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TV e Monitor in HD e 4K: Risoluzione
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TV e Monitor in HD e 4K: La risoluzione

Risoluzione dello schermo

La risoluzione è il numero di pixel orizzontali e verticali presenti su un pannello. Il Full HD, ad esempio, è composto da 1920×1080 pixel, cioè 1920 pixel orizzontali e 1080 pixel verticali. Moltiplicando i due valori si ottengono i pixel totali presenti sullo schermo, che in questo caso sono più di due milioni. Una risoluzione maggiore corrisponde a un’immagine più dettagliata.

Ecco come appaiono i Pixel di un monitor ingranditi al microscopio

La parola Pixel è la contrazione di Picture Element. Questi piccoli punti colorati che compongono qualsiasi tipo di immagine digitale, sono composti ognuno da sub-pixel che contengono i colori RGB (red-green-blue), i quali accostati fra loro e illuminati con una certa intensità, vanno a formare tutte le combinazioni specifiche della tavolozza dei colori a disposizione.

Il parametro che misura il rapporto tra la risoluzione (quantità dei pixel) e la dimensione del display (diagonale in pollici) viene detta densità e viene indicata utilizzando le sigle DPI (Dots Per Inch, cioè punti per pollice) o PPI (Pixel Per Inch, cioè pixel per pollice). Ad esempio uno schermo da 24 pollici che mostra un’immagine in Full HD (1920×1080), ha una densità pari a 91,79 PPI. Lo stesso schermo a risoluzione 4k (Ultra HD, cioè 3840×2160), ha una densità pari a 183.58 PPI.

√(1920² + 1080²) = 2203 / 24 pollici = 91,79 PPI
√(3840² + 2160²) = 4406 / 24 pollici = 183.58 PPI

Risoluzione dell’occhio umano

Gli organi umani della percezione hanno dei limiti fisici invalicabili. Un orecchio umano in salute percepisce le frequenze da 20Hz a 20kHz. Mescolare suoni di frequenza inferiore o superiore a questo range, non produrrebbe risultati percepibili. Qualcosa di simile accade coi nostri occhi[1].

Un occhio in salute può percepire dettagli fino a 1 minuto d’arco (1/60 di grado). Oltre questa distanza gli oggetti si mescolano fra di loro e risultano sfuocati. Questo accade perché, come in tutti i sistemi ottici, gli occhi hanno una angolo di risoluzione[2] minimo sotto il quale non sono in grado di percepire i dettagli.

In condizioni normali di contrasto e alla distanza minima di messa a fuoco, si possono distinguere tra i 250 e i 290 DPI. Ma la risoluzione spaziale diminuisce drasticamente con l’aumentare della distanza (a 1 metro già siamo sotto ai 75 DPI) e addirittura precipita in situazioni di scarso contrasto.

Per rendere la questione meno tecnica, possiamo fare un semplice esperimento. Prendiamo due immagini di una X nera su sfondo rosso; entrambe le immagini hanno la stessa dimensione fisica, ma sono renderizzate a risoluzioni differenti, rispettivamente 8×8 e 16×16.

Una croce rossa a risoluzione 8x8 a sinistra, 16x16 a destra.

Guardando l’animazione, possiamo notare come i pixel dell’immagine a destra si mescolano più velocemente di quelli dell’immagine a sinistra. Essendo la densità dei pixel maggiore, la distanza tra i pixel (che si misura in pixel pitch) diminuisce, permettendo ai nostri occhi di fonderli in un’oggetto unico, dandoci l’illusione di guardare un’immagine uniforme invece di una serie di quadratini.

Per contro, se poniamo di fronte a noi due schermi di pari dimensioni ma con risoluzione differente e ci avviciniamo gradualmente, lo schermo con risoluzione minore perderà qualità molto più velocemente di quello con risoluzione maggiore. Questo significa che:

Maggiore è la risoluzione, minore può essere la distanza dallo schermo prima che l’immagine collassi in pixel. Minore è la risoluzione, maggiore deve essere la distanza affinché i pixel compongano oggetti uniformi.

Ma non è finita quì, perché la risoluzione spaziale degli occhi non è uniforme. In prossimità della regione centrale della retina[3], l’acutezza visiva è molto elevata e degrada velocemente man mano che ci si allontana da essa. Questo significa che la nostra visione periferica è molto meno dettagliata (sfocata) rispetto a quella centrale. Se ci avviciamo troppo all’immagine, il campo visivo (field of view) è troppo ampio e non ci consente di vedere i dettagli periferici. D’altro canto se ci allontaniamo troppo, la risoluzione spaziale diminuise drasticamente inficiando l’immagine nella sua interezza.

Nella prossima puntata vedremo come ottenere il massimo dai pannelli ad alta e altissima definizione, tenendo in considerazione la corretta distanza di visione.


Note:

  1. The Limits of Human Vision – Michael F. Deering
  2. Angolo minimo di risoluzione (MAR, Minimum Angle of Resolution) è la più piccola distanza in cui due linee vengono percepite come separate e dipende dalla salute della retina e dalla precisione del sistema ottico oculare. – Webvision
  3. Sebbene l’occhio riceve dati da un campo di circa 200 gradi, l’acutezza su questo intervallo è scarsa. Per formare immagini ad alta risoluzione, la luce deve cadere sulla Fovea – Hyperphysics

Curiosità

  • L'originale risoluzione 4k è in realtà di 4096x2160 pixel, ovvero il formato utilizzato nei cinema. Tuttavia è stato necessario creare uno standard che fosse un multiplo della risoluzione 1080p, per rispettare l'Aspect Ratio dell'HD (16:9) e rendere più veloce ed efficiente la conversione e il downsampling dei video a risoluzioni inferiori.
  • La risoluzione a 1440p, similmente alla risoluzione a 2160p, è un multiplo dello standard HD (1440/2 = 720). Può essere anche chiamata Quad HD (QHD), perché il numero totale dei pixel, sono esattamente il quadruplo dello standard HD. [1280x720 = 921,600 pixel (x 4 = 3,686,400 pixel = 2560x1440)].
  • La risoluzione a 2160p può essere definita anche come QFHD (Quad Full HD), perché il numero totale dei pixel sono esattamente il quadruplo del Full HD. [1920x1080 = 2,073,600 pixel (x 4 = 8,294,400 pixel = 3840x2160)]
  • L'occhio umano ha una risoluzione di circa 576 Megapixel (milioni di pixel), ma tenendo conto della risoluzione spaziale limitata, sono soltanto 7/8 milioni quelli che consentono di vedere dettagli sufficienti.
    [What Is The Resolution Of The Eye? - Vsauce]