画面解像度
画面解像度(がめんかいぞうど、en, screen resolution)は、慣用的にコンピュータ等のディスプレイに表示される総画素数を指す。
本来の「解像度」の言葉通り、画面の精細さを指すこともあるが、区別する場合は画素密度またはピクセル密度 (pixel density) と称される。
画素数を表す場合は「横×縦」や「横x縦」などの形(例えば1024×768, 1920×1080)で示され、密度を表す場合は「○ dpi」や「○ ppi」の形(例えば96 dpi, 600 ppi)で示される。
ドットマトリクス型の電子ディスプレイ(以下、ディスプレイ)では画素(ピクセル、pixel)と呼ばれる小さな点を縦横に並べ、それらの点を別々に制御することで画面を表示している。
現在、一般に使用されている液晶ディスプレイでは赤・緑・青の3つの副画素(サブピクセル)のそれぞれの輝度を制御することで多様な色を生み出しており、通常は副画素3つ合わせて1つの正方形画素になっている。例外として、シャープの『クアトロン』では赤・緑・青・黄の4色、ジャパンディスプレイの『WhiteMagic』では赤・緑・青・白の4色で正方形画素を構成している。
一般的には、ディスプレイ上で平面的に展開する画素の総数を、仕様における画面解像度としている。したがって、副画素の総数ではない。
ただし、一部の機種では、ベイヤー配列に似たペンタイル配列など、副画素の色と配置構成を変えることで実際よりも見掛け上の画素数を上げている場合があり、この場合正方形画素とはならないが、全体として正方画素と近似するように配置しているため、見掛け上の画素数を仕様における画面解像度としている。
通常は同一の表示サイズで比較する場合、画素数が多いほど細やかで綺麗な表示が可能となる。つまり、表示画面上の長さ当たりに存在する画素数(解像度)によって表示の精細度が定められる。例えば「表示領域の水平長が10 cmで水平方向画素数が1,000個」の場合と「表示領域の水平長が20 cmで水平方向画素数が2,000個」であった場合、水平方向の画面解像度は同一の10 pixels/mmとなる。
ただし、実際には、歴史上フラスコの底の形をした円形ブラウン管の直径の解像度を表した経緯から、現在でも水平長ではなく、画面外接円の直径となる、対角線の精細度として表示される。
印刷分野においてインチ単位での解像度(スクリーン線数)が用いられていたことからコンピュータ等もこの単位長さにはインチが用いられておりISO加盟国においても、解像度の単位は1インチ (= 25.4 mm) 当たりの画素数(単位は dpi: dots per inch または ppi: pixels per inch)で表示されることが多い。
ドットの物理的な並びは「ドットピッチ」、1インチの長さあたりのドット数は「dpi」と表記されるが、2023-01では、画面解像度をあらわす単位として印刷分野の単位と区別する目的でppiがしばしば用いられる。これは階調表現能力が異なる別の技術に、同一の単位を用いることで発生すると思われる混同を防止するためである。
例えば印刷の100 dpiとディスプレイの100 pixels/inchを同じ単位 (dpi) で表現すると、あたかも同じ表現能力であるかのような誤解を生じる。単色2値データのみで比較すると同等であるが、印刷においては網点を用いて多色・多階調を表現するため、物理的解像度は落ちてしまう(周囲のドットを利用するため)。一方、ディスプレイの画素では256階調や4096階調といった多値表示が可能であるためディスプレイの100 pixels/inchのほうが表示能力が高く情報量が多いことになる。なお、本稿においては誤解を生じる恐れがないため、dpiとppiを同じとして記載している。これは例えば1,000ピクセルの画像を100 %表示すれば1,000ドットとなることによる。
Classic Mac OS/macOSの場合、1984年に初代Macintoshがリリースされた後、Retinaディスプレイが登場するまでの間、画面解像度は72 dpiに統一されていた。これは、WYSIWYG設計思想の実装に基づき1ポイントを1ピクセルに相当させたためである。ディスプレイの大きさが同じならばピクセル数は一定で、本体側のソフトウェアやハードウェアでは変更できないため、拡大率を100 %にしたときディスプレイで見たままの大きさの文字や図形をプリンターにて印刷できる仕組みであった。
Microsoft Windowsの場合、Windows XPよりも前のバージョンでは、ディスプレイ解像度は96 dpiであると仮定されてきた。XPでは96 dpiおよび120 dpiの2つのDPI値と、カスタムDPI設定が導入されたが、XPのDPIスケーリングは実質的に前述2つの値で決め打ちだった。これは、下位レベルのグラフィックスAPIであるGDIの座標系が、整数にしか対応していなかったためでもある。また、ほとんどのアプリケーションはシステムのDPI設定が96 dpiであるという前提であったため、100 %の設定以外では正常に描画されないという問題もあった。Windows VistaではDesktop Window Manager (DWM) とともにDPI仮想化の技術が導入され、システムDPI認識(System DPI Aware)に対応していない(マニフェストで宣言していない)古いアプリケーションは96 dpiの仮想環境で強制的に動作させることが可能となったが、テキストの描画結果がぼやけるなどの問題が発生した。Vistaとともにリリースされた.NET Framework 3.0では、倍精度浮動小数点数によるデバイス非依存の論理ピクセルを採用したWPFが導入され、またWindows 7では単精度浮動小数点数によるデバイス非依存の論理ピクセルを採用したDirect2Dが導入されたことで、アプリケーションの高DPI対応が容易になった。Windows 7およびWindows 8では、以下のような解像度が選択肢として規定されていた。デフォルト値(既定値)は実際のハードウェアによって異なり、またハードウェアによっては表示されない選択肢もある。
小 - 100 % (96 dpi)
中 - 125 % (120 dpi)
大 - 150 % (144 dpi)
特大 - 200 % (192 dpi)
Windows 8まではシステム全体で1つのDPI値しか設定できなかったが、Windows 8.1ではさらにディスプレイごとのDPI設定と認識(Per-Monitor DPI Aware)が可能となった。この機能を利用するには、アプリケーション側の対応も必要となる。
モバイルデバイス環境や4Kディスプレイなど、画面解像度(密度)は多様化する傾向にあるが、プラットフォームごとに用意された方法に従うことで、アプリケーションを様々な画面解像度に対応させることができる。
画面モードとはディスプレイに表示される総画素数(横×縦のピクセル数)、またはそれに加えてリフレッシュレート、色深度などの値を定義したものでコンピュータの歴史上さまざまな規格が利用されてきた。
特定のコンピュータでどの画面モードが表示できるのかは、そのコンピュータに搭載されているビデオカードの性能に依存している。よって特定の画面モードを得たい場合はそのビデオカードが必要な容量のビデオメモリを搭載していることと、ディスプレイのインタフェース仕様に合致する適切な信号を生成できるものであることが条件となる。また当然であるが、その画面モードの画面解像度を表示できる能力を備えたディスプレイを用いる必要がある。ただし、表示内容を観察するためだけであればその信号を表示できるディスプレイを用いれば十分である場合もある。
画素数で示される類似のものとしては、デジタルカメラのカラー撮像装置があるが、カラー撮像装置の光感「画素」については、ディスプレイでは副画素として扱っているものを「画素」として扱い、その総数を画素数としている場合が多い。このため、仕様画素数が同じであればカラー撮像装置よりディスプレイのほうが高精細である傾向にある。例えば、カラー撮像装置の撮像「画素」が正方形のベイヤー配列ならば、通常ディスプレイのほうが4倍解像度が高い。
消費者向けカラーテレビ製品においては、画面解像度とほぼ同義語である「definition」が「画質」として呼ばれることが多いが、直訳すれば「image quality」となるように、本来なら画面解像度だけで画質が決まるわけではない。画質を左右する要素は、それぞれの画素が表示できる色数や、その再現性など、他にも多くの要素を考慮に入れる必要がある。
以下の表はピクセル数の少ない順に画面モードの種類を並べたものである。
多くの解像度で4で割り切れる偶数が用いられるが、4で割り切れない単偶数が用いられることもある。また、アスペクト比を優先するために奇数が採用される場合もある。
「比」はピクセル数の比で、ピクセルが正方形ならば画面アスペクト比に等しいが、一部の規格(主に古い規格)はピクセルが正方形ではないので画面アスペクト比は異なる。
ピクセルが正方形ならば、画素密度による画面解像度はピタゴラスの定理から
\mbox{Resolution} = \frac{\sqrt{\mbox{Width}^2 + \mbox{Height}^2}{\mbox{inch}
で求まる。
なお、ブラウン管には表示されない領域(ブランキング期間)があるが、仕様上のインチ数は表示領域の対角長ではなく管自体の対角長となる。
アナログ放送においては、各ドットが正方形ではなく長方形になっているものがほとんどであった。デジタル放送ではパソコンのモニター同様、各ドットが正方形になっている。
480i - 走査線243本のインターレース方式。主に南北アメリカと日本周辺(有効垂直解像度480本)
576i - 走査線288本のインターレース方式。主にヨーロッパ諸国(有効垂直解像度576本)
576p - 720 × 576 プログレッシブ方式
HD - 1280 × 720 プログレッシブ方式 (有効垂直解像度720本)
Full HDi - 1920 × 1080 走査線540本のインターレース方式(有効垂直解像度1080本)
Full HD - 1920 × 1080 プログレッシブ方式(有効垂直解像度1080本)
4K UHDTV - 3840 × 2160 プログレッシブ方式
8K UHDTV - 7680 × 4320 プログレッシブ方式
PCでは一般のアナログテレビの画面に倣った横:縦の比率4:3のもの(640×480、800×600、1024×768など)が長く使用されていたが、Windows Vistaが登場した2005年ごろからハイビジョン(国内外のデジタルテレビを含む)や映画などとの比率に近い16:10 (8:5) や16:9といった横長(ワイド)の画面が多くなっている。2016年現在、16:9のアスペクト比(1280×720、1366×768、1920×1080など)が主流である。このため、アスペクト比は、互いに素となる整数のほか、4:3または16:9に比してどのくらい違うのかという数値で表されることがおおい。インフォメーションディスプレイやスマートフォン、タブレット端末ではしばしば90度回転させて、縦横の長さが入れ替わった状態で使用される。