Densité de pixels

Les pixels par pouce ( ppi ) et les pixels par centimètre ( ppcm ou pixels/cm² ) sont des mesures de la densité de pixels d'un dispositif d'affichage électronique, tel qu'un écran d'ordinateur ou de télévision , ou d'un dispositif de numérisation d'images comme un appareil photo ou un scanner . La densité horizontale et verticale sont généralement identiques, car la plupart des dispositifs utilisent des pixels carrés , mais elles diffèrent pour les dispositifs dont les pixels ne sont pas carrés. La densité de pixels est différente de la résolution : la première décrit le niveau de détail sur une surface ou un dispositif physique, tandis que la seconde décrit la quantité d'informations contenues dans les pixels, indépendamment de leur échelle. Autrement dit, un pixel n'a pas de taille ni d'unité intrinsèques (un pixel est en réalité un échantillon), mais lorsqu'il est imprimé, affiché ou numérisé, il possède alors une taille physique (dimension) et une densité de pixels (ppi).

La plupart des périphériques numériques utilisant des points ou des pixels, la taille du support (en pouces) et le nombre de pixels (ou de points) sont directement liés par la résolution « pixels par pouce ». La formule suivante permet de calculer le nombre de pixels, horizontalement ou verticalement, en fonction de la taille physique du support et de la résolution « pixels par pouce » de l’affichage :

La résolution en pixels par pouce (ou pixels par centimètre) décrit le niveau de détail d'une image lorsque sa taille d'impression est connue. Par exemple, une image de 100 × 100 pixels imprimée sur un carré de 5 cm (2 pouces) a une résolution de 50 pixels par pouce. Cette mesure est pertinente pour l'impression. Dans de nombreuses applications, comme Adobe Photoshop, la création d'images se fait en spécifiant le périphérique de sortie et la résolution (pixels par pouce). Ainsi, la cible de sortie est souvent définie dès la création de l'image.

Lors du transfert d'images entre appareils, par exemple pour imprimer une image créée sur un écran, il est important de connaître la densité de pixels des deux appareils. Prenons l'exemple d'un écran HD de 23 pouces (20 pouces de large), dont la résolution native est de 1920 pixels (horizontalement). Supposons qu'un artiste ait créé une nouvelle image à cette résolution de 1920 pixels, probablement destinée au web sans se soucier de l'impression. En réécrivant la formule ci-dessus, on peut calculer la densité de pixels (PPI) de l'image affichée à l'écran :

Imaginons maintenant que l'artiste souhaite imprimer une bannière plus grande, de 48 pouces (122 cm) de largeur. Nous connaissons le nombre de pixels de l'image et la taille de l'impression ; nous pouvons donc utiliser la même formule pour calculer la résolution (PPI) de l'affiche imprimée :

Cela montre que la bannière imprimée n'aura que 40 pixels par pouce. Sachant qu'une imprimante est capable d'imprimer à 300 ppp, la résolution de l'image originale est bien inférieure à celle requise pour créer une bannière de qualité correcte, même si elle s'affiche correctement sur un écran d'ordinateur. Autrement dit, une image de 1920 × 1080 pixels ne possède pas une résolution suffisante pour être imprimée en grand format.

L'impression sur papier est réalisée grâce à différentes technologies. Traditionnellement, les journaux et les magazines étaient imprimés à l'aide d'une trame de demi-teintes , qui imprimait des points à une fréquence donnée, la fréquence de trame, en lignes par pouce (LPI), grâce à un procédé purement analogique. Dans ce procédé, une impression photographique était convertie en points de tailles variables par des figures d'interférence traversant un écran. Les imprimantes à jet d'encre modernes peuvent imprimer des points microscopiques à n'importe quel endroit et ne nécessitent pas de trame, avec une résolution exprimée en points par pouce (PPI). Ces deux unités diffèrent de la densité de pixels ou des pixels par pouce (PPI), car un pixel représente un échantillon unique d'une couleur, tandis qu'une impression à jet d'encre ne peut imprimer qu'un point d'une couleur spécifique, soit allumé, soit éteint. Ainsi, une imprimante traduit les pixels en une série de points grâce à un procédé appelé tramage . Le pas de point , la plus petite taille de chaque point, est également déterminé par le type de papier sur lequel l'image est imprimée. Une surface de papier absorbante, comme le papier recyclé non couché, permet aux gouttelettes d'encre de s'étaler et présente donc un pas de point plus grand [

On souhaite souvent connaître la qualité d'image en pixels par pouce (ppp) adaptée à un périphérique de sortie donné. Si la résolution est trop faible, la qualité sera inférieure aux capacités du périphérique (perte de qualité), tandis qu'une résolution trop élevée entraînera un stockage inutile de pixels (gaspillage d'espace disque). La densité de pixels idéale (ppp) dépend du format de sortie, du périphérique de sortie, de l'utilisation prévue et du choix artistique. Pour les imprimantes à jet d'encre dont la résolution est exprimée en DPI (débits par pouce), il est généralement conseillé d'utiliser une valeur inférieure ou égale à la moitié du DPI pour déterminer la densité de pixels. Par exemple, une image destinée à une imprimante de 600 DPI peut être créée à 300 ppp. Pour d'autres technologies comme la sérigraphie AM ou FM, des mires de tramage sont souvent disponibles pour indiquer la densité de pixels idéale.

L'utilisation du DPI ou du LPI d'une imprimante reste utile pour déterminer le PPI jusqu'aux grands formats, comme 36 pouces ou plus, car l'acuité visuelle devient alors un facteur plus important. Si une impression est destinée à être vue de près, on peut choisir les limites de l'imprimante. En revanche, pour une affiche, une banderole ou un panneau publicitaire vu de loin, un PPI beaucoup plus faible est envisageable.

La densité de pixels (PPI/PPCM) d'un écran d'ordinateur est liée à sa taille en pouces ou en centimètres et au nombre total de pixels dans les directions horizontale et verticale. Cette mesure est souvent exprimée en points par pouce , bien que cette expression corresponde plus précisément à la résolution d'une imprimante .

Par exemple, un écran de 15 pouces (38 cm) dont les dimensions sont de 12 pouces (30,48 cm) de large sur 9 pouces (22,86 cm) de haut, capable d'une résolution maximale de 1024 × 768 pixels (ou XGA ), peut afficher environ 85 ppp (pixels par pouce), soit 33,46 pppm (pixels par millimètre carré), horizontalement et verticalement. Cette valeur est obtenue en divisant la largeur (ou la hauteur) de la zone d'affichage en pixels par sa largeur (ou sa hauteur) en pouces. Il est possible qu'un écran présente des valeurs de ppp horizontales et verticales différentes (par exemple, un moniteur CRT classique au format 4:3 affichant une résolution de 1280 × 1024 pixels à sa taille maximale, soit un format 5:4, différent du format 4:3). La densité de pixels apparente d'un moniteur dépend de sa résolution (c'est-à-dire du nombre de pixels) et de sa taille. Un moniteur en mode 800×600 a une densité de pixels (PPI) inférieure à celle du même moniteur en mode 1024×768 ou 1280×960.

Le pas de pixel d'un écran d'ordinateur détermine la limite absolue de la densité de pixels possible. Les écrans d'ordinateur classiques à tube cathodique ou LCD des années 2000 affichaient une densité de pixels comprise entre 67 et 130 ppp, tandis que les moniteurs de bureau ont dépassé les 200 ppp et que certains modèles phares de smartphones dépassent les 500 ppp depuis 2014.

En janvier 2008, Kopin Corporation annonçait un écran LCD SVGA de 0,44 pouce (1,12 cm) avec une densité de pixels de 2 272 ppp (chaque pixel mesurant seulement 11,25 µm). En 2011, elle lançait un écran couleur VGA de 0,21 pouce de diagonale, offrant une résolution de 3 760 ppp. Le fabricant précise avoir conçu cet écran LCD pour un grossissement optique, à l’instar des lunettes connectées haute résolution.

Les applications holographiques exigent une densité de pixels encore plus élevée, car une densité de pixels plus élevée produit une image plus grande et un angle de vision plus large. Les modulateurs spatiaux de lumière peuvent réduire le pas de pixel à 2,5 μm , ce qui donne une densité de pixels de 10 160 PPI.

Certaines observations indiquent que l'œil humain, sans aide visuelle, ne peut généralement pas distinguer les détails au-delà de 300 ppp . Cependant, cette valeur dépend à la fois de la distance entre l'observateur et l'image, et de l'acuité visuelle de l'observateur . L'œil humain réagit également différemment à un écran interactif lumineux et uniformément éclairé qu'à des impressions sur papier.

Les technologies d'affichage à haute densité de pixels rendraient obsolète l'anticrénelage par suréchantillonnage , permettraient un rendu graphique WYSIWYG authentique et, potentiellement, l'avènement d'une ère de « bureau sans papier ». À titre de comparaison, un tel appareil doté d'un écran de 15 pouces (38 cm) devrait afficher plus de quatre écrans Full HD (ou une résolution WQUXGA ).

La spécification de densité de pixels (PPI) d'un écran est également utile pour calibrer un moniteur avec une imprimante. Un logiciel peut utiliser cette mesure pour afficher un document à sa taille réelle à l'écran.

La densité de pixels (PPI) peut être calculée à partir de la diagonale de l'écran en pouces et de sa résolution en pixels (largeur et hauteur). Ce calcul se fait en deux étapes :

1. Calculer la résolution diagonale en pixels à l'aide du théorème de Pythagore :
2. Calculer l'IPP :

où

Par exemple:

1. Pour un écran de 15,6 pouces avec une résolution de 5120×2880, vous obtenez = 376,57 PPI.
2. Pour un écran de 50 pouces avec une résolution de 8192×4608, vous obtenez = 188 PPI.
3. Pour un écran de 27 pouces avec une résolution de 3840×2160, vous obtenez = 163 PPI.
4. Pour un écran de 32 pouces avec une résolution de 3840×2160, vous obtenez = 138 PPI.
5. Pour un écran de netbook classique de 10,1 pouces avec une résolution de 1024×600, vous obtenez = 117,5 PPI.
6. Pour un écran de 27 pouces avec une résolution de 2560×1440, vous obtenez = 108,8 PPI.
7. Pour un écran de 21,5 pouces (546,1 mm) avec une résolution de 1920×1080, vous obtenez = 102,46 PPI ;

Ces calculs peuvent manquer de précision. Souvent, les dimensions physiques réelles de la zone d'affichage des écrans annoncés comme ayant une « taille d'écran de X pouces » peuvent différer, par exemple :

• Apple Inc. a présenté son iMac mi-2011 comme un « écran de 21,5 pouces (visible) [...] », mais sa surface d'affichage réelle est de 545,22 mm² ou 21,465 pouces. Cette valeur plus précise augmente la densité de pixels calculée de 102,46 (en utilisant 21,5 pouces) à 102,63.
• Le moniteur HP LP2065 de 20 pouces (50,8 cm) possède une zone d'affichage réelle de 20,1 pouces (51 cm).
• Dans un cas plus significatif, certains moniteurs tels que le Dell UltraSharp UP3216Q (3840×2160 px) sont présentés comme un moniteur «classe» de 32 pouces (137,68 PPI), mais la diagonale réelle de la zone d'affichage est de 31,5 pouces, ce qui donne un véritable PPI de 139,87.

Les fabricants d'appareils photo indiquent souvent la résolution de leur écran en « nombre de points ». Il ne s'agit pas du même nombre que le nombre de pixels, car chaque pixel est composé de trois points : rouge, vert et bleu. Par exemple, le Canon 50D est annoncé avec 920 000 points. Cela correspond à 307 200 pixels (× 3 = 921 600 points). L'écran a donc une résolution de 640 × 480 pixels.

Il faut en tenir compte pour calculer la densité de pixels (PPI). Les termes « points » et « pixels » sont souvent confondus dans les tests et les spécifications, notamment lorsqu'il s'agit d'appareils photo numériques.

L'abréviation « PPI » ou « densité de pixels » peut également décrire la résolution d'un scanner d'images . Dans ce contexte, PPI est synonyme d' échantillons par pouce . En photographie numérique, la densité de pixels correspond au nombre de pixels divisé par la surface du capteur. Un reflex numérique (DSLR) typique , datant d'environ 2013, possède une densité de 1 à 6,2 MP/cm² ^; un appareil photo compact typique, une densité de 20 à 70 MP/ ^cm² .

Par exemple, le Sony Alpha SLT-A58 possède 20,1 mégapixels sur un capteur APS-C de 6,2 MP/cm² ^, tandis qu'un appareil photo compact comme le Sony Cyber-shot DSC-HX50V possède 20,4 mégapixels sur un capteur 1/2,3" de 70 MP/cm² ^. L'appareil photo professionnel a une densité de pixels inférieure à celle d'un appareil photo compact, car ses photodiodes sont plus grandes, du fait de la taille nettement supérieure de son capteur.

Les smartphones utilisent des écrans de petite taille, mais les écrans des smartphones modernes affichent une densité de pixels plus élevée (ppp), comme le Samsung Galaxy S7 avec un écran Quad HD à 577 ppp, le Fujitsu F-02G avec un écran Quad HD à 564 ppp , le LG G6 avec un écran Quad HD à 564 ppp (XHDPI) ou l'Oppo Find 7 avec 534 ppp sur un écran de 5,5 pouces (XXHDPI) (voir section ci-dessous) . Le Sony Xperia XZ Premium possède un écran 4K avec une densité de pixels de 807 ppp, la plus élevée de tous les smartphones en 2017

Android prend en charge les valeurs DPI logiques suivantes pour contrôler la taille du contenu affiché :

L'industrie de l'édition numérique utilise principalement les pixels par pouce, mais parfois les pixels par centimètre sont utilisés, ou un facteur de conversion est fourni.

Le format de fichier image PNG n'autorise que le mètre comme unité de densité de pixels.

Le tableau suivant illustre la prise en charge de la densité de pixels par les formats de fichiers image les plus courants. La couleur des cellules n'indique pas la richesse fonctionnelle du format, mais la densité de pixels qu'il peut supporter.

Bien que certains logiciels de traitement d'images permettent de définir la densité pour certains formats de fichiers image, peu d'autres logiciels utilisent cette information lors de l'affichage. Les navigateurs web, par exemple, ignorent toute information de densité. Comme le montre le tableau, la prise en charge de la densité dans les formats de fichiers image varie considérablement et son utilisation doit être faite avec précaution et dans un contexte contrôlé.