Sistemi di Elaborazione delle Informazioni

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1 Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 Elaborazione delle Immagini Sistemi di Elaborazione delle Informazioni prof. Salvatore Siracusa Prima che fotografie e immagini possano essere elaborate sul computer, esse devono essere digitalizzate (espresse come sequenze di zeri ed uni) tramite processi chiamati campionamento, quantizzazione e codifica. 3/3/27 Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 Suddividiamo l immagine mediante una griglia formata da righe orizzontali e verticali a distanza costante Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 Ogni quadratino derivante da tale suddivisione prende il nome di pixel (picture element) e può essere codificato in binario secondo la seguente convenzione: Il simbolo viene utilizzato per la codifica di un pixel corrispondente ad un quadratino in cui il bianco è predominante Il simbolo viene utilizzato per la codifica di un pixel corrispondente ad un quadratino in cui il nero è predominante 3/3/27 3/3/27 Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 3/3/27 3/3/27 Poiché una sequenza di bit è lineare, è necessario definire convenzioni per ordinare la griglia dei pixel in una sequenza. Assumiamo che i pixel siano ordinati dal basso verso l alto e da sinistra verso destra

2 Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 Non sempre il cortorno della figura coincide con le linee della griglia. Quella che si ottiene nella codifica è un approssimazione della figura originaria Se riconvertiamo la sequenza di stringhe in immagine otteniamo La rappresentazione sarà più fedele all aumentare del numero di pixel, ossia al diminuire delle dimensioni dei quadratini della griglia in cui è suddivisa l immagine 3/3/27 3/3/27 Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 Le immagini bitmap Una immagine digitale bitmap è costituita da una matrice di punti detti picture elements (pixel), simili ai punti della retinatura nelle immagini a stampa Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 Le immagini bitmap: caratteristiche Ciascun punto rappresenta una porzione di immagine in un particolare colore o tono di grigio e viene codificato mediante uno o più bit Il numero di punti in un data area determina la risoluzione dell immagine Il numero di colori o di toni di grigio che ciascun punto può rappresentare individua la profondità di colore 3/3/27 3/3/27 Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 2 dpi 3/3/27 72 dpi 6 dpi Risoluzione Il numero di pixel presenti sullo schermo (colonne x righe) prende il nome di risoluzione La risoluzione spaziale è il più piccolo dettaglio distinguibile in una immagine: il rapporto tra dimensione dell immagine e numero di punti che utilizziamo per descriverla si chiama risoluzione e si misura in dpi (dots per inch, punti per pollice). Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 Effetti della variazione di risoluzione spaziale Una stessa immagine può essere rappresentata con un numero differente di pixel, per esempio modificando le dimensioni dei pixel, a parità di dimensioni dell immagine: 3/3/27 2

3 Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 Effetti della variazione di risoluzione spaziale 2 Un altro esempio: Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 Assegnando un bit ad ogni pixel è possibile codificare solo immagini in bianco e nero Per codificare le immagini con diversi livelli di grigio oppure a colori si usa la stessa tecnica: per ogni pixel viene assegnata una sequenza di bit 3/3/27 3/3/27 Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 La profondità di colore La profondità di colore è determinata dal numero di bit utilizzato per rappresentare ciascun pixel Una immagine in bianco e nero associa a ciascun punto un solo bit Una immagine con 256 toni di colore o di grigio associa a ciascun pixel 8 bit (un byte) Una immagine a 6 milioni di colori associa a ciascun pixel 6 bit Una immagine a 6 milioni di colori associa a ciascun pixel 24 o 32 bit 3/3/27 Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 (grigio e colore) Per memorizzare un pixel non è più sufficiente un solo bit Per esempio, se utilizziamo quattro bit possiamo rappresentare 2 4 = 6 livelli di grigio o 6 colori diversi Mentre con otto bit ne possiamo distinguere 2 8 = 256, ecc. 3/3/27 Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 L uso del colore Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 L uso del colore Il colore può essere generato componendo 3 colori: red, green, blue (RGB) Ad ogni colore si associa una possibile sfumatura Usando 2 bit per ogni colore si possono ottenere 4 sfumature per il rosso, 4 per il blue e 4 per il verde che, combinate insieme, danno origine a 64 colori diversi Ogni pixel per essere memorizzato richiede 6 bit 3/3/27 Usando 8 bit per ogni colore si possono ottenere 256 sfumature per il rosso, 256 per il blu e 256 per il verde che, combinate insieme, danno origine a circa 6,7 milioni di colori diversi (precisamente colori) Ogni pixel per essere memorizzato richiede 3 byte 3/3/27 3

4 Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 COMBINAZIONI DI COLORI Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 RGB I componenti fondamentali possono essere il Rosso, Verde e Blu (Red Green Blue) usati per produrre luminosità dalla cui massima combinazione deriva il bianco (usato, ad esempio, per produrre il colore su monitor) 3/3/27 3/3/27 Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 RGB Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 COMBINAZIONI DI COLORI Oppure i componenti fondamentali possono essere il ciano magenta e giallo (CMY) usati per sottrarre luminosità, come nel caso della combinazione CMY (Cyan Magenta Yellow), dalla cui massima Combinazione deriva il nero (usato, ad esempio, per produrre delle stampe su carta) 3/3/27 3/3/27 Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 B/N canale bit per canale b/n 8 kbyte Scala di colore canale 8 bit 256 colori 638 Kb 3/3/27 RGB 3 canali, 8 bit per canale (mil di col) 87 Kb Scala di grigi canale 8 bit 256 toni di grigio 638 Kbyte CMYK 4 canali, 8 bit per canale 249 Kb Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 3/3/27 Grafica bitmap Le immagini codificate pixel per pixel sono dette immagini in grafica bitmap Le immagini bitmap occupano parecchio spazio Esistono delle tecniche di compressione che permettono di ridurre le dimensioni Ad esempio, se più punti vicini di un immagine assumono lo stesso colore, si può memorizzare la codifica del colore una sola volta e poi ricordare per quante volte deve essere ripetuta I formati come GIF e JPEG sono formati compressi 4

5 Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 Grafica vettoriale Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 Se le immagini sono regolari si può usare una codifica di tipo vettoriale In una codifica di tipo vettoriale non si specificano le informazioni di colore dei singoli pixel Invece ogni elemento geometrico primitivo (per esempio linee, curve) viene specificato individualmente Le immagini vengono costruite a partire dalla descrizione degli elementi che le compongono mediante un linguaggio testuale o delle formule geometriche Spesso occupano meno spazio rispetto alle immagini bitmap La grafica bitmap, invece, riesce a rendere con qualità maggiore immagini con un numero elevato di colori Immagini complesse od irregolari: codifica bitmap (o raster) Immagini regolari: codifica vettoriale Codifiche ibride (raster/vettoriale) Codifiche standard: Postscript, PDF 3/3/27 3/3/27 Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 La digitalizzazione delle immagini Esistono due tipi di immagini digitali: raster (bitmap) in cui le immagini sono rappresentate sul supporto digitale come una matrice di punti ciascuna rappresentata da uno o più bit vettoriali in cui le immagini sono rappresentate come funzioni vettoriali che descrivono curve e poligoni Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 La digitalizzazione delle immagini Le immagini digitali bitmap occupano tanto più spazio di memoria quanto più aumenta la loro qualità Una immagine di un pollice quadrato a 75 dpi e 256 toni di grigio occupa 75x75x256 = 43 Kbyte ca Una immagine di un pollice quadrato a 3 dpi e 6 milioni di colori occupa 3x3x24 = 2 Mbyte ca 3/3/27 3/3/27 Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 La memorizzazione delle immagini Le immagini digitali sono memorizzate su file con diversi formati alternativi, ciascuno in grado di codificare un determinato numero di colori e dotato di caratteristiche peculiari Alcuni di questi formati prevedono forme di compressione, cioè di riduzione dei bit dell immagine in modo da ridurne l occupazione di memoria 3/3/27 Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 La compressione delle immagini Gli algoritmi di compressione si dividono in due categorie Compressione senza perdita: la codifica avviene riducendo le aree di colore uguale in modo tale da poter ricostruire esattamente l immagine originale; ha un rapporto medio di compressione di 2: Compressione con perdita: la codifica avviene eliminando definitivamente alcune informazioni statisticamente meno rilevanti per la ricostruzione dell immagine; permette rapporti di compressione fino a : 3/3/27 5

6 Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 I formati di immagine digitale Università degli Studi di Messina Policlinico G. Martino - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 26/27 I formati di immagine digitale 2 Tra i formati di immagini digitali bitmap più diffusi ricordiamo: BMP: supporta una profondità di colore fino a 24 bit e adotta la compressione senza perdita RLE PCX: supporta una profondità di colore fino a 24 bit e adotta la compressione senza perdita RLE TIFF: supporta profondità di colore fino a 24 bit e supporta la compressione senza perdita LZW GIF: supporta una profondità di colore di 8 bit e adotta la compressione LZW; è lo standard sul Web JIF o JPEG: supporta supporta una profondità di colore fino a 24 bit e adotta la compressione con perdita omonima, che consente di scegliere un rapporto di compressione variabile fino ad un massimo di : con una discreta intelligibilità dell immagine; è il secondo standard per le immagini sul Web 3/3/27 3/3/27 6

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