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{{Begriffsklärungshinweis}}

Mit '''Pixel''', '''Bildpunkt''', '''Bildzelle''' oder '''Bildelement''' (selten ''Pel'') werden die einzelnen Farbwerte einer digitalen [[Rastergrafik]] bezeichnet sowie die zur Erfassung oder Darstellung eines Farbwerts nötigen Flächenelemente bei einem [[Bildsensor]] beziehungsweise [[Bildschirm]] mit Rasteransteuerung. „Pixel“ (Nominativ Singular: das Pixel; Genitiv: des Pixels; Plural: die Pixel) ist ein [[Kontamination (Sprachwissenschaft)|Kofferwort]]<ref>{{Literatur |Autor=Tony L. Corbell, Joshua A. Haftel |Titel=Nik Software Captured: The Complete Guide to Using Nik Software's Photographic Tools |Verlag=John Wiley & Sons |Datum=2011-11-15 |ISBN=978-1-118-02222-1 |Seiten=15 |Online=https://books.google.com/books?id=pzYve1Pn7zgC&newbks=0&printsec=frontcover&pg=PA15&hl=de |Abruf=2021-06-29}}</ref> aus den Abkürzungen der englischen Wörter ''picture'' (umgangssprachlich verkürzt „pix“) und ''element'' und wird oft mit '''px''' abgekürzt.

== Pixel der Rastergrafik ==
[[Datei:ReconstructionsFromPixels.png|miniatur|hochkant=2|Eine Rastergrafik, die auf unterschiedliche Arten vergrößert wurde. Ein Pixel muss in der Vergrößerung nicht notwendigerweise als Quadrat erscheinen.]]

Die Pixel einer Rastergrafik sind rasterförmig angeordnete Punkte, denen eine Farbe zugeordnet ist.

=== Pixel als diskrete Abtastwerte ===
Oft werden Pixel als rechteckig oder quadratisch betrachtet. Dies ist jedoch eine nicht allgemeingültige Modellvorstellung. Im Sinne der [[Digitale Signalverarbeitung|digitalen Signalverarbeitung]] ist ein Pixel ein [[Abtastung (Signalverarbeitung)|diskreter Abtastwert]]; über andere Punkte als die Pixel lassen sich keine Aussagen treffen. Deutlich wird dies bei der [[Skalierung (Computergrafik)|Vergrößerung von Rastergrafiken]]: Das Erscheinungsbild variiert je nach gewählter Skalierungsmethode, und die Pixel des Ausgangsbildes erscheinen in der Vergrößerung nicht zwangsläufig als Quadrate (siehe Bild rechts). Ein vergleichbarer Fehler wäre es, die Abtastwerte eines digitalen [[Audiosignal]]s als über ein bestimmtes Zeitintervall gleichbleibende Werte zu interpretieren, weil das Signal vom [[Audioeditor]] in der Vergrößerung treppenartig dargestellt wird.

Die Modellvorstellung eines quadratischen Pixels ist unangemessen, weil sie die unterschiedlichen Möglichkeiten bei der Umwandlung von Bildinhalten zu Rastergrafiken vernachlässigt. In der Computergrafik, bei der künstliche Bilder erzeugt werden, können die gewünschten Bildinhalte als [[Vektorgrafik]], [[Szenengraph|3D-Szenenbeschreibung]] oder eine andere Art der Bildbeschreibung vorliegen. Diese Bildbeschreibung definiert ein [[Analogsignal|kontinuierliches Signal]], das in eine Rastergrafik umgewandelt (''[[Rasterung|gerastert]]'' oder ''[[Bildsynthese|gerendert]]'') werden muss, indem die Bildinhalte [[Abtastung (Signalverarbeitung)|abgetastet]] werden. Der verwendete [[Rekonstruktionsfilter]] bestimmt, wie die Farben der ursprünglichen Bildbeschreibung in der Nähe eines Pixels gewichtet werden und in die Pixelfarbe einfließen. Bei einem bilderfassenden System, das ein natürliches Bildsignal auf einer optischen Bildebene oder -zeile [[Digitalisierung|digitalisiert]], bestimmt sich der entsprechende theoretische „Rekonstruktionsfilter“ (die [[Punktspreizfunktion]]) durch die optischen und elektronischen Elemente des Systems.

Es ist zwar möglich, Pixel als Quadrate zu betrachten, dies ist jedoch allenfalls dann sinnvoll, wenn als Rekonstruktionsfilter ein Box-Filter gewählt wurde, denn hier würde der Farbwert eines Pixels dem Mittelwert aller Farbbeiträge innerhalb des Quadrates entsprechen. Für die nachfolgende Bildbearbeitung muss jedoch das resultierende Pixel allgemein als diskreter Abtastwert betrachtet werden. Wenn von „einer Pixelbreite“ die Rede ist, dann ist damit tatsächlich der Abstand zwischen zwei benachbarten Pixeln gemeint; der „Mittelpunkt“ eines Pixels bezeichnet in Wirklichkeit das Pixel selbst. Mit Formulierungen wie „Überdeckung eines halben Pixels“ ist die Überdeckung der Bildinhalte durch den verwendeten Rekonstruktionsfilter gemeint.

=== Pixelwerte ===
Die im Pixel verwendete Kodierung der Farbe definiert sich unter anderem über den [[Farbraum]] und die [[Farbtiefe (Computergrafik)|Farbtiefe]]. Der einfachste Fall ist ein [[Binärbild]], bei dem ein Pixel einen Schwarzweiß-Wert speichert.

Neben Farbinformationen können Rastergrafiken auch einen sogenannten [[Alphakanal]] enthalten, der Transparenzinformationen enthält. Die Speicherung beliebiger weiterer Informationen ist denkbar; das genaue Format ist vom verwendeten [[Grafikformat]] abhängig. Nur bei der Ausgabe auf dem Bildschirm muss ein bestimmtes Format beachtet werden, das vom [[Framebuffer|Bildspeicher]] der Grafikkarte vorgegeben ist.

=== Probleme ===
Sowohl die [[Pixeldichte]] (und damit die örtliche [[Abtastrate]]) als auch die Größe der im Pixel gespeicherten Informationen (Farbtiefe, Farbkanäle, Lage, Form …) ist in der Praxis begrenzt, weshalb ein Pixel nur eine Annäherung der Wirklichkeit darstellen kann.

Die Begrenztheit der örtlichen Abtastrate führt dazu, dass Bildinformationen verlorengehen. Gemäß dem [[Nyquist-Shannon-Abtasttheorem]] kann es bei bestimmten Bildinhalten und zu geringer Abtastrate oder Pixeldichte zu [[Alias-Effekt]]en oder dem [[Treppeneffekt]] („pixelige“ Darstellung) kommen. Diesen Effekten kann durch Antialiasing entgegengewirkt werden; das [[Antialiasing (Computergrafik)|Antialiasing in der Computergrafik]] bedient sich dazu unterschiedlicher Methoden. Das [[Antialiasing (Signalverarbeitung)|Antialiasing optischer Signale]] kann durch einen [[Tiefpass]] erfolgen, kombiniert mit einer [[Aperturkorrektur]].

Das Verkleinern, Vergrößern oder Drehen einer Rastergrafik kann zu unscharfen oder fehlerhaft wirkenden Bildern führen.

== Pixel in Bildsensoren und Bildschirmen ==
{| align="right" width="200px" style="margin: 0 0 1em 2em;"
| width="25px" | [[Datei:DemoPixel.svg|Ein weißes Pixel]] || <small>Der weiße Punkt in der Mitte des schwarzen Quadrats ist ein Pixel (sofern keine Zoom-Funktion verwendet wird).</small>
|}

[[Datei:TVPixel.jpg|miniatur|Pixelgeometrie eines gängigen LCD-Fernsehbildschirms an einer weißen Stelle. Ein quadratischer Bildpunkt besteht aus rechteckigen Subpixeln.]]
[[Datei:Nexus one screen microscope.jpg|miniatur|PenTile-RGBG-Pixelgeometrie beim [[Organische Leuchtdiode|OLED]]-Bildschirm eines Mobiltelefons]]

Die Pixel eines Bildsensors oder Bildschirms bestehen üblicherweise aus Flächen jeweils einer Grundfarbe (Rot, Grün und Blau). Bei [[Flüssigkristallbildschirm|Flüssigkristall]]-Bildschirmen (LCD= liquid crystal display) wird jedes sichtbare Bildelement mit einem Farbwert angesteuert. Die für die Grundfarben des Pixels zuständigen Flächen, [[Subpixel]] genannt, sind oftmals aneinander anliegend angeordnet. Die im Vergleich zum Pixel feinere Subpixelstruktur kann dazu genutzt werden, um die horizontale Auflösung bei der Rasterung zu erhöhen ([[Subpixel-Rendering]]). Ferner sind auch dreieckige, unregelmäßig große, alternierend angeordnete oder zusätzliche weiße Subpixel möglich, zum Beispiel bei den ''PenTile''-Pixelgeometrien von [[Samsung Group|Samsung]]. Bei manchen, besonders älteren Flachbildschirmen können herstellungsbedingt sogenannte [[Pixelfehler]] auftreten.

[[Kathodenstrahlröhrenbildschirm|Röhrenbildschirme]] projizieren das Bildsignal mittels Elektronenstrahlen auf eine Leuchtstoffmatrix mit festgelegter Auflösung. Die vor der Leuchtstoffschicht montierte [[Schlitzmaske|Schlitz-]], [[Streifenmaske|Streifen-]] oder [[Lochmaske]] garantiert zwar, dass nur die zu den jeweiligen Elektronenstrahlen gehörenden Grundfarben angeregt werden. Wegen des relativ breiten und angenähert [[Normalverteilung|normalverteilten]] Intensitätsprofils der Elektronenstrahlen sowie [[Verzeichnung]] und [[Streulicht]] stimmen die Bildpunkte der Leuchtstoffmatrix jedoch nicht genau mit den zu erwartenden Pixeln überein, selbst wenn die ausgegebene Auflösung der physischen Auflösung des Röhrenbildschirms entspricht.<ref>Kenneth Compton: ''Image Performance in CRT Displays,'' S. 47. SPIE Press, Bellingham (WA) 2003, ISBN 0-8194-4144-9.</ref>

Die physische Größe eines Pixels hängt vom Gerät ab. Die [[Punktdichte|Pixeldichte]] eines Bildschirms oder Scanners wird in ''pixel per inch'' (ppi) bzw. ''dots per inch'' (dpi) angegeben. Handelsübliche Computerbildschirme erreichen eine Pixeldichte von ungefähr 100 ppi, entsprechend 0,3 Millimeter pro Pixel. Bei Fernsehern ist die Pixeldichte meist niedriger und bei neueren [[Smartphone]]s um ein Vielfaches höher, während die Sensoren von Scannern und Digitalkameras mehrere Tausend ppi erreichen können. Die Anzahl der in Bildsensoren maximal verwendbaren Pixel wird oft in [[Megapixel]]n angegeben, wobei aber meist nur die Farbpunkte eines [[Bayer-Sensor]]s gemeint sind und nicht die Bildpunkte. Das [[Pixelseitenverhältnis|Seitenverhältnis eines Pixels]] auf dem Bildschirm (englisch ''pixel aspect ratio'') muss nicht zwingend 1:1 sein; die meisten [[Standard Definition Television|SDTV]]-Videonormen schreiben [[Anamorphe Bildaufzeichnung|unregelmäßige Pixel-Seitenverhältnisse]] vor. Die Pixelgröße sowie der Pixelabstand im Verhältnis zur Bildauflösung haben entscheidenden Einfluss auf die Lesbarkeit und Erkennbarkeit von Texten und Grafiken auf Computermonitoren und Fernsehern.

== Begriffsgeschichte und verwandte Begriffe ==
Die Bezeichnung „Bildpunkt“ im Sinne einer kleinen Anzeigeeinheit eines Gerätes wurde zuerst 1884 in [[Paul Nipkow]]s Patentschrift für sein ''Elektrisches Teleskop'' verwendet, allerdings war der Begriff bereits vorher in der Optik üblich.

Die Bezeichnung „{{lang|en|picture element}}“ wurde ab 1911<ref>Siehe etwa {{Patent|Land=US|V-Nr=1175313|Titel=Transmission of Pictures of Moving Objects}}</ref> in diversen US-amerikanischen Patentschriften verwendet. Als in den 1950er und 1960er Jahren das Einscannen, die Bearbeitung und die Anzeige von Bildern mittels Computern möglich wurde, verwendete die Fachliteratur meist andere Begriffe wie „{{lang|en|resolution element}}“, „{{lang|en|spot}}“, „{{lang|en|sample}}“, „{{lang|en|raster point}}“ oder „{{lang|en|matrix element}}“.

Die ältesten bekannten Dokumente, in denen der Begriff „Pixel“ vorkommt, sind Fred C. Billingsleys 1965 veröffentlichte Artikel ''Digital Video Processing at JPL'' und ''Processing Ranger and Mariner Photography'' in den [[Tagungsband|Proceedings]] Vol. 0003 bzw. 0010 der [[SPIE (Optik)|SPIE]]. Die weniger gebräuchliche Bezeichnung ''Pel'' wurde von William F. Schreiber als Teil seines Artikels ''Picture Coding'' in den [[Institute of Electrical and Electronics Engineers|IEEE]]-Proceedings Vol. 55 im März 1967 veröffentlicht.

Der Begriff „Pixel“ wird auch in Bezeichnungen für bestimmte Anwendungen von Rastergrafiken verwendet, etwa [[Bitmap-Schrift|Pixelfonts]], [[Pixel-Art]] und [[Pixel-Banner]]. Von „Pixel“ abgeleitet ist der Begriff ''[[Voxel]],'' der unter anderem das dreidimensionale Äquivalent eines Pixels bezeichnet, sowie der in der [[Bildsynthese]] verwendete Begriff ''[[Texel (Bildsynthese)|Texel]]'' für Pixel einer [[Texture Mapping|Textur]].

== Siehe auch ==
* [[Bildauflösung]]
* [[Punktdichte]]
* [[Zählpixel]]
* [[Voxel]]

== Literatur ==
* Michael Becker: ''Pixelsalat: von Bildschirmauflösungen, Zeichengrößen und Lesbarkeit.'' Computer-Fachwissen 3/2005: 4–10, {{ISSN|1430-0400}}
* James Blinn: ''What is a Pixel?'' IEEE Computer Graphics and Applications 25, 5 (Sep./Oct. 2005): 82–87, {{ISSN|0272-1716}}, {{DOI|10.1109/MCG.2005.119}}
* Richard Lyon: ''A Brief History of ‘Pixel’.'' In ''Digital Photography II,'' S. 1–15. SPIE, Bellingham 2006, ISBN 0-8194-6109-1 ([http://www.foveon.com/files/ABriefHistoryofPixel2.pdf PDF, 1,4 MB])
* Alvy Ray Smith: ''A Pixel Is Not A Little Square, A Pixel Is Not A Little Square, A Pixel Is Not A Little Square! (And a Voxel is Not a Little Cube).'' Microsoft Technical Memo 6, 1995 ([http://alvyray.com/Memos/CG/Microsoft/6_pixel.pdf PDF, 80 kB])

== Weblinks ==
{{Wiktionary|Pixel}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Reproduktionstechnik]]
[[Kategorie:Computergrafik]]
[[Kategorie:Abkürzung|PIXEL]]
[[Kategorie:Bildschirm]]

Pixel - Versionsgeschichte

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