Elementi di Informatica

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1 Università degli Studi di Catania FACOLTA DI MEDICINA E CHIRURGIA Elementi di Informatica Anno accademico: 2008/2009 Docente: angelo.nicolosi@unict.it

2 Le immagini digitali scansione di fotografie esistenti mediante macchina fotografica digitale estratte da video digitale (video frame grabber) create con un programma di grafica (pittorica o vettoriale) create mediante linguaggio grafico (es. SVG: Scalable Vector Graphics) ottenute da web (librerie di immagini digitali)

3 Scanner sono basati su due tecnologie di scansione: CCD (Charge Coupled Device - dispositivi ad accoppiamento di carica ) PMT (Photo Multiplier Tubes- fotomoltiplicatori ). Sia i PMT che i CCD convertono diversi livelli di luminosità in voltaggi a variazione continue o analogici che a loro volta, attraverso un processo detto di campionatura, vengono suddivisi in un certo numero di passaggi da un convertitore A/D (analogico/digitale)

4 Scanner PMT La tecnologia PMT impiegata nei tubi fotomoltiplicatori degli scanner a tamburo. La tecnologia PMT in grado di riprodurre un ampia gamma di tonalità, ma presenta lo svantaggio di essere molto costosa e richiede condizioni operative ad alto livello professionale ed elevato controllo. Gli scanner PMT accettano solo originali flessibili, quelli rigidi devono essere riprodotti su supporto flessibile prima della scansione.

5 Scanner CCD (1) Questa tecnologia è utilizzata nei sensori elettronici degli scanner piani e di quelli per diapositive. La matrice CCD costituita da migliaia di elementi disposti in fila su un singolo chip di silicio. L intera larghezza dell immagine viene letta simultaneamente come una linea; una luce di un certo colore quando incide su di un elemento del CCD crea al suo interno una carica elettrica specifica.

6 Scanner CCD (2) Questa carica analogica viene amplificata per passaggi successivi lungo catene di celle ed indirizzata ad un convertitore analogico/digitale. In modalità scala di grigio lo scanner rileva dall originale una sola serie di letture dell intensità luminosa In modalità RGB lo scanner rileva dall originale tre serie di letture dell intensità luminosa utilizzando filtri rossi, verdi e blu. La tecnologia CCD particolarmente sensibile al rumore di fondo generato dall ambiente esterno

7 Scanner Risoluzione OTTICA La risoluzione ottica definisce la quantità massima di dati che uno scanner può acquisire per pollice lineare. Si misura in pixel x pollice (ppi) o in punti x pollice (dpi). In alcuni scanner si possono eseguire scansioni a risoluzioni interpolate, cio è maggiori rispetto a quella massima consentita, grazie a calcoli matematici che in verità aumentano il numero di pixel che definiscono l immagine senza però aggiungere ulteriori dettagli

8 Scanner - Caratteristiche L area di analisi definisce le dimensioni massime degli originali che possono essere compatibili con lo scanner. La profondità di colore esprime (in potenza di 2) il numero massimo di livelli di colori o di grigi che uno scanner riesce a leggere per ogni pixel. A 1 bit (2 1 ) i pixel possono assumere solo 2 colori: bianco o nero; A 8 bit (2 8 ) corrispondono 256 livelli di grigio; A 24 bit (2 24 ) corrispondono colori in modalità. RGB. Le scansioni in quadricromia CMYK sono in realtà scansioni RGB successivamente sottoposte ad un processo di separazione del colore da parte dello scanner stesso.

9 Profondità di colore Immagini al tratto o bitmap (1 bit). Immagini definite da soli pixel bianchi e neri. Ogni pixel contiene un solo bit di informazioni. Immagini a toni di grigio o a mezzatinta (8 bit). Immagini definite da pixel che riproducono 256 livelli di grigio. Ogni pixel contiene 8 bit di informazioni. Immagini in scala di colore (8 bit). Immagini definite da pixel che riproducono 256 colori. Ogni pixel contiene 8 bit di informazioni. Immagini RGB (24 bit). Immagini definite da pixel che riproducono fino a 16,7 milioni di colori su 3 canali a 8 bit (256 per canale). Immagini CMYK (32 bit). Immagini definite da pixel che riproducono fino a milioni di colori su 4 canali a 8 bit (256 per canale), memorizzate già pronte per l output a quattro colori.

10 Fotocamere digitali Consentono l acquisizione di immagini a basso costo e con tempi ridotti di produzione. Si basano sulla tecnologia CCD e il numero di elementi della matrice determina la risoluzione di ogni modello. Registrano i dati su supporti di memoria standard per una successiva elaborazione. Trovano applicazione nel settore giornalistico, in alcuni ambiti dell editoria e, oggi sempre di pi ù nella fotografia professionale Le macchine fotografiche digitali, utilizzano 24 bit per ogni pixel, 8 bit per ogni colore RGB

11 Risoluzione dell immagine Un immagine digitale è formata da pixel, quadrati piccolissimi dove ciascuno porta con se una parte delle informazioni relative all immagine acquisita. A seconda del tipo di apparecchiatura digitale che adopereremo, potremo scegliere la quantità del numero dei pixel con i quali vogliamo costruire la DIMENSIONE della nostra immagine in relazione alle possibilità offerte dal sensore. Maggiore sarà il loro numero (pixel), e maggiore sarà la quantità di informazioni che potremo sfruttare per la sua stampa.

12 Dimensione dell immagine Se immaginiamo un rettangolo composto da tanti quadratini, moltiplicando il numero dei pixel dei due lati che formano le dimensioni otterremo la risoluzione complessiva dell immagine. Ad esempio: n. 2048x1536 = di pixel n. 3008x2000 = di pixel n. 3264x2448 = di pixel Il numero di pixel di cui è composta l immagine vincolerà le DIMENSIONI DI STAMPA dal momento che, a seconda del suo formato, andremo ad ingrandire sulla carta questi pixel di cui è composta.

13 Dimensione del file d immagine una foto composta da 1600x1200 pixel: essa è grande circa 2 mega pixel 1600 x 1200 = Se il sensore della digicamera lavora a 24 bit, abbiamo: dimensione del file = x 24(bit) = bit 8 bit = 1 byte dimensione del file = bytes 1024 byte = 1kbyte dimensione del file = 5625 Kbyte 1024 kbyte = 1Megabyte dimensione del file = 5,49 Megabyte

14 Un esempio una foto composta da 640 x 480 pixel 640x480 = pixel x 3 = byte /1024 = 900 KB precisi

15 Risoluzione (ottica) dell immagine Il numero di pixel visualizzato per unità di lunghezza in un immagine è chiamato risoluzione dell immagine, solitamente misurata in punti per pollice dot per inch dpi 1 inch = 2.54 cm Un immagine ad alta risoluzione contiene più pixel, più piccoli rispetto ad un immagine delle stesse dimensioni con una risoluzione inferiore

16 Risoluzione (ottica) dell immagine Esempio Un immagine di 1 pollice per 1 pollice (1 x 1) con una risoluzione di 72 dpi contiene complessivamente 5184 pixel (72 pixel di larghezza x 72 pixel di altezza = 5184). La stessa immagine di 1 pollice per 1 pollice a 300 dpi conterrebbe pixel.

17 Risoluzione (ottica) dell immagine Quando la risoluzione di un immagine è più alta di quella del monitor a video l immagine appare più grande rispetto alle sue dimensioni di stampa. Ad esempio, quando visualizzate un immagine di 1 pollice per 1 pollice con una risoluzione di 144 dpi su un monitor da 72 dpi, l immagine viene visualizzata in un area di 2 per 2 pollici. Poiché il monitor può visualizzare soltanto 72 pixel per pollice, necessita di 2 pollici per visualizzare i 144 pixel che compongono un bordo dell immagine

18 Risoluzione (ottica) dell immagine La risoluzione della stampante è il numero di punti per pollice (dpi) prodotto da una fotounità o una stampante. Per ottenere i migliori risultati, utilizzare per l immagine una risoluzione proporzionale, ma non uguale, a quella della stampante. La maggior parte delle stampanti ha una risoluzione compresa tra 300 e 600 dpi e produce buoni risultati con le immagini da 72 dpi a 150 dpi.

19 Risoluzione (ottica) dell immagine Poiché le immagini a risoluzione elevata usano un numero maggiore di pixel per unità di superficie, in stampa possono riprodurre particolari e transizioni di colore più dettagliati rispetto alle immagini a risoluzione più bassa. Tuttavia, una volta che un immagine è stata digitalizzata o creata con una determinata risoluzione, l aumento della risoluzione (via software) non produce un miglioramento della qualità la stessa informazione di pixel viene semplicemente distribuita tra un numero maggiore di pixel.

20 Dimensione immagine in Stampa Premessa(1): I monitor visualizzano le immagini ad una risoluzione Ottica di 72 dpi o 96 dpi (dpi = punti per pollice) Le stampanti inkjet sono in grado di creare immagini con risoluzione 4800 x 1200!!!?? fa riferimento al numero di gocce d inchiostro che può riprodurre in un pollice. Per determinare la qualità della stampante, si divide ad un terzo il valore più piccolo indicato dalla casa. Esempio: 1440 x /3 240 dpi

21 Dimensione immagine in Stampa Premessa(2): L apparato visivo umano percepisce dettagli fino a una risoluzione di 300 dpi circa, non essendo in grado di rilevare una quantità maggiore di informazioni In genere si può tener presente che l occhio umano non è in grado di distinguere i singoli punti di un immagine quando sono più di 100 punti per pollice, ad una normale distanza di visione di cm.

22 Dimensione immagine in Stampa: Un esempio Immagine 800 x 600 pixel = pixel Risoluzione ottica 72 dpi (monitor o fotocamera digitale) Dimensione immagine sul monitor: 800 / 72 = 11,11 pollici 600 / 72 = 8,33 pollici 1 pollice = 2,54 cm Dimensione in cm = 28,22 x 21,16 cm Ovvero l immagine occuperà tutto lo schermo di un monitor a 17

23 Dimensione immagine in Stampa: Un esempio Immagine 800 x 600 pixel = pixel Dimensione immagine in Stampa: Si sceglie una risoluzione di 300 dpi 800 / 300 = 2,66 pollici 600 / 300 = 2 pollici 1 pollice = 2,54 cm Dimensione in cm = 6,77 x 5,08 cm Ovvero più piccola di quella visualizzata sul monitor

24 Immagine 800 x 600 pixel = pixel In Stampa Dimensione immagine in Stampa: Un esempio Sacrifichiamo di poco la qualità 200 dpi Dimensione in cm = 10 x 7,5 cm

25 Dimensione immagine: Un esempio Immagine 800 x 600 pixel = pixel In Stampa stessa risoluzione video 72 dpi (28,346 pixel/cm) Dimensione in cm = 28,22 x 21,16 cm IMMAGINE SGRANATA!!!

26 Dimensione immagine: Un esempio Se vogliamo stampare nel formato 10 x 15 cm ad una buona qualità, abbiamo bisogno di un immagine di dimensione di 1181 x 1772 Verifica: 10 / 2,54 = 3,93 pollici x 300 = / 2,54 = 5,90 pollici x 300 = 1772

27 Risoluzione e dimensione La tabella riassume il rapporto tra numero di MPixel, risoluzione in pixel e dimensione massima in centimetri stampabile a 72, 150 e 300 dpi. MPixel 1 MPixel 2 MPixel 3 MPixel 4 MPixel 5 MPixel 6 MPixel 11 MPixel Risoluzione (in ppi) 1280 x x x x x x x 2704 Stampa in cm a 72 dpi 45 x x x x x x x 95 Stampa in cm a 150 dpi 21 x x x x x x x 45 Stampa in cm a 300 dpi 10 x 6 13 x x x x x x 22

28 Risoluzione e dimensione La risoluzione sul monitor e i dpi di stampa delle immagini sono interamente gestibili grazie ai programmi di elaborazione grafica e di fotoritocco (ad es. Photoshop).

29 SPAZI COLORE Anche se l occhio umano può percepire soltanto una piccola parte dello spettro elettromagnetico, si tratta pur sempre di alcuni miliardi di colori, un numero comunque maggiore di quelli che possono essere riprodotti da un monitor, uno scanner o una stampante. Per descrivere quantitativamente e qualitativamente i colori si indicano gli spazi di colore CIE RGB CMYK

30 Spazio percettivo: CIE (Commission Internationale de l'eclairage) Si tratta di un modello tridimensionale che descrive nello spazio ogni colore percepibile dall occhio umano in termini di tonalità, luminosità e saturazione La tonalità descrive la caratteristica del colore determinata dalla lunghezza d onda della luce riflessa da un oggetto o trasmessa attraverso di esso. Si tratta del nome con il quale si definisce comunemente un colore. La luminosità indica il grado di chiarezza o scurezza, ossia il grado di vicinanza al bianco o al nero di un colore. La saturazione, definita anche intensità o cromia, la brillantezza di un colore, cioè la misura in cui esso appare più o meno opaco.

31 Spazi additivi RGB Usa i tre colori fondamentali: ROSSO, VERDE e BLU. se si combinano tra loro queste radiazioni a due a due si ottengono le radiazioni complementari e dalla somma di tutti e tre si ottiene la luce bianca: blu + rosso = magenta blu + verde = ciano verde + rosso = giallo La sintesi additiva è quindi la ricomposizione della luce bianca per somma di radiazioni colorate di diversa lunghezza d onda. blu + giallo = verde + magenta = rosso + cyan = bianco blu + rosso + verde = bianco

32 Spazi additivi RGB

33 Spazi sottrattivi CMYK Usa i colori fondamentali: CYAN, MAGENTA e GIALLO mescolando tra loro questi colori a due a due si ottengono i colori complementari e dalla somma di tutti e tre si ottiene il nero: cyan + magenta = viola cyan + giallo = verde magenta + giallo = arancio cyan + magenta + giallo = nero viola + giallo = verde+ magenta = arancio + cyan = nero Teoricamente dalla somma di parti uguali di cyan, magenta e giallo si dovrebbe produrre il nero, in realtà a causa delle impurità degli inchiostri quello che si ottiene un grigio scuro; ecco quindi chiarita la necessità di introdurre il nero puro.

34 Spazi sottrattivi CMYK

35 Spazio CIE dei colori visibili gli spazi RGB e CMYK NON codificano tutti i colori visibili non è possibile stampare (CMYK) tutti i colori visibili sul monitor (RGB)

36 Compressione dei files (1) E una tecnica utilizzata per la riduzione della quantità di bit necessari alla rappresentazione in forma digitale di un'informazione. La compressione dati viene utilizzata sia per ridurre le dimensioni di un file, e quindi lo spazio necessario per la sua memorizzazione e l'occupazione di banda necessaria per la sua trasmissione, sia per ridurre l'occupazione di banda necessaria in una generica trasmissione dati come ad esempio una trasmissione televisiva in diretta. La compressione dati necessita di potenza di calcolo per le operazioni di compressione e decompressione, spesso anche elevata se tali operazioni devono essere eseguite in tempo reale.

37 Compressione dei files (2) Le tecniche di compressione si dividono in lossless (senza perdita di dati) A partire da un file in uno di questi formati, è sempre possibile ricostruire esattamente il file d'origine. lossy (con perdita di dati) Il file prima della compressione e il file dopo la decompressione sono simili ma non identici. Normalmente viene utilizzata per comprimere i file multimediali ovvero file che in origine sono troppo grandi per essere agevolmente trasmessi o memorizzati quindi si preferisce avere una piccola riduzione della qualità ma nel contempo file molto più leggeri (ad esempio MP3, MPEG).

38 Compressione dei files immagine RLE (Run Lenght Encoding). Tecnica lossless supportata dai formati Photoshop e TIFF. LZW (Lempel-Ziv-Welch). Tecnica lossless supportata dai formati TIFF, PDF, GIF e Postscript. Ideale per comprimere immagini al tratto o a tinte piatte con un numero limitato di colori. JPEG (Joint Photographic Experts Group). Tecnica lossy supportata dai formati JPEG, PDF. Garantisce i migliori risultati con immagini a tono continuo come le Fotografie. ZIP Tecnica lossless supportata dal formato PDF Ha caratteristiche simili alla compressione LZW.

39 Formati dei files immagine Numerosi sono i formati che i programmi utilizzano per generare, importare o esportare immagini. Alcuni di questi rappresentano solo immagini bitmap o vettoriali, altri le possono includere entrambe. BMP. E il formato standard per la definizione delle immagini bitmap in ambiente Windows. Supporta i metodi RGB, scala di colore, scala di grigio e bitmap; non supporta canali alfa. Per le immagini a 4 e 8 bit è possibile usare la compressione RLE. PCX. E un formato ormai caduto ormai in disuso ma che ha rappresentato per lungo tempo uno standard per le applicazioni grafiche su piattaforma PC. Supporta i metodi RGB, scala di colore, scala di grigio e bitmap, ma non i canali alfa. Le immagini possono avere risoluzioni di 1, 4, 8 o 24 bit; possibile usare la compressione RLE.

40 Formati dei files immagine PICT/PICT2. Standard per la definizione di file grafici su piattaforma Macintosh. Supporta il metodo RGB con un canale alfa e i metodi scala di colore, scala di grigio e bitmap senza canali alfa. PICT2 supporta il colore a 24 bit. Efficace nella compressione di immagini che presentano grandi aree di colore uniforme e dei canali alfa. Le immagini RGB possono avere risoluzioni di 16 o 32 bit, quelle a scala di grigio 2, 4 o 8 bit per pixel.

41 Formati dei files immagine TIF o TIFF (Tagged-Image File Format) E un formato sviluppato principalmente per essere utilizzato da applicazioni per l impaginazione, supportato anche dai principali programmi per l elaborazione di immagini e disegno ed trasferibile su diverse piattaforme. Supporta i metodi RGB,CMYK, scala di grigio con canali alfa, i file LAB in scala di colore e bitmap. I file TIFF possono essere compressi utilizzando la codifica LZW che non provoca perdita di dati e riduce le dimensioni dei file fino al 50%.

42 Formati dei files immagine TIF o TIFF (Segue) Il formato TIFF può memorizzare la separazione dei colori CMYK all interno di un unico file, generando automaticamente la selezione dei colori quando il file viene inserito all interno di un documento destinato alla stampa. Tutti gli scanner sono in grado di produrre immagini TIFF.

43 Formati dei files immagine GIF (Graphics Interchanges Format). E un formato grafico compresso utilizzato per la definizione di immagini in scala di colore destinate ad essere utilizzate principalmente sul Web o in altri documenti Html. In questo caso si utilizza la compressione reversibile LZW. Supporta fino a 256 colori e consente di ottenere buoni risultati con immagini a tinte piatte o al tratto contenenti un numero limitato di colori, mentre sconsigliabile per fotografie o immagini che contengono sfumature.

44 Formati dei files immagine GIF (Segue). Può includere in un unico file pi ù immagini in modo da creare animazioni di cui possibile specificare la temporizzazione (GIF animate). Consente di memorizzare le immagini con una struttura tale che, all atto della consultazione via Web, appaiano con una definizione via via migliore durante la fase di caricamento e visualizzazione (GIF interlacciate). Può assegnare una trasparenza ad uno qualsiasi dei colori della palette, in modo tale che attraverso le aree occupate da tale colore risulti visibile lo sfondo su cui l immagine si trova (GIF trasparenti).

45 Formati dei files immagine JFIF (JPEG File Interchange Format) o JPEG o JPG. Si tratta di un formato grafico compresso secondo lo standard JPEG, largamente utilizzato per la definizione di immagini destinate ad un utilizzo sul Web o in altri documenti Html. Supporta i metodi RGB, CMYK, scala di grigio, ma non i canali alfa utilizzabile per immagini fino a 16,7 milioni di colori. L algoritmo di compressione utilizzato per generare questo formato consente di ridurre drasticamente le dimensioni dei file, ma porta inevitabilmente ad una perdita di dati che ne compromettono in parte la qualità.

46 Formati dei files immagine JPeg (Segue). Il fattore di compressione variabile e può essere selezionato dall operatore nei programmi che supportano tale metodo in un range che va da un fattore 2:1 (compressione senza perdita di dati) ad un fattore di 40:1. Naturalmente maggiore il grado di compressione, minore la qualità dell immagine e viceversa. Una variante del JPEG è il JPEG progressivo che fornisce più rappresentazioni della stessa immagine corrispondenti a diversi valori di compressione via via meno elevati; all atto della visualizzazione via Web un JPEG progressivo appare via via pi ù definito man mano che procede il suo caricamento.

47 Formati dei files immagine PNG (Portable Network Graphics). Formato compresso pensato come alternativa al GIF, a differenza di quest ultimo supporta immagini a 24 bit con una gamma fino a 16,7 milioni di colori e può produrre sfondi trasparenti di buona qualità. Supporta i metodi scala di grigio, RGB con un solo canale alfa, bitmap e scala di colore senza canali alfa. Progettato appositamente per consentire la compressione di file grafici senza alterazioni di qualità adatto a qualsiasi tipo di immagine, ma non supportato da tutti i browser.

48 Formati dei files immagine PDF (Portable Document Format). E un formato creato da Adobe e utilizzato da Adobe Acrobat, un pacchetto software per l editoria elettronica utilizzabile su piattaforma Windows, Macintosh, Unix e DOS. I file PDF possono essere visualizzati con l applicazione Acrobat Reader. Come tutti i formati PostScript, il PDF può contenere sia immagini bitmap che vettoriali, oltre a funzioni di ricerca e navigazione all interno del documento. Supporta i metodi RGB, CMYK, scala di colore, scala di grigio, bitmap ma non i canali alfa. Supporta altresì le compressioni JPEG e ZIP.

49 Formati dei files immagine EPS o EPSF (Encapsulated PostScript). Può descrivere sia immagini vettoriali che bitmap ed riconosciuto da quasi tutti i programmi di grafica e di impaginazione. Il formato EPS può contenere tracciati di ritaglio per mascherare le immagini una volta importate in un programma di impaginazione. Supporta i canali alfa.