Pixel
Symbol: pxWorldwide
Was ist ein/eine Pixel (px)?
Formale Definition
Ein Pixel (Abkürzung: px) ist das kleinste adressierbare Element eines Rasterbildes oder eines Bildschirmes. In der digitalen Bildbearbeitung repräsentiert ein Pixel eine einzelne Probe eines Bildes — einen Farbpunkt, der durch Werte in einem Farbmodell definiert ist (typischerweise RGB für Bildschirme). Im Kontext von CSS (Cascading Style Sheets) und Webdesign wird ein CSS-Pixel als ungefähr 1/96 Zoll (0,2646 mm) in einem Betrachtungsabstand von 28 Zoll (71 cm) definiert, wodurch es eine Einheit für den Winkelmaßstab und nicht eine feste physische Größe darstellt.
Das Wort "Pixel" ist ein Kofferwort aus "picture element." Auf einem Display ist jedes Pixel ein physisches Element (oder eine Gruppe von Sub-Pixeln), das Licht in einer bestimmten Farbe und Intensität emittieren oder übertragen kann. Die Gesamtzahl der Pixel bestimmt die Auflösung des Displays — zum Beispiel hat ein 1920 × 1080 Display 2.073.600 Pixel, die in einem Raster von 1.920 Spalten und 1.080 Reihen angeordnet sind.
CSS-Pixel vs. Geräte-Pixel
In der modernen Webentwicklung ist die Unterscheidung zwischen CSS-Pixeln und Geräte-Pixeln entscheidend. Ein CSS-Pixel (auch als Referenzpixel bezeichnet) hat eine feste Winkelgröße und entspricht ungefähr 1/96 Zoll auf einem Standarddisplay. Ein Geräte-Pixel ist das tatsächliche physische Pixel auf der Bildschirmhardware. Hoch-DPI (dots per inch) Displays — wie die Retina-Displays von Apple — verwenden mehrere Geräte-Pixel, um ein einzelnes CSS-Pixel darzustellen, was schärfere Bilder erzeugt. Das Verhältnis zwischen Geräte-Pixeln und CSS-Pixeln wird als Geräte-Pixel-Verhältnis (DPR) bezeichnet: Ein DPR von 2 bedeutet, dass jedes CSS-Pixel durch ein 2 × 2 Raster von Geräte-Pixeln dargestellt wird.
Etymology
Ursprung des Wortes
Das Wort "Pixel" wurde erstmals 1965 von Frederic Billingsley vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in einem technischen Bericht über digitale Bildbearbeitung von Raumsonden veröffentlicht. Billingsley erklärte später, dass er das Wort von Ingenieuren der Lockheed Corporation und der Link Division von General Precision entlehnt hatte, die es bereits informell verwendeten. Der Begriff ist eine Kombination aus "picture" (oder "pix," eine informelle Abkürzung, die seit den 1930er Jahren in der Unterhaltungsindustrie verwendet wird) und "element."
Evolution des Konzepts
Bevor "Pixel" zum Standard wurde, wurden verschiedene Begriffe für das Konzept verwendet: "picture element" (häufig in der Fernsehtechnik der 1920er Jahre), "pel" (von IBM verwendet und immer noch gelegentlich in Displayspezifikationen anzutreffen) und "dot" (informell verwendet). Die Abkürzung "px" wurde mit der Veröffentlichung der CSS 1.0-Spezifikation im Jahr 1996 zum Standard und ist seitdem das am weitesten verbreitete Einheitensymbol im Webdesign und in der digitalen Typografie geworden.
Geschichte
Fernsehen und frühe Bildgebung
Das Konzept des Pixels existiert seit mehreren Jahrzehnten vor dem Wort. Fernsehtechniker in den 1920er und 1930er Jahren diskutierten Bilder in Bezug auf "picture elements" — die einzelnen Lichtpunkte, aus denen ein Fernsehbild besteht. Der NTSC-Standard von 1941 für Schwarz-Weiß-Fernsehen in den Vereinigten Staaten definierte ein Bild von ungefähr 480 vertikalen Linien, wobei jede Linie aus Hunderten von Bildelementen bestand.
Digitale Bildgebung und Weltraumforschung
Digitale Pixel, wie wir sie kennen, entstanden in den frühen 1960er Jahren mit der Entwicklung der digitalen Bildgebung für die Weltraumforschung. Die Ranger-7-Mission der NASA (1964) lieferte die ersten digitalen Bilder von einer anderen Welt — Fotografien der Mondoberfläche, die aus diskreten Bildelementen bestehen. Die Mariner-Missionen zum Mars (1965-1969) verbesserten die Technologie der digitalen Bildgebung weiter, und in diesem Kontext trat das Wort "Pixel" in den technischen Wortschatz ein.
Die Ära des Personal Computers
Die Revolution der Personal Computer brachte Pixel in das alltägliche Bewusstsein. Frühe PC-Displays hatten extrem niedrige Auflösungen: Der CGA-Adapter des IBM-PCs (1981) zeigte 320 × 200 Pixel, und der Macintosh 128K (1984) zeigte 512 × 342 Pixel. Die Auflösung stieg stetig: VGA (640 × 480) im Jahr 1987, XGA (1024 × 768) im Jahr 1990, Full HD (1920 × 1080) in den 2000er Jahren und 4K (3840 × 2160) in den 2010er Jahren.
Die Hoch-DPI-Revolution
Die Einführung des Retina-Displays durch Apple auf dem iPhone 4 im Jahr 2010 markierte einen Wendepunkt in der Pixeltechnologie. Durch die Verdichtung von 326 Pixeln pro Zoll (im Vergleich zu den typischen 72-96 PPI früherer Displays) schuf Apple Bildschirme, bei denen einzelne Pixel mit bloßem Auge aus normalem Betrachtungsabstand nicht sichtbar waren. Diese Innovation erforderte die Unterscheidung zwischen CSS-Pixeln und Geräte-Pixeln und führte das Konzept des Geräte-Pixel-Verhältnisses ein.
Aktuelle Verwendung
Im Webdesign und CSS
Das Pixel ist die am häufigsten verwendete Einheit im Webdesign. CSS-Eigenschaften wie Schriftgröße, Breite, Höhe, Innenabstand, Außenabstand und Rahmenbreite werden häufig in Pixeln angegeben. Eine typische Schriftgröße für den Fließtext beträgt 16 px, eine gängige Seitenbreite ist 1200 px, und Standardabstandswerte sind Vielfache von 4 oder 8 px. Allerdings bevorzugen responsive Designpraktiken zunehmend relative Einheiten (em, rem, vw, vh) gegenüber festen Pixelwerten, um unterschiedlichen Bildschirmgrößen und Benutzerpräferenzen gerecht zu werden.
In der digitalen Fotografie
Die Kamerauflösung wird in Megapixeln (Millionen von Pixeln) gemessen. Eine 12-Megapixel-Kamera produziert Bilder von ungefähr 4000 × 3000 Pixeln. Moderne Smartphone-Kameras reichen von 12 bis 200 Megapixeln, und professionelle Mittelformatkameras überschreiten 100 Megapixel. Die Druckauflösung erfordert typischerweise 300 Pixel pro Zoll (PPI), sodass ein 12-Megapixel-Bild einen hochwertigen Druck von ungefähr 13 × 10 Zoll erzeugen kann.
In der Display-Technologie
Die Displayauflösung und die Pixeldichte sind die wichtigsten Spezifikationen für Monitore, Fernseher, Smartphones und Tablets. Gängige Displayauflösungen sind Full HD (1920 × 1080), 2K (2560 × 1440), 4K (3840 × 2160) und 8K (7680 × 4320). Die Pixeldichte, gemessen in Pixeln pro Zoll (PPI), reicht von etwa 100 PPI für Standard-Desktop-Monitore bis über 500 PPI für High-End-Smartphone-Displays.
Everyday Use
Bildschirmauflösung und Einkauf
Beim Kauf eines Fernsehers, Monitors oder Smartphones gehören die Pixelspezifikationen zu den wichtigsten Faktoren. Verbraucher vergleichen Pixelzahlen (z. B. "4K" bedeutet ungefähr 8 Millionen Pixel), Pixeldichten (PPI) und Pixeltechnologien (OLED, LCD, Mini-LED). Eine höhere Pixelzahl bedeutet im Allgemeinen ein schärferes Bild, aber die Pixeldichte (Pixel pro Zoll) ist oft wichtiger als die Gesamtpixelzahl für die wahrgenommene Schärfe.
Soziale Medien und Fotografie
Soziale Medienplattformen legen pixelbasierte Spezifikationen für hochgeladene Inhalte fest. Instagram-Fotos werden in 1080 × 1080 Pixeln (quadratisch), 1080 × 1350 Pixeln (Hochformat) oder 1080 × 566 Pixeln (Querformat) angezeigt. Facebook-Coverfotos haben eine Größe von 820 × 312 Pixeln auf dem Desktop. YouTube empfiehlt 1920 × 1080 Pixel für Standard-HD-Videos und 3840 × 2160 für 4K. Das Verständnis dieser Pixelabmessungen hilft Inhaltsproduzenten, ihre Bilder und Videos zu optimieren.
Digitale Kunst und Design
Digitale Künstler arbeiten direkt mit Pixeln. Pixelkunst — eine Form digitaler Kunst, bei der Bilder auf Pixelebene erstellt und bearbeitet werden — hat eine große Wiederbelebung in Indie-Videospielen und retro-inspiriertem Design erfahren. Werkzeuge wie Photoshop, GIMP und Aseprite ermöglichen es Künstlern, einzelne Pixel zu manipulieren. Designsoftware zeigt die Abmessungen der Leinwand und die Werkzeuggrößen in Pixeln an, wodurch das Pixel die grundlegende Einheit der digitalen Kreation darstellt.
In Science & Industry
In der medizinischen Bildgebung
Medizinische Bildgebungssysteme sind durch ihre Pixelauflösung gekennzeichnet. Ein standardmäßiges digitales Röntgenbild hat eine Auflösung von ungefähr 3000 × 3000 Pixeln mit einer Pixelgröße von etwa 140 bis 200 Mikrometern. CT (Computertomographie)-Scans erzeugen typischerweise Bilder von 512 × 512 Pixeln pro Schnitt, mit Pixelgrößen von 0,5 bis 1,0 mm. MRT-Bilder reichen von 256 × 256 bis 1024 × 1024 Pixeln. In allen Fällen bestimmt die Pixelgröße direkt das kleinste erkennbare Merkmal.
In der Fernerkundung
Die Auflösung von Satellitenbildern wird in Bezug auf die Pixel-Ground-Sample-Distance (GSD) beschrieben — das physische Gebiet auf dem Boden, das von einem einzelnen Pixel repräsentiert wird. Landsat-Satelliten haben eine GSD von 30 Metern für multispektrale Bänder, was bedeutet, dass jedes Pixel ein Gebiet von 30 × 30 Metern repräsentiert. Kommerzielle Satelliten wie WorldView-3 erreichen eine GSD von 0,31 Metern (31 cm), was die Identifizierung einzelner Objekte ermöglicht. Das Pixel ist die grundlegende Einheit der räumlichen Auflösung in der Fernerkundung.
In der Computer Vision und KI
Maschinenlernmodelle zur Bilderkennung verarbeiten Bilder als Arrays von Pixelwerten. Convolutional Neural Networks (CNNs) lernen, Merkmale aus Pixelmustern durch aufeinanderfolgende Abstraktionsschichten zu extrahieren. Die Eingangsbildgrößen werden in Pixeln angegeben: Der einflussreiche ImageNet-Datensatz verwendet Bilder, die auf 224 × 224 Pixel skaliert sind. Die Rechenkosten für Training und Inferenz steigen mit der Anzahl der Eingabepixel.
Interesting Facts
The first digital image ever produced was a scan of a photograph of Walden Kirsch, the son of computer scientist Russell Kirsch, in 1957. The image was 176 × 176 pixels — just 30,976 pixels total — and displayed in only two tones (black and white).
Apple's Retina display concept is based on the limit of human visual acuity: at normal viewing distances, the eye cannot distinguish individual pixels when the density exceeds approximately 300 PPI. The iPhone 4's Retina display achieved 326 PPI in 2010.
A single pixel on a modern OLED display is composed of three sub-pixels (red, green, and blue), each of which can be independently controlled. Some displays use four sub-pixels (RGBW), adding a white sub-pixel for improved brightness and efficiency.
The word 'megapixel' entered common vocabulary with the rise of digital cameras in the late 1990s. The first consumer digital camera with a resolution exceeding 1 megapixel was the Fujifilm DS-300 in 1997.
In CSS, 1 px is defined as 1/96 of an inch, while 1 pt (point) is 1/72 of an inch. This means 1 pt = 96/72 px = 1.333 px. This seemingly arbitrary relationship stems from the different historical origins of the two units.
The total number of pixels in the world's displays is estimated at over 100 quadrillion (10¹⁷), and this number is growing rapidly with the adoption of higher-resolution screens. Collectively, humanity refreshes these pixels billions of times per second.
Dead pixels — pixels that remain permanently off (black), on (white), or stuck at a single color — are a common defect in LCD and OLED displays. Most manufacturers allow 1 to 5 dead pixels per display without considering it defective.