Immagini digitali Appunti a cura del prof. ing. Mario Catalano

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1 Immagini digitali Appunti a cura del prof. ing. Mario Catalano

2 LA CODIFICA DELLE IMMAGINI Anche le immagini possono essere memorizzate in forma numerica (digitale) suddividendole in milioni di punti, per ognuno dei quali si definisce il colore in termini numerici. Ogni quadratino di questa griglia prende il nome di pixel (picture element). Ad ogni pixel può essere assegnato un valore binario ad es. se nel quadratino prevale il bianco e se nel quadratino prevale il nero.

3 La definizione di un immagine tramite i suoi pixel è propria delle immagini RASTER, una categoria di immagini Esiste una categoria di immagini definita Il principio è quello della fotografia, con la sua grana VETTORIALE, in cui i disegni sono dei tracciati, non definiti per punti ma per linee o curve

4 Un immagine VETTORIALE ha il vantaggio di non risentire della sgranatura negli ingrandimenti. Richiede un elaborazione matematica, che ne garantisce la proporzionalità dei volumi

5 Le immagini vettoriali Per immagini di tipo geometrico Per immagini riconducibili a insiemi di forme determinate (triangoli, rettangoli, cerchi ) è possibile non rappresentare l immagine stessa ma il procedimento per costruirla. Tracciare la circonferenza di centro in (7,5), raggio 35, colore blu, riempimento nullo; Tracciare il rettangolo di vertici opposti in (8,7) e in (2,), colore rosso, riempimento giallo.

6 Esempio di immagine vettoriale

7 Formato vettoriale La rappresentazione vettoriale ha il vantaggio di diminuire enormemente la dimensione dell immagine facilitare un ridimensionamento L ovvio svantaggio è che questa rappresentazione non può essere utilizzata per immagini pittoriche.

8 Prima conclusione Il Computer può memorizzare OGNI documento con la risoluzione e la profondità cromatica desiderata, trattando tutto come dei numeri. Per ora questo potrebbe esserci indifferente, visto che non siamo ancora in grado di apprezzare la scelta numerica (digitale) rispetto a quella analogica. Vedremo poi i vantaggi

9 LA CODIFICA DELLE IMMAGINI Partiamo a contare i quadratini dal più in basso a sx Posso assegnare a questa figura geometrica la seguente serie di bit: Che posso memorizzare in un file: archivio, fila I file sono caratterizzati da un nome e una estensione nome.ext (rettangolo.bmp)

10 LA CODIFICA DELLE IMMAGINI

11 LA CODIFICA DELLE IMMAGINI Aumentando il numero dei quadratini, (pixel) in cui scompongo l immagine la digitalizzazione sarebbe più precisa

12 LA CODIFICA DELLE IMMAGINI Aumentando il numero dei quadratini, (pixel) in cui scompongo l immagine la digitalizzazione sarebbe più precisa

13 LA CODIFICA DELLE IMMAGINI Quindi con bit per pixel potrei codificare assenza o presenza di nero. Ma anche le immagini in bianco e nero hanno diverse sfumature (livelli di grigio) Quindi se usassi due bit per descrivere ogni pixel avrei la possibilità di diversificare 4 tonalità di grigio diverse Assegnando otto bit (un byte) ad ogni pixel posso differenziare 256 livelli di grigio. E per le immagini a colori?

14 La figura di prima era In bianco e nero. Vediamo ora cosa succede associando a 4 colori dei numeri

15 Aumentando la risoluzione, ci avviciniamo a figure più dettagliate con la stessa codifica

16 Quanto visto vuol dire che.. Il dettaglio dei disegni (Risoluzione) che acquisisco sarà tanto maggiore quanti più numeri decido di utilizzare per descrivere lo stesso disegno Potrò descrivere tanti più colori quanti più numeri utilizzerò per rappresentare la varietà (Profondità) cromatica

17 Y Adesso.. Y PIXEL X X

18 PIXEL,3 mm

19 DEFINIZIONE DEI COLORI In ogni punto, per rappresentare un qualsiasi colore dello spettro, è sufficiente definire l intensità dei tre colori fondamentali. Il numero di bit utilizzati per rappresentare il colore di un singolo pixel si chiama PROFONDITA DEL COLORE Disponendo di un byte per ogni componente di colore, potremo rappresentare 256*256*256 = colori.

20 LA CODIFICA DELLE IMMAGINI Ciascun pixel contenuto in una immagine bitmap (mappa di bit) o raster (insieme di linee orizzontali tracciate elettronicamente) possiede quattro propietà fondamentali: Dimensione tonalità Profondità di colore Posizione

21 LA CODIFICA DELLE IMMAGINI Dimensione tutti i pixel contenuti in una immagine digitale hanno dimensioni identiche. La loro dimensione è determinata dalla risoluzione alla quale l immagine viene digitalizzata Es. 6 ppi (points per inch) indica che ciascun pixel misura /6 di pollice ( pollice = 2,54 cm)

22 LA CODIFICA DELLE IMMAGINI Tonalità I dispositivi di digitalizzazione assegnano un solo colore o valore di grigio a ciascun pixel, l illusione dei toni continui si ottiene quando i i pixel sono piccoli e quelli adiacenti variano leggermente l uno dall altro

23 LA CODIFICA DELLE IMMAGINI Profondità di colore In base al numero di bit che vienne assegnato a ciascun canale del pixel è possibile stabilire quanti valori diversi può assumere il colore in quel pixel e questo ne determina la profondità. 2 bit 4 bit 8 bit 24 bit

24 LA CODIFICA DELLE IMMAGINI posizione Sono le coordinate riga colonna che ne stabiliscono la posizione all interno della griglia in cui è stata suddivisa l immagine

25 DEFINIZIONE DEI COLORI Sistema RGB byte Rosso 2 byte Verde 3 byte Blu Colori risultanti Bianco Nero 255 Rosso 255 Verde 255 Blu Grigio scuro

26 C è differenza tra le immagini visualizzate a monitor e tramite stampa. Sul monitor i colori delle immagini vengono composti sommando direttamente sul video le tre componenti fondamentali della luce Nella stampa i colori delle immagini vengono composti sulla carta. si basano sulla percentuale di luce assorbita dall inchiostro depositato sulla carta stampata. Sistema RGB Sistema CMYK È la famosa QUADRICROMIA

27 COMBINAZIONI DI COLORI I componenti fondamentali possono essere il Rosso, Verde e Blu (Red Green Blue) usati per: produrre luminosità, come nell esempio sopra visto, dalla cui massima combinazione deriva il bianco (usato, ad esempio, per produrre il colore su monitor)

28 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)

29 DEFINIZIONE DEI COLORI Poiché si utilizzano 3 byte per rappresentare ogni pixel, queste immagini vengono definite a 24 bit Una immagine a colori di x pixel avrà bisogno di x x 3 byte = 3. byte per essere rappresentata

30 RGB 3 canali, 8 bit per canale (mil di col) 87 Kb B/N canale bit per canale b/n 8 kbyte Scala di grigi canale 8 bit 256 toni di grigio 638 Kbyte Scala di colore canale 8 bit 256 colori 638 Kb CMYK 4 canali, 8 bit per canale 249 Kb

31 LA CODIFICA DELLE IMMAGINI Il numero di punti, calcolato come Numero Colonne x Numero Righe, rappresenta la risoluzione di un immagine (64x48) La risoluzione può venire espressa, però, anche in ppi o dpi (point per pollice o dot per inch) (es. 3 dpi)

32 BITMAP E RISOLUZIONE Il formato di rappresentazione per punti che abbiamo visto è definito BITMAP (o RASTER). E particolarmente adatto per riprodurre fotografie, dipinti e tutte le immagini per le quali ogni punto è significativo e deve essere descritto da un singolo elemento indipendente.

33 IMMAGINI VETTORIALI Per immagini più simili a disegni che a fotografie, è possibile definire la figura in termini matematici: oggetti geometrici di base, quali curve, cerchi, ellissi, rettangoli, rette, linee, ecc.. Tale tipo di rappresentazione di un immagine si definisce vettoriale. In tale formato è presente tutta l informazione necessaria a riprodurre l immagine, a prescindere dalle dimensioni, pertanto si elimina il problema legato al rapporto tra risoluzione e definizione (per ingrandire o ridurre la riproduzione basta agire sul sistema di coordinate). In più avrà un minor ingombro in termini di spazio di memoria occupato. Evidentemente non si presterà per rappresentare immagini composte da continue variazioni di colore, quali ad esempio le fotografie.

34 FORMATI DEI FILE GRAFICI Abbiamo visto come i dati inseriti nel computer vengono memorizzati all interno di strutture logiche denominate file a cui deve essere assegnato un nome e una estensione o formato che li caratterizza. Vediamo quali sono i principali formati dei file grafici suddivisi in due categorie fondamentali: I formati adatti alla stampa I formati per la multimedialità e la visione in rete

35 FORMATI DEI FILE GRAFICI Formati per la stampa: TIFF (.tif) Tagged Image File Format Si tratta di un formato molto versatile che permette di salvare le immagini in varie modalità: bianco e nero, scala di grigio, colori RGB, colori CMYK. Si può inoltre usare un sistema di compressione non distruttiva, che non elimina alcuna informazione né degrada la qualità dell immagine chiamato LZW (Lempel-Ziv-Welch) e che riduce le dimensioni del file di circa il 5%

36 FORMATI DEI FILE GRAFICI Formati per la stampa: EPS (.eps) Encapsulated PostScript File Impiegato inizialmente per i disegni vettoriali si è poi diffuso come standard anche per le immagini raster. Affonda le sue radici nel linguaggio per stampanti PostScript Include nel file una anteprima, che può essere utile ma ne aumenta le dimensioni

37 FORMATI DEI FILE GRAFICI Formati per Internet e la multimedialità: JPEG (.jpg) Joint Photographic Expert Group Ha una compressione con perdita di dati La sua principale caratteristica è quella di poter scegliere il livello di compressione e di modulare quindi il rapporto tra qualità dell immagine e dimensioni del file

38 FORMATO JPEG Compressione distruttiva significa che ad ogni nuovo salvataggio del file si produce una ulteriore compressione, e un ulteriore deterioramento dell immagine E' riconosciuto dalla maggioranza dei software di elaborazione e costituisce uno standard web per le immagini fotografiche. Per le sue caratteristiche viene utilizzato come formato finale e non si presta a successive elaborazioni. le scritte sono inadatte al jpeg Salvataggio 2 Salvataggio 3 Salvataggio

39 IL FORMATO JPEG L algoritmo che adotta opera per differenze su aree, quindi puo' riprodurre fedelmente, con ottimi rapporti di compressione, immagini con gradazioni e sfumature di colore, o ad alto rumore mentre risulta particolarmente distruttivo ed inadeguato nella rappresentazione di campiture uniformi.

40 FORMATI DEI FILE GRAFICI Formati per Internet e la multimedialità: GIF (.gif) Graphics Interchange Format È un formato relativamente povero, in quanto riduce a 256 la gamma dei colori, utilizzando una codifica che si basa sull uso di una PALETTE Trova largo uso in Internet per la rappresentazione di elementi grafici come pulsanti, scritte, logo. Permette inoltre di rendere gli oggetti trasparenti e di poterli quindi integrare con gli sfondi di una pagina web.

41 FORMATI DEI FILE GRAFICI Formati per Internet e la multimedialità: BMP (.bmp) Bitmap Sviluppato per essere compatibile con tutte le appicazioni Windows. Può salvare in b/n, in scala di grigi, in scala di colore e in RGB, ma non in CMYK Non essendo dotato di compressione produce file di dimensioni consistenti

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