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Bildpunkt Definition & Begriffserklärung

BildpunktEin Bildpunkt, auch Pixel genannt, bezeichnet den Farbwert sowie für dessen Darstellung benötigten Flächenelement bei einem Bildschirm einer digitalen Grafik. Beim Begriff Pixel handelt es sich um eine Kombination englischer Wörter „pictures“ und „element“. Gebräuchlich ist auch die Abkürzung „px“.

Der Begriff „Bildpunkt“ wurde bereits im 19. Jahrhundert in der Optik verwendet. 1884 bezeichnete der Bildpunkt die Anzeigeeinheit eines elektronischen Teleskops von Paul Nipkow. Bereits 1911 war die Kombination „picture element“ in USA üblich. Seitdem die ersten Computer in den 50er und 60er Jahren des 20. Jahrhunderts die Anzeige, Bearbeitung und das Einscannen von Bildern ermöglicht haben, kamen die Fachbegriffe wie „spot“, „matrix element“ oder „resolution element“ zum Einsatz.

Die Bezeichnung „Pixel“ wurde 1965 von Fred C. Billingsleys in seinem Artikel über Digitalvideo erstmals erwähnt. Bildpunkte werden häufig als quadratisch oder rechteckig betrachtet, wobei es in der digitalen Signalverarbeitung um eine falsche Modellvorstellung handelt. In dem Sinne ist ein Bildpunkt nur ein Abtastwert, der keine anderen Formen von Punkten zulässt.

Das Erscheinungsbild einer vergrößerten Rastergrafik verdeutlicht die Tatsache, dass ein Pixel nicht über eine quadratische Form verfügt. Bei einem digitalen Audiosignal können die Abtastwerte auch nicht als konstant dargestellt werden, weil in der Vergrößerung dieses Signal treppenartig verläuft.

Bildpunkte in der Computergrafik

Die Bildinhalte in der Computergrafik liegen unter anderem als 3D-Szenenbeschreibung oder Vektorgrafik vor. Diese Bildinhalte werden abgetastet, damit sich die von der Bildbeschreibung definierte Signale in eine Rastergrafik umwandeln. Um zu bestimmen, wie die ursprünglichen Farben in die Farbe des Bildpunktes einfließen, wird ein Rekonstruktionsfilter verwendet. Die Bildpunkte als quadratisch zu betrachten wäre also nur dann möglich und sinnvoll, wenn ein Box-Filter statt einem Rekonstruktionsfilter eingesetzt wird. Die Farbkodierung im Pixel definiert sich über die Farbtiefe und den Farbraum.

Bei einem Binärbild handelt es sich um ein einfachstes Beispiel, wo ein Pixel den Wert Schwarz/Weiß speichert. Die Rastergrafiken enthalten neben Farbdaten auch einen Alphakanal mit Transparenzinformationen. Abhängig vom Grafikformat können auch andere beliebige Informationen bestimmten Formats gespeichert werden. Das von der Grafikkarte vorgegebene Format muss besonders bei der Bildschirmausgabe beachtet werden.

Weil die Bildauflösung sowie die Informationsgröße in einem Bildpunkt begrenzt sind, kann ein Bildpunkt die Wirklichkeit nur annähernd darstellen. Aufgrund der Begrenztheit kommt es zum Verlust der Bildinformationen und bei einigen Bildinhalten kann der Treppeneffekt oder Alias-Effekt beobachtet werden.

Um diesen Effekten entgegenzuwirken, bedient man sich in der Computergrafik unterschiedlicher Methoden unter der Bezeichnung „Antialiasing“. Das Antialiasing erfolgt beispielsweise durch die Kombination eines Tiefpasses mit einer Aperturkorrektur. Unscharfe Bilder entstehen beim Vergrößern, Drehen oder Verkleinern einer Rastergrafik. Die Pixel eines Bildschirms oder Bildsensors bestehen aus Flächen, die jeweils Grundfarbe Blau, Rot und Grün enthalten.

Zuständig für die Farbe eines Bildpunktes sind aneinander anliegende Subpixel, die eine feinere Struktur vorweisen und damit die horizontale Bildauflösung bei der Rasterung erhöhen, was auch als Subpixel-Rendering bezeichnet wird. Möglich sind dreiecksförmige, weiße oder abwechselnd angeordnete Subpixel.

Die Größe eines Bildpunktes ist vom Gerät abhängig. Bei einem Scanner oder einem Bildschirm lässt sich die Pixeldichte als dpi und ppi angeben. Die Pixeldichte bei modernen Computerbildschirmen liegt bei 100 ppi, was 0,3 mm pro Pixel entspricht. Fernseher haben meist niedrigere Pixeldichte, während Smartphones, Digitalkameras und Scanner den Wert um die 1000 ppi erreichen. Die maximale Anzahl der Pixel in Bildsensoren gibt man in Megapixel an. Der Begriff „Megapixel“ ist in der Digitalfotografie bei der Angabe der Bildauflösung gebräuchlich und steht für eine Million Pixel. Das Seitenverhältnis eines Bildpunktes darf unregelmäßig sein, wobei der Abstand und die Größe eines Pixels im Verhältnis zur Auflösung eines Bildes auf dem Bildschirm die Erkennbarkeit und Lesbarkeit von Grafiken und Texten beeinflussen.

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