أخرى مثل الطباعة بالشاشة AM أو FM ، غالبًا ما توجد جداول طباعة منشورة تُشير إلى كثافة البكسل المثالية لطريقة الطباعة. ^{[ 4 ]}

يظل استخدام دقة الطباعة (DPI أو LPI) مفيدًا لتحديد كثافة البكسل (PPI) حتى الوصول إلى أحجام أكبر، مثل 36 بوصة أو أكبر، حيث يصبح عامل حدة البصر أكثر أهمية. إذا كان بالإمكان رؤية الطباعة عن قرب، فيمكن اختيار حدود دقة الطابعة. أما إذا كان سيتم عرض ملصق أو لافتة أو لوحة إعلانية من مسافة بعيدة، فيمكن استخدام دقة بكسل أقل بكثير.

ترتبط كثافة البكسل (PPI/PPCM) لشاشة الكمبيوتر بحجم الشاشة بالبوصة / السنتيمتر وعدد البكسلات الإجمالي في الاتجاهين الأفقي والرأسي. يُشار إلى هذا القياس غالبًا باسم "النقاط في البوصة" ، مع أن هذا القياس يُشير بدقة أكبر إلى دقة طابعة الكمبيوتر .

 على سبيل المثال، شاشة عرض مقاس 15 بوصة (38 سم) بأبعاد 12  بوصة (30.48  سم) عرضًا و9  بوصات (22.86  سم) ارتفاعًا، قادرة على عرض دقة قصوى تبلغ 1024 × 768 بكسل (أو XGA )، يمكنها عرض كثافة بكسل تبلغ حوالي 85  بكسل لكل بوصة (PPI)، أو 33.46  بكسل لكل سنتيمتر (PPCM)، في الاتجاهين الأفقي والرأسي. يتم تحديد هذه القيمة بقسمة عرض (أو ارتفاع) منطقة العرض بالبكسل على عرض (أو ارتفاع) منطقة العرض بالبوصة. من الممكن أن يكون لشاشة العرض قياسات PPI أفقية ورأسية مختلفة (على سبيل المثال،  شاشة CRT نموذجية بنسبة عرض إلى ارتفاع 4:3 تعرض شاشة كمبيوتر بدقة 1280 × 1024 بأقصى حجم، وهي  نسبة 5:4، وليست مطابقة تمامًا لنسبة 4:3). تعتمد كثافة البكسل الظاهرية للشاشة على دقة الشاشة (أي عدد البكسلات) وحجم الشاشة المستخدمة. الشاشة في وضع 800 × 600 لها كثافة بكسل أقل من نفس الشاشة في وضع 1024 × 768 أو 1280 × 960 .

تحدد المسافة بين النقاط في شاشة الكمبيوتر الحد الأقصى لكثافة البكسل الممكنة. تتراوح كثافة البكسل في شاشات الكمبيوتر التقليدية، سواءً كانت تعمل بتقنية أنبوب أشعة الكاثود أو شاشات الكريستال السائل (LCD) في عام 2000 تقريبًا ، بين 67 و130  بكسل لكل بوصة، على الرغم من أن شاشات سطح المكتب تجاوزت 200  بكسل لكل بوصة، كما تجاوزت كثافة البكسل في بعض الطرازات الرائدة من الهواتف الذكية 500  بكسل لكل بوصة منذ عام 2014.

في يناير 2008، أعلنت شركة كوبين عن شاشة LCD من نوع SVGA بحجم 0.44  بوصة (1.12  سم) وكثافة بكسل تبلغ 2272 بكسل لكل بوصة (أي أن حجم كل بكسل 11.25 ميكرومتر فقط). ^{[ 5 ] [ 6 ]} وفي عام 2011، أطلقت الشركة شاشة VGA ملونة بقطر 0.21 بوصة ودقة 3760 نقطة لكل بوصة. ^{[ 7 ]} وتؤكد الشركة المصنعة أنها صممت شاشة LCD بحيث يمكن تكبيرها بصريًا، كما هو الحال في أجهزة النظارات عالية الدقة.  

تتطلب تطبيقات التصوير المجسم كثافة بكسل أعلى، حيث تُنتج الكثافة الأعلى حجم صورة أكبر وزاوية رؤية أوسع. يمكن لمعدِّلات الضوء المكانية تقليل مسافة البكسل إلى 2.5 ميكرومتر ، مما يُعطي كثافة بكسل تبلغ 10160 بكسل لكل بوصة. ^{[ 8 ]}  

تشير بعض الملاحظات إلى أن الإنسان، دون مساعدة، لا يستطيع عمومًا تمييز التفاصيل التي تتجاوز 300 نقطة في البوصة. ^{[ 9 ]} ومع ذلك، يعتمد هذا الرقم على كلٍّ من المسافة بين المشاهد والصورة، وحدة بصر المشاهد . كما أن استجابة العين البشرية لشاشة تفاعلية ساطعة ومضاءة بشكل متساوٍ تختلف عن استجابتها للمطبوعات الورقية.

ستجعل تقنيات العرض ذات الكثافة البكسلية العالية تقنية منع التعرجات الفائقة قديمة، وستُمكّن من عرض رسومات WYSIWYG حقيقية ، وربما تُمهّد لعصر عملي من " المكاتب الرقمية ". ^{[ 10 ]} وللتوضيح، فإن جهازًا كهذا بشاشة مقاس  15 بوصة (38  سم) سيحتاج إلى عرض أكثر من أربع شاشات Full HD (أو بدقة WQUXGA ).

تُعدّ مواصفات كثافة البكسل (PPI) للشاشة مفيدةً أيضاً لمعايرة الشاشة مع الطابعة. ويمكن للبرامج استخدام قياس كثافة البكسل لعرض المستند بحجمه الحقيقي على الشاشة.

حساب مؤشر ضغط الشاشة

يمكن حساب كثافة البكسل لكل بوصة (PPI) من حجم قطر الشاشة بالبوصة ودقتها بالبكسل (العرض والارتفاع). ويمكن القيام بذلك على خطوتين:

1. احسب دقة القطر بالبكسل باستخدام نظرية فيثاغورس :${\displaystyle d_{p}={\sqrt {w_{p}^{2}+h_{p}^{2}}}}$
2. احسب مؤشر أداء المنتجين :${\displaystyle PPI={\frac {d_{p}}{d_{i}}}}$

أين

1. ${\displaystyle w_{p}}$دقة العرض بالبكسل
2. ${\displaystyle h_{p}}$دقة الارتفاع بالبكسل
3. ${\displaystyle d_{p}}$حجم القطر بالبكسل.
4. ${\displaystyle d_{i}}$حجم القطر بالبوصة (هذا هو الرقم المعلن عنه كحجم للشاشة).

على سبيل المثال:

1. ستحصل على شاشة بحجم 15.6 بوصة بدقة 5120 × 2880${\displaystyle {\frac {\sqrt {5120^{2}+2880^{2}}}{15.6}}}$= 376.57 نقطة لكل بوصة.
2. بالنسبة لشاشة بحجم 50 بوصة بدقة 8192 × 4608، ستحصل على${\displaystyle {\frac {\sqrt {8192^{2}+4608^{2}}}{50}}}$= 188 نقطة في البوصة.
3. ستحصل على شاشة بحجم 27 بوصة بدقة 3840 × 2160${\displaystyle {\frac {\sqrt {3840^{2}+2160^{2}}}{27}}}$= 163 نقطة في البوصة.
4. ستحصل على شاشة بحجم 32 بوصة بدقة 3840 × 2160${\displaystyle {\frac {\sqrt {3840^{2}+2160^{2}}}{32}}}$= 138 بيكو ثانية.
5. ستحصل على شاشة كمبيوتر محمول قديم الطراز بحجم 10.1 بوصة ودقة 1024 × 600${\displaystyle {\frac {\sqrt {1024^{2}+600^{2}}}{10.1}}}$= 117.5 بنس لكل بوصة.
6. ستحصل على شاشة بحجم 27 بوصة بدقة 2560 × 1440${\displaystyle {\frac {\sqrt {2560^{2}+1440^{2}}}{27}}}$= 108.8 PPI.
7. ستحصل على شاشة بحجم 21.5 بوصة (546.1  مم) بدقة 1920 × 1080${\displaystyle {\frac {\sqrt {1920^{2}+1080^{2}}}{21.5}}}$= 102.46 نقطة في البوصة؛

قد لا تكون هذه الحسابات دقيقة للغاية. في كثير من الأحيان، قد تختلف الأبعاد الفعلية للشاشات التي يتم الإعلان عنها بأنها "شاشة بحجم X بوصة" من حيث مساحة العرض، على سبيل المثال:

• روّجت شركة آبل لجهاز iMac الذي أطلقته منتصف عام 2011 بشاشة عرض "21.5  بوصة (قابلة للعرض) [...]"، ^{[ 11 ]} لكن مساحة العرض الفعلية تبلغ 545.22  ملم أو 21.465 بوصة. ^{[ 12 ]} ويؤدي هذا الرقم الأكثر دقة إلى زيادة كثافة البكسل المحسوبة من 102.46 (باستخدام 21.5) إلى 102.63.
• تبلغ مساحة العرض الفعلية لشاشة HP LP2065 مقاس 20 بوصة (50.8 سم) 20.1 بوصة ( 51  سم ) . ^{[ 13 ]}   
• في حالة أكثر أهمية، يتم الإعلان عن بعض الشاشات مثل Dell UltraSharp UP3216Q ( 3840 × 2160 بكسل) على أنها شاشة "فئة" 32 بوصة (137.68 بكسل لكل بوصة)، ولكن قطر منطقة العرض الفعلية هو 31.5 بوصة، مما يجعل كثافة البكسل الحقيقية 139.87 بكسل لكل بوصة. ^{[ 14 ]}

قد يُستخدم مصطلح "كثافة البكسل" (PPI) لوصف دقة الماسح الضوئي للصور . في هذا السياق، تُعدّ كثافة البكسل مرادفةً لعدد البكسلات في البوصة . في التصوير الرقمي، تُحسب كثافة البكسل بقسمة عدد البكسلات على مساحة المستشعر. تتميز الكاميرات الرقمية ذات العدسة الأحادية العاكسة (DSLR) النموذجية ، التي صُنعت حوالي عام 2013، بكثافة بكسل تتراوح بين 1 و6.2 ميجابكسل/سم² ^، بينما تتميز الكاميرات المدمجة النموذجية بكثافة بكسل تتراوح بين 20 و70  ميجابكسل/ ^سم² .

على سبيل المثال، تتميز كاميرا سوني ألفا SLT-A58 بدقة 20.1  ميجابكسل على مستشعر APS-C بكثافة 6.2  ميجابكسل/سم² ^، بينما تتميز كاميرا سوني سايبر شوت DSC-HX50V المدمجة بدقة 20.4  ميجابكسل على مستشعر 1/2.3 بوصة بكثافة 70  ميجابكسل/سم² ^. ويعود انخفاض كثافة البكسل في الكاميرا الاحترافية مقارنةً بالكاميرا المدمجة إلى احتوائها على ثنائيات ضوئية أكبر نتيجةً لحجم مستشعراتها الأكبر.

تستخدم الهواتف الذكية شاشات صغيرة، لكن شاشات الهواتف الذكية الحديثة تتميز بكثافة بكسل أعلى، مثل سامسونج جالاكسي إس 7 بشاشة رباعية الوضوح بدقة 577 بكسل لكل بوصة، وفوجيتسو إف-02 جي بشاشة رباعية الوضوح بدقة 564 بكسل لكل بوصة، ^{[ 17 ]} وإل جي جي 6 بشاشة رباعية الوضوح بدقة 564 بكسل لكل بوصة (XHDPI)، أو أوبو فايند 7 بشاشة 5.5 بوصة بدقة 534 بكسل لكل بوصة (XXHDPI) (انظر القسم أدناه). ^{[ 18 ]} أما سوني إكسبيريا إكس زد بريميوم، فيحتوي على شاشة بدقة 4K بكثافة بكسل تبلغ 807 بكسل لكل بوصة، وهي الأعلى بين جميع الهواتف الذكية حتى عام 2017. ^{[ 19 ]}

تستخدم صناعة النشر الرقمي في المقام الأول وحدات البكسل لكل بوصة، ولكن في بعض الأحيان تُستخدم وحدات البكسل لكل سنتيمتر، أو يُعطى عامل تحويل. ^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]}

لا يسمح تنسيق ملف صورة PNG إلا بالمتر كوحدة لقياس كثافة البكسل. ^{[ 24 ]}

يوضح الجدول التالي كيفية دعم كثافة البكسل بواسطة تنسيقات ملفات الصور الشائعة. لا تشير ألوان الخلايا المستخدمة إلى مدى ثراء تنسيق ملف صورة معين بالميزات، بل إلى كثافة البكسل التي يمكن توقعها من هذا التنسيق.

على الرغم من أن برامج معالجة الصور تتيح ضبط كثافة بعض تنسيقات ملفات الصور، إلا أن قلة من البرامج الأخرى تستخدم معلومات الكثافة عند عرض الصور. فمتصفحات الويب، على سبيل المثال، تتجاهل أي معلومات عن الكثافة. وكما يوضح الجدول، يتباين دعم معلومات الكثافة في تنسيقات ملفات الصور بشكل كبير، لذا ينبغي استخدامها بحذر شديد وفي سياق مُحكم.

• معايير DPI لشاشات الكمبيوتر – أصول معيار 96 DPI/PPI كمعيار مايكروسوفت/ويندوز ومعيار 72 DPI/PPI كمعيار (سابق) أبل/ماكنتوش
• استقلال القرار
• شاشة ريتينا
• رسم الخرائط البكسلية بنسبة 1:1
• بنتييل