Ekranınıza büyüteçle bakın: piksel ve alt piksel

Kısa cevap

Ekranda gördüğünüz sarının içinde sarı ışık yayan ayrı bir kaynak yoktur: sarı, yan yana duran kırmızı ve yeşil alt piksellerin birlikte yanmasıyla, gözün bu iki ışığı tek bir renk olarak birleştirmesiyle oluşur. Her piksel üç küçük ışık kaynağından yapılır ve her biri, sekiz bitlik yaygın ekranlarda 256 basamakta parlayabilir; üçünün birleşimi 256 × 256 × 256, yani 16.777.216 farklı renk verir. Bu alt piksellerin ekranda nasıl dizildiği ekrandan ekrana değişir.

Büyütecin altında

Telefonunuzun ya da bilgisayarınızın ekranında beyaz bir alan açın ve ona güçlü bir büyüteçle ya da telefon kamerasının yakınlaştırmasıyla bakın. Beyaz kaybolur. Yerine kırmızı, yeşil ve mavi küçük çizgiler ya da noktalar belirir. Uzaktan beyaz gördüğünüz şey, bu üç rengin birlikte yanmasıdır.

Göz bu alt pikselleri tek tek ayırt edemez, çünkü normal okuma mesafesinden bakıldığında çok küçüktürler. Bunun yerine üçünün ışığını birleştirir ve tek bir renk görür. Üç renkli ışığın neden bütün renkleri üretmeye yettiği, gözdeki üç koni türüyle ilgilidir; bu kuramın kendisi BI-10'un konusudur.

Sarının sırrı

Kartın sorusu burada yanıtını bulur: ekranda gördüğünüz sarıda gerçekten sarı ışık var mı?

Ekranda sarı bir alanı büyüteçle inceleyin. Mavi alt pikseller karanlıktır; kırmızı ve yeşil olanlar parlaktır. Ekranda «sarı» diye ayrı bir alt piksel yoktur. Göz, kırmızı ve yeşil ışığı aynı anda aldığında, tıpkı tek bir sarı ışık almış gibi bir tepki verir ve sarı görür. Ekranın ürettiği ışığın içinde sarıya düşen dalga boyları ekran türüne göre az ya da çok bulunabilir, ama gördüğünüz sarıyı üreten şey bu değil, kırmızı ile yeşilin karışımıdır.

Bu, doğada gördüğümüz sarıdan farklı bir yoldur. Bir limonun kabuğu, güneş ışığının birçok dalga boyunu birlikte geri yansıtır. Ekran ise yalnız üç dar renk bölgesini karıştırır ve gözü aynı tepkiye götürür. İki ayrı ışık karışımının göze aynı görünmesi, renk biliminin en şaşırtıcı sonuçlarından biridir ve ekranların varlığını mümkün kılan şeydir.

Aynı şey ekrandaki her renk için geçerlidir. Camgöbeği, yeşil ile mavinin; macenta, kırmızı ile mavinin karışımıdır. Bir insan yüzü de ekranda başka türlü üretilmez. Açık bir ten tonu olan #F1C7A9, kırmızısı 241, yeşili 199, mavisi 169 değerinde yanan alt piksellerden oluşur; koyu bir ten tonu olan #4A2C1D ise aynı üç alt pikselin 74, 44 ve 29 değerlerinde yanmasıdır. İki tende de kırmızı en parlak, mavi en sönük alt pikseldir; fark, üçünün ne kadar parladığındadır. Büyütecin altında her yüz, hangi tende olursa olsun, aynı üç renkli ışık noktalarının farklı oranlarda yanmasıdır.

16,7 milyon renk

Her alt piksel ne kadar parlayacağını bir sayıyla öğrenir. Bu sayının kaç farklı değer alabileceği, ekranın bit derinliğine bağlıdır.

Yaygın ekranlar ve görüntü dosyaları her kanal için sekiz bit kullanır. Bir alt piksel tamamen sönükten tamamen parlağa 256 basamakta ilerleyebilir; 0 hiç ışık, 255 en parlak ışık demektir. Üç kanalın her biri 256 değer alabildiğine göre, toplam birleşim sayısı 256 × 256 × 256 = 16.777.216'dır. «16,7 milyon renk» ifadesi buradan gelir.

Bu sayı etkileyici görünür, ama bir yanılgıya yol açabilir: 16,7 milyon kodun hepsi göze farklı görünmez ve ekran, gözün görebildiği bütün renkleri de üretemez. Kodların sayısı ile ekranın gösterebildiği renk aralığı ayrı şeylerdir; ikincisi EK-04'ün konusudur. Bit derinliğinin yetmediği yer ise yumuşak geçişlerdir: gökyüzü ya da bir yüzün gölgesi gibi çok yavaş değişen bir alanda, 256 basamak bazen gözün fark edebileceği bantlar bırakır. Daha yüksek bit derinlikleri ve bunun ne zaman gerektiği, ekran serisinin ilerleyen derslerinde ele alınıyor.

Alt piksellerin dizilişi

Alt piksellerin ekrandaki yerleşimi her ekranda aynı değildir. Büyüteç altında bazı ekranlarda kırmızı, yeşil ve mavi alt piksellerin eşit boyda, yan yana şeritler hâlinde dizildiğini görürsünüz. Başka ekranlarda şekiller ve sayılar farklıdır.

Yaygın bir örnek, PenTile adıyla bilinen dizilim ailesidir. Bu ailenin temel yapısı olan RGBG düzeninde her pikselde yalnız iki alt piksel bulunur ve yeşil alt piksellerin sayısı kırmızı ve mavininkinin iki katıdır. Bu tercih, gözün yeşil ışığa ve ince ayrıntıya en duyarlı olduğu bölgenin yeşil civarında olmasıyla açıklanır. Teknolojiyi ticarileştiren Clairvoyante şirketinin ilgili fikri mülkiyet haklarını Samsung 2008'de satın aldı.

Farklı dizilimler aynı görüntüyü küçük farklarla gösterir: çok ince yazıların kenarında hafif renkli saçaklar, bazı ekranlarda daha keskin, bazılarında daha yumuşak kenarlar. Ekranın ışığı nasıl ürettiği, yani LCD'de arkadan aydınlatma ile OLED'de kendi ışığını üreten pikseller arasındaki fark, EK-03'ün konusudur.

Örnek — ekranda bir portre

Bir fotoğraf uygulamasında, açık ve koyu tenli kişilerin bir arada durduğu bir grup portresini açın ve telefonun kamerasıyla ekranın bir yüzüne iyice yakınlaşın. Açık tenli birinin yanağında kırmızı ve yeşil alt pikseller parlak, mavi olanlar biraz daha sönük yanar. Koyu tenli birinin yanağında aynı üç alt piksel çok daha sönük yanar; kırmızı yine en parlak olanıdır. İkisinin arasında «ten rengi» diye ayrı bir ışık yoktur.

Bu gözlem, ekranların renkleri nasıl ürettiğini somutlaştırır ve bir şeyi daha gösterir: ekrandaki her ten, aynı üç kanalın farklı parlaklıklarıdır. Koyu tenler, alt piksellerin düşük basamaklarında yaşar; burada ekranın ayarları, parlaklığı ve bit derinliği, ayrıntının korunup korunmayacağını belirler. Bu yüzden bir görüntünün bütün tenlerde iyi göründüğünü sınamak, yalnız açık tenlere değil, ekranın alt basamaklarında yaşayan koyu tenlere de bakmayı gerektirir.

Sık yapılan yanlış

Özet

1. Her piksel, her biri tek bir ana renkte yanan alt piksellerden oluşur; göz bunları ayrı ayrı göremez ve birleşik bir renk algılar.
2. Sekiz bitlik kanallar 256 basamak verir; üç kanalın birleşimi 16.777.216 renk kodudur, ama kod sayısı ekranın gösterebildiği renk aralığıyla aynı şey değildir.
3. Alt piksellerin dizilimi ekrandan ekrana değişir; PenTile RGBG düzeninde piksel başına iki alt piksel vardır ve ekrandaki her ten, aynı üç kanalın farklı parlaklıklarıyla üretilir.

Kendini sına

1. (Kolay) Bir ekran pikseli genellikle hangi renklerde ışık üreten alt piksellerden oluşur?
2. (Kolay) Sekiz bitlik bir kanal kaç basamak parlaklık verir?
3. (Orta) Ekranda gördüğünüz sarıda gerçekten sarı ışık var mı?
4. (Orta) 16,7 milyon sayısı nereden gelir?
5. (Zor) PenTile RGBG dizilimi şerit dizilimden nasıl ayrılır ve bu tercih neyle açıklanır?
6. (Zor) Açık ve koyu tenli iki yüz ekranda nasıl üretilir ve koyu tenleri sınamak neden ayrıca önemlidir?

Cevaplar

1. Kırmızı, yeşil ve mavi («Büyütecin altında»).
2. 256 («16,7 milyon renk»).
3. Ekranda sarı ışık yayan ayrı bir alt piksel yoktur. Sarı, kırmızı ve yeşil alt piksellerin birlikte yanmasıyla oluşur; göz bu iki ışığı tek bir sarı gibi algılar. Işığın içinde sarıya düşen dalga boyları ekran türüne göre az ya da çok bulunabilir, ama gördüğümüz sarıyı karışım üretir («Sarının sırrı»).
4. Her kanal 256 basamak alabildiği için 256 × 256 × 256 = 16.777.216 birleşim vardır («16,7 milyon renk»).
5. Şerit dizilimde her pikselde kırmızı, yeşil ve mavi üç alt piksel yan yana bulunur; RGBG düzeninde piksel başına iki alt piksel vardır ve yeşiller kırmızı ve mavilerin iki katıdır. Bu, gözün yeşil civarında en duyarlı olmasıyla açıklanır («Alt piksellerin dizilişi»).
6. İkisi de aynı üç alt pikselin farklı parlaklıklarıdır: #F1C7A9 yaklaşık 241, 199 ve 169, #4A2C1D 74, 44 ve 29 değerlerinde yanar. Koyu tenler alt basamaklarda yaşadığı için ekran ayarları ve bit derinliği ayrıntının korunmasını belirler; bu yüzden onlara ayrıca bakılır («Sarının sırrı», «Örnek — ekranda bir portre»).

Kaynaklar

• OLED-Info, «Pentile OLEDs: introduction and market status».
• Charles Poynton, «Digital Video and HD: Algorithms and Interfaces», 2. baskı, Morgan Kaufmann (Elsevier), 2012.
• R. W. G. Hunt, «The Reproduction of Colour», 6. baskı, Wiley, 2004.

Sonraki adım

EK-02, büyüteç altında gördüğümüz üç parlaklığı yazının diline taşıyor: aynı rengin RGB, onaltılık kod, HSL ve HSV olarak dört ayrı biçimde nasıl yazıldığını bir sözlük gibi yan yana koyuyor ve bu yazılışların birinden ötekine geçerken nelerin kaybolduğunu gösteriyor. EK-04 ise ekranın erişemediği renklere bakıyor: bir rengin yeni bir telefonda görünüp eski bir monitörde neden hiç görünmediğini, sRGB'den Rec. 2020'ye büyüyen gam üçgenleriyle anlatıyor.