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TV e Monitor HD e 4K: La risoluzione

Come ottenere la massima esperienza visiva in HD, QHD e 4K

Cos’è la risoluzione dello schermo?

La risoluzione è il numero di pixel orizzontali e verticali presenti su un display. La risoluzione Full HD, ad esempio, è composta 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
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 tra 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). Per 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

La 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 occhi1.

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 loro e appaiono sfuocati. Come accade in tutti i sistemi ottici, anche gli occhi umani hanno un angolo di risoluzione2 minimo (MAR, Minimum Angle of Resolution) sotto il quale non sono più in grado di distinguere i dettagli. Si tratta della più breve distanza in cui due linee vicine vengono percepite come separate. Tale distanza dipende dalla salute della retina e dalla precisione minima del sistema ottico oculare (diversa da persona a persona).

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 di distanza già caliamo sotto i 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” rossa su sfondo nero; 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
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 e dandoci l’illusione di guardare un’immagine uniforme invece di una serie di quadratini separati ma accostati tra loro.

Al contrario, se ci mettiamo di fronte a due schermi di pari dimensioni ma con una risoluzione differente e ci avviciniamo gradualmente, lo schermo con risoluzione minore perderà qualità molto più velocemente rispetto a quello dotato di risoluzione maggiore. Possiamo concludere 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 le sorprese non sono finite qui, perché la risoluzione spaziale degli occhi non è uniforme. In prossimità della regione centrale della retina, l’acutezza visiva è molto elevata e degrada velocemente man mano che ci si allontana da essa. Sebbene l’occhio riceva 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 fovea3. Ciò significa che la nostra visione periferica è molto, molto meno dettagliata (sfuocata) rispetto a quella centrale. Se ci avviciamo troppo all’immagine, il campo visivo (in inglese FoV: Field of View) è troppo ampio e non ci permette di vedere bene i dettagli periferici. D’altro canto se ci allontaniamo troppo, la risoluzione spaziale diminuise drasticamente inficiando l’immagine nella sua interezza.

Queste informazioni sono molto importanti per riuscire a capire come ottenere il massimo da TV e monitor ad alta o altissima definizione, tenendo in considerazione ogni possibile fattore: le dimensioni del pannello, la sua risoluzione in pixel, le proporzioni ideali, e una corretta distanza di visione che tenga ben presenti anche i limiti organici della vista umana.

Note a piè di pagina

  1. Michael F. Deering. The Limits of Human Vision. 1998. ↩

  2. Michael Kalloniatis & Charles Luu. Visual Acuity, Webvision. 1995. ↩

  3. Carl Nave. The Retina, Hyperphysics, Georgia State University. 2001. ↩