Pixel

Een pixel is een ‘picture element’, in het Nederlands ook wel beeldschermpunt genoemd. Een punt op het beeldscherm, een pixel dus, kan aan of uit worden geschakeld. Daarnaast kan een pixel een bepaalde kleur hebben. Een aantal pixels bij elkaar kan een beeld vormen. Dit kan een letter zijn, maar bijvoorbeeld ook een foto.

Een pixel op een beeldsensor

Een sensor in een digitale camera kan men vergelijken met een klein beeldscherm. Het bevat ook pixels, maar deze zijn er niet om een beeld te tonen, maar juist om een beeld te ‘ontleden’. Valt er licht op een pixel van een sensor, dan geeft de pixel een digitale waarde door. Eenvoudig gesteld: het geeft een getal door waarmee de lichtsterkte en de kleur wordt beschreven van het licht dat op de pixel valt.

Dynamisch bereik van een pixel

Als een pixel in staat is om een groot bereik en veel nuances in de lichtsterkte te kunnen meten, spreken we over een groot dynamisch bereik (dynamic range) van dit pixel. Het werkelijke bereik, van puur wit tot volledig zwart, kan nog door geen enkele pixel gemeten worden. Een pixel meet dus altijd waarden ergens vanaf niet echt wit en tot niet echt zwart. De stapjes die tussen de begin- en eindwaarde van het meetbereik van de pixel vallen, variëren. De ene pixel herkent veel meer stapjes dan de andere.

Een pixel die veel waarden herkent, kan veel genuanceerder het ontlede beeld doorgeven. Is een pixel daar minder goed toe in staat, dan geeft die een minder waarheidsgetrouw beeld door wat in uiting komt in de uiteindelijke opname.

De kleurendiepte van een pixel

Pixels op sensoren in camera’s kunnen ook kleuren onderscheiden. Ook hiervoor geldt dat als een pixel meer kleurgradaties kan onderscheiden, uiteindelijk een beter (realistischer) resultaat getoond kan worden. Pixels die dit goed kunnen, beschikken over een zogenaamde grote kleurendiepte (color depth).

Bits die tellen

De gevonden waarden voor de kleuren en de lichtsterkte worden vastgelegd in getallen. Je kunt meer getallen (en dus meer nuances) vastleggen met behulp van computers, indien je meer bits tot je beschikking hebt. Als een pixel alleen wit en zwart moet kunnen herkennen, zou 1 bit genoeg moeten zijn. Een bit kan immers 0 of 1 zijn, en dus uit of aan (zwart of wit). Om een zwart-wit foto vast te leggen, kom je hier echter niet ver mee. Er dienen dan immers ook grijswaarden vastgelegd te kunnen worden. Hiervoor zijn al snel 8 bits per pixel nodig. Met 8 bits kunnen de getallen van 0 tot en met 255 worden vastgelegd, en dit levert dus 256 verschillende grijstinten op.

Het moge duidelijk zijn dat je, als je kleuren vast wilt leggen, nog veel meer bits nodig hebt per pixel. Met 16 bits bijvoorbeeld, kan al een behoorlijk realistisch beeld worden vastgelegd. Dit wordt high color genoemd. Met 16 bits kunnen 65536 kleuren beschreven worden. Dat lijkt veel, maar het menselijke oog is gevoelig en kan zonder veel moeite enkele miljoenen kleurvariaties onderscheiden.

Om die reden wordt een meetbereik van 24 bits door veel apparatuur ondersteund. Dit levert namelijk 16.777.216 kleurvariaties op. Omdat van dit aantal kleuren wordt aangenomen dat het overeenkomt met wat het blote oog ongeveer kan waarnemen, wordt dit True Color genoemd. True color foto’s zijn in onze ogen dan ook veel realistischer dan high color foto’s.

Toch is men nog steeds bezig hogere waarden voor de kleurendiepte vast te kunnen leggen. Deep color, een nieuwe standaard in het meetbereik, maakt al gebruik van een 48 bits model en kan daarmee in principe meer dan een biljoen kleurgradaties beschrijven. Het voert hier te ver om diep in te gaan op deze technologie, maar een bereik ogenschijnlijk groter dan wat ogen kunnen zien, kan wel degelijk praktische toepassingen bieden.

Over hoe meer bits een pixel beschikt, hoe meer kleurendiepte hij kan registreren. Maar de kwaliteit van de pixel bestaat natuurlijk niet alleen uit het aantal bits. Als je veel getallen kunt gebruiken maar je kunt niet goed meten welk licht er op je valt, dan heb je daar immers nog niet zo veel aan.

Bestandsgrootte

Hoe meer data (bits) je per pixel moet opslaan, en hoe meer pixels je hebt, hoe groter het bestand wordt dat opgeslagen moet worden. Het duurt dan ook langer voordat een dergelijk bestand opgeslagen kan worden. Dit geldt vooral wanneer de ‘rauwe data’ (dus alles wat de pixels hebben gevonden) wordt bewaard. Hiervoor worden RAW bestanden aangemaakt.

Met compressie technieken is het mogelijk om deze bestanden kleiner te maken. Dit kleiner maken betekent meestal ook een verlies van data. Hoe hoger de compressiegraad, hoe meer data verloren zal gaan, maar ook hoe kleiner het bestand wordt.

Size matters!

De grootte van pixels varieert per type sensor. Maakt men gebruik van een relatief kleine sensor, zoals in pocket camera’s, en zijn veel pixels gewenst, dan moeten die pixels wel klein worden ‘gemonteerd’. Hoe kleiner de pixels zijn, hoe minder groot het dynamisch bereik en de kleurendiepte wordt.

Ontwikkelt men een grotere sensor met evenveel pixels er op, dan kunnen die pixels groter worden en daarmee in principe dus beter meten en registreren.

Consequenties

Pixels meten niet overal in hun bereik alles even goed. Kleine pixels meten sowieso ‘moeizamer’ en daarom moet men met dergelijke meetgegevens trucks uithalen om tot bruikbare waarden te komen. Dit is vooral te merken wanneer gewerkt moet worden in situaties waar maar weinig licht voor handen is. Zodra de ISO waarde omhoog gaat, vallen de kleine pixels door de mand: je ziet dan snel veel ruis ontstaan.

Omdat grotere pixels hier minder last van hebben, hebben camera’s met minder pixels of met grotere sensoren, vaak minder last van ruis in deze meer lichtarme situaties.