Università degli Studi di Ferrara. Docente: Dott. Andrea Silvestri. - Immagini -

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1 Università degli Studi di Ferrara Corso di Laurea in Tecnologie per i Beni Culturali 1 A.A.2009/2010 Corso di Informatica 2 Docente: Dott. Andrea Silvestri - Immagini -

2 2 Sommario Immagine digitale metodi di trasformazione Concetti di Risoluzione Profondità Qualità Modelli di colore Compressione Formati

3 3 Cos è un immagine Una immagine è un insieme continuo di informazioni Ogni punto di un immagine è caratterizzato da una particolare grandezza: il colore

4 4 Immagine Digitale 1/3 Si usa lo stesso principio di una immagine reale Differenza: i punti sono disposti in modo regolare griglia g di punti equidistanti Punti chiamati pixel (PIcture ELements) La loro struttura è visibile ingrandendo l immagine

5 5 Immagine Digitale 2/3 Digitalizzazione Processo che trasforma immagine reale in digitale Si pone una griglia g regolare sopra l immagine reale da digitalizzare griglia di campionamento Ogni elemento della griglia conterrà una porzione di immagine porzione approssimata da un unico valore Una griglia di campionamento con maglie più larghe produce un immagine meno dettagliata

6 6 Immagine Digitale 3/3 Composta da un numero finito di elementi collocazione valore Sono i pixel Definita da una matrice di punti due dimensioni specifica in termini numerici il colore dei punti Immagini raster

7 7 Elaborazione Esistono diverse tecniche per memorizzare ed elaborare immagini Ddigital image processing Elaborazione delle immagini mediante un computer

8 8 Acquisizione Processo di rivelazione e registrazione Prende l'immagine su un supporto adatto per gli usi successivi Tecnologie principali: fotochimiche pellicola fotografica fotoelettroniche telecamera + dispositivo di memoria L'acquisizione immagine digitale produce una immagine numerica su un supporto accessibile Immagine digitale monocromatica ottenuta a partire da dati acquisiti con sensori output di un sensore è una grandezza continua le cui variazioni spaziali e/o temporali di ampiezza seguono una legge La creazione dell immagine digitale a partire dal segnale analogico passa per due processi: Campionamento a o Quantizzazione

9 9 Digitalizzazione Per rendere digitale un immagine continua Due Fasi: Campionamento spaziale: Suddivisione i i della superficie i dell immagine i in un determinato t numero di pixel Quantizzazione cromatica: Associazione di un numero che rappresenta il colore medio per ogni pixel Una griglia regolare viene posta al di sopra di un immagine griglia di campionamento Ogni elemento della griglia contiene una porzione di immagine Approssimata con un unico valore (quantizzazione)

10 10 Esempio

11 11 Digitalizzazione e qualità Griglia fitta Risultato migliore Maggiore numero pixel generati Maggiore è il numero dei pixel Minore la loro dimensionei Migliore è la definizione dell immagine Maggiore è l occupazione di memoria Per ogni pixel memorizzato un colore fra quelli di una tavolozza Palette Maggiore è il numero di colori migliore è la qualità maggiore la memoria occupata

12 12 Quantizzazione Conversione dell'immagine campionata in valori numerici ii Esempio il bianco viene convertito in 0 il nero in 1 Si ottiene una rappresentazione binaria Approssimazione dell immagine originaria DIGITALIZZAZIONE = PERDITA di QUALITA Risoluzione più fedele aumentando numero di pixel

13 13 Dimensione I pixel che compongono un immagine rappresentano la dimensione Espressa indicando separatamente il numero di pixel orizzontali il numero di pixel verticali Es. 800 x 600 pixel

14 14 Risoluzione e profondità Un immagine caratterizzata da: Dimensione: numero di pixel espressi tramite larghezza per altezza (MxN) Profondità: numero di bit usati per rappresentare un singolo pixel legata al numero di colori rappresentabili (k)

15 15 Risoluzione Immagine di una certa dimensione visualizzata su un supporto a grandezze differenti Al variare delle dimensioni di visualizzazione cambia la risoluzione dell immagine La risoluzione dipende dalle dimensioni dell immagine ma anche dalle dimensioni del supporto La risoluzione di misura in punti/pollice (dpi) In altre parole la risoluzione è legato a quanto sono fitti i punti che visualizziamo Nota Una certa risoluzione ione può non essere sufficiente se l immagine deve e essere riprodotta in grandi dimensioni

16 16 Risoluzione Esempi 1/2 Espressa in elementi per unità di lunghezza pixel per inch (ppi) dot per inch (dpi): punti per pollice valori accettabili sono (66-75) dpi Rappresenta una densità in relazione alla dimensione del supporto di visualizzazione La risoluzione interviene sia al momento della visualizzazione dell immagine sia al momento della sua acquisizione per visualizzare un immagine su un monitor la risoluzione è di 72 dpi Per una stampante a getto d'inchiostro tra i 150 e i 300 dpi

17 17 Risoluzione Esempi 2/2

18 18 Profondità Il numero di colori assegnabili ad un pixel viene chiamato intervallo dinamico (L): [0,L-1] L=2 k I livelli sono equidistanti e interi da una potenza intera di 2 La profondità di colore è il numero di bit riservati ad ogni pixel indicata con k E una misura della capacità di rappresentare varie sfumature di colore Quando un immagine ha 2 k livelli di grigio, l immagine è a k-bit Esempio un immagine con 256 valori possibili di livelli di grigio è una immagine a 8-bit (2 8 = 256)

19 19 Profondità Esempi Un'immagine in b/n, senza sfumature 1 bit per ogni pixel nero (0) oppure bianco (1) Livelli di grigio corrisponde a ogni singolo livello una sequenza di bit con 4 bit posso rappresentare 16 livellilli con 8 bit posso rappresentare 256 livelli Un associazione molto usata un byte (8 bit) ad ogni pixel

20 20 Qualità Determinata da numero di campioni numero di livelli lli di grigio i usati per campionamento e quantizzazione i Le dimensioni di ogni singolo elemento devono essere scelte in base alle esigenze Con pixel di grande dimensione Risoluzione scadente ben visibile la discontinuità di grigio al confine tra i pixel Man mano che la dimensione dei pixel si riduce l effetto diventa meno visibile fino al punto che si ha l impressione di una immagine continua Se la dimensione dei pixel resta invariata variazione di risoluzione provoca una variazione delle dimensioni dell immagine

21 21 Qualità Esempi

22 22 Colori 1/2 I coni sono i sensori, presenti nell occhio, responsabili della visione a colori Ogni colore percepito può essere visto come una combinazione dei tre cosiddetti colori primari: rosso (R) verde (G) blu (B) I colori primari possono essere sommati a due a due in modo da produrre i colori secondari: magenta (M): rosso + blu ciano (C): verde + blu giallo (Y): rosso + verde La miscela dei tre primari oppure la miscela di un secondario e del suo primario opposto produce luce bianca Una appropriata combinazione dei colori secondari oppure una combinazione di un secondario con il suo primario opposto produce il nero

23 23 Colori 2/2 Un immagine RGB sovrapposizione di tre immagini in scala di grigi g ognuna con un filtro colorato Ad ogni punto dell immagine i associato un valore numerico per ogni canale di colore pertanto l immagine risulta rappresentata da 3 matrici

24 24 Modelli di Colore 1/3 Consente di specificare i colori in modo standard Sistema di coordinate 3-D perché tre sono le caratteristiche che definiscono un colore (RGB) Ogni colore è rappresentato t da un singolo punto Modelli più comunemente usati: Modello RGB (red, green, blue) per monitor e un ampia classe di videocamere Modello CMY (cyan, magenta, yellow) e il modello CMYK (cyan, magenta,yellow,, black) per la stampa a colori Modello HSI (hue, saturation, intensity) che corrisponde al modo in cui gli esseri umani descrivono e interpretano il colore

25 25 Modelli di Colore 1/3 RGB ogni colore è definito mediante l intensità dei tre primari (rosso, verde e blu) basato su un sistema di coordinate cartesiane il sotto-spazio di riferimento è un cubo di lato unitario rosso, verde e blu sono ai vertici sugli assi ciano, magenta e giallo sono ai vertici opposti nero è all origine ed il bianco è al vertice più lontano la diagonale che li congiunge è la scala dei grigi Esempio si usano 8 bit per ciascun pixel di ciascuna delle tre immagini 256 colori per ogni canale R-G-B ogni pixel a colori ha una profondità di 24 bit numero totale di colori in una immagine di questo tipo è [(2) 8 ] 3 =

26 26 Esempi Colori RGB Spigoli

27 27 Immagini Vettoriali Raster consiste nell esprimere l immagine semplicemente come l insieme dei pixel che la compongono non c è informazione sul contenuto dell immagine Vettoriale contiene una descrizione geometrica (matematica) di ogni oggetto grafico che la compone funzione matematica per le forme geometriche più compatte modelli matematici sono gestiti direttamente dal software utente manipola gli oggetti in modo intuitivo e interattivo. Es. CAD possono essere meglio manipolate (es. ingrandimento) senza perdere risoluzione quando vengono visualizzate devono subire un processo di rasterizzazione dipendono dal software non esistono standard universali Problemi Non tutte le immagini hanno caratteristiche geometriche; Si stanno studiando tecniche per applicare il formato vettoriale a tutti i tipi di immagine

28 28 Formato RAW Non è un formato standard Ogni casa produttrice adotta il suo formato RAW proprietario. I files RAW presentano estensioni diverse a seconda del produttore. Possiede un'elevata profondità di colore: 14 o 12 bit per canale Nessuna perdita di informazione i tutti i dati acquisiti vengono memorizzati senza subire elaborazioni E' caratterizzato da files di grosse dimensioni I files non sono direttamente utilizzabili richiedono software specifici per essere convertiti in immagini

29 29 Compressione 1/2 Gli schemi di compressione sfruttano la ridondanza delle immagini riducendo le dimensioni dei file lavorano bene con aree uniformi Esistono 3 parametri per la compressione grado di compressione qualità dell immagine (algoritmi lossless e lossy) velocità di compressione/decompressione Ridondanza di un immagine Ridondanza spaziale di pixel: in ogni area dell immagine lo stesso colore si espande per più pixel, pertanto pixel adiacenti hanno lo stesso valore di linea: una parte della scena contiene oggetti orientati verticalmente, pertanto linee adiacenti sono parzialmente le stesse Ridondanza temporale La scena è stazionaria o lenta, pertanto frame adiacenti temporalmente sono simili

30 30 Compressione 2/2 Capacità di compressione rapporto di compressione tra input/output Tipi: Lossless (senza perdita di informazione) l immagine non viene alterata; qualità di output = qualità di input es. Es: BMP, GIF, TIFF, PNG Lossy (con perdita di informazione) si sacrifica la qualità per comprimere di più es. formato JPEG, fino a 20:1

31 31 Formati Vari BITMAP GIF JPEG formato standard delle immagini raster di Microsoft Windows (estensione file bmp) Occupa molta memoria Consente la visualizzazione i di milioni i di colori (8-24 bits) supporta le gestioni di colore RGB, scala di colori e scala di grigio Non supporta il canale Alpha (il canale della trasparenza) né l animazione. Per piccole immagini si può utilizzare il formato GIF (estensione gif) consente rapide visualizzazioni possibile definire un solo colore trasparente Le immagini GIF possono utilizzare al massimo 256 colori differenti GIF è appropriato in particolare per disegni in bianco e nero, e immagini con grandi blocchi di colori a tinta unita non è indicato per la stampa fotografica o per immagini che debbano avere alti livelli qualitativi Animazioni È il formato più utilizzato per la rappresentazione di immagini sul Web particolarmente indicato per foto ed immagini a tono continuo Non ha limiti sulla visualizzazione dei colori supporta le gestioni di colore RGB, CMY e scala di grigio Non supporta il canale Alpha (il canale della trasparenza)