C M A P M IONAM A E M NT N O

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1 IMMAGINE DIGITALE Nelle immagini digitali, il contenuto fotografico (radiometria) viene registrato sotto forma di numeri. Si giunge a tale rappresentazione (RASTER) suddividendo l immagine fotografica in elementi di dimensioni finite (pixel) ed associando a ognuno di essi il numero che rappresenta la radiometria della porzione di immagine contenuta. CAMPIONAMENTO (geometria) immagine analogica colonna 2 QUANTIZZAZIONE (radiometria) I radianz a riga 5 pixel 255 bianco 0 nero

2 IMMAGINE DIGITALE

3 IMMAGINE DIGITALE Ogni pixel può essere visto come elemento di una matrice e quindi essere individuato univocamente da due numeri interi che rappresentano la posizione in riga e colonna dell elemento (pixel) all interno della matrice. Il pixel è la parte elementare dell immagine e quindi è inscindibile. (questa affermazione la contesteremo in parte in seguito) Il pixel ha una posizione fissata a priori che non può variare nel tempo. (da questa affermazione partiremo per parlare del contenuto metrico dell immagine digitale)

4 RISOLUZIONE GEOMETRICA e RADIOMETRICA Ogni immagine digitale è caratterizzata da: Risoluzione: rapporto tra dimensioni e qualità visiva dell'immagine; comprende due aspetti: Quantità di punti che compongono effettivamente l'immagine; si misura in pixel. Esempio: 640 x 480 (640 pixel orizzontali x 480 verticali), 1024 x 768 e così via. Densità dei punti nella visualizzazione o stampa; si misura in dpi (dot per inch, punti per pollice). Esempio: 72 dpi, 300 dpi e così via. Profondità di colore: numero massimo di colori possibili; si misura in bit. Valori tipici: 8 bit (256 colori), 16 bit (65mila colori), 24 bit (milioni di colori).

5 FORMATI di MEMORIZZAZIONE e ALGORITMI di COMPRESSIONE I dati numerici che rappresentano l immagine digitale devono essere memorizzati con ordine e secondo una organizzazione che consenta di ricostruire fedelmente l immagine. FORMATO: l insieme delle regole che governano la memorizzazione. Deve: garantire la minima occupazione di memoria prevedere la possibilità di una compressione essere di pubblico dominio consentire la memorizzazione di tutte le convenzioni radiometriche Alcuni formati permettono di comprimere i dati, ottenendo file di dimensioni ridotte, in tal caso però certi metodi di compressione (detti lossy o distruttivi) possono influire negativamente sulla qualità dell'immagine. Esempio di formato non compresso: BMP (Windows/OS2 Bitmap). Esempi di formati compressi: TIFF, GIF, JPEG, PNG. I formati più diffusi in ambito fotogrammetrico sono il TIFF e il JPEG

6 FORMATI di MEMORIZZAZIONE e ALGORITMI di COMPRESSIONE Il formato TIFF (Aldus e Microsoft) consente di memorizzare in un unico file più di una immagine (immagini piramidali). Consente una compressione non distruttiva (LZW) che su immagini RGB consente di contenere in modo significativo l occupazione di memoria. Il formato JPEG (ISO/IEC DIS ) può memorizzare le immagini digitali secondo due classi operative: - una tecnica LOSSY ovvero con perdita di informazione basata sulla trasformazione DCT (Discrete Cosine Transformation) senza una visibile perdita della qualità dell immagine ricostruita - una tecnica LOSSLESS ovvero senza alcuna perdita di informazione come la tecnica LZW utilizzata nel formato TIFF

7 FORMATI di MEMORIZZAZIONE e ALGORITMI di COMPRESSIONE Il degrado geometrico conseguente a una compressione LOSSY si manifesta nei seguenti modi: 1. effetti di sfocamento dei bordi radiometrici 2. spostamenti di oggetti all interno dell immagine Tali effetti possono essere locali o globali e la loro entità è fortemente commisurata alle variazioni di intensità luminosa dell immagine e, ovviamente, al rapporto di compressione selezionato.

8 FORMATI di MEMORIZZAZIONE e ALGORITMI di COMPRESSIONE Il degrado geometrico (rappresentato dallo s.q.m.) ha un andamento quasi lineare con rapporti di compressione superiori a 1/7 mentre subisce un brusco, e fotogrammetricamente inaccettabile, peggioramento con valori ci compressione compresi tra 1/7 e 1/10.

9 DENSITA di CAMPIONAMENTO Le dimensioni del pixel di un immagine digitale sono generalmente indicate in termini di densità di campionamento (RISOLUZIONE) La risoluzione di un immagine digitale indica il numero di pixel per unità di lunghezza Viene solitamente indicata in Dots Per Inch (DPI) ossia numero di pixel in un pollice (= 25.4 mm) d pix = dpi = dpi d pix I pixel sono generalmente quadrati: la risoluzione è uguale in entrambe le direzioni X e Y del sistema di riferimento

10 RISOLUZIONE GEOMETRICA riga colonna Campionamento Minori sono i passi di campionamento (e quindi le dimensioni dei pixel), maggiore è la risoluzione del dispositivo di digitalizzazione (scanner o camera digitale). La risoluzione indicata dal numero di campioni per unità di lunghezze è convenzionalmente espressa in dpi (dots/inch) o punti per pollice.

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12 Dimensione del pixel corrispondente alle varie risoluzioni N.B. 1 micron = 0,001mm Qual è la risoluzione ottimale nei riguardi di una corretta visualizzazione? Occorre considerare tre fattori: 1. il potere sparatore dell occhio umano (6-8 lp/mm = pixel/mm = dpi) 2. il contenuto informativo delle tradizionali fotografie (80 lp/mm = 160 pixel/mm = 4000 dpi) 3. le possibilità di visualizzazione dei monitor (circa 100 dpi)

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14 RISOLUZIONE RADIOMETRICA Quantizzazione La risoluzione radiometrica di un dispositivo di digitalizzazione è la minima differenza di luminosità rilevabile dall apparecchiatura. L intervallo continuo delle luminosità misurabili subisce la cosiddetta quantizzazione, viene cioè ripartito in n scatti discreti. Più n è grande, maggiore è la risoluzione radiometrica. Il valore di ogni campione è espresso in forma binaria, cioè come un numero composto da un certo numero di bit (la risoluzione radiometrica è infatti detta anche profondità del colore in bit).

15 RISOLUZIONE RADIOMETRICA Esempi di risoluzione radiometrica o profondità di colore: - 1 bit (2 valori possibili, 0 e 1): bianco e nero; - 8 bit (2^8 valori possibili, da 0 a 255): 256 livelli; - 16 bit (2^16 valori possibili, da 0 a ): livelli - Per le immagini a colori la risoluzione radiometrica è riferita al numero di bit per ogni campione: - 24 = 3 x 8 bit: circa 16 milioni di colori

16 PROFONDITA di COLORE BIANCO e NERO, TONI di GRIGIO Se l immagine digitale deve rappresentare un disegno formato da due soli colori (ad esempio un disegno al tratto in bianco e nero), sono sufficienti due soli numeri interi: 0 = nero 1= bianco La memorizzazione richiede 1 bit / pixel Se l immagine è costituita da toni di grigio (ad es. una fotografia in bianco e nero) la radiometria può essere espressa da numeri interi variabili tra 0 (nero) e 255 (bianco). Notare che: - l occhio umano può distinguere circa 80 grigi diversi - la memorizzazione richiede 1 byte / pixel

17 PROFONDITA di COLORE Se l immagine è a colori la radiometria può essere espressa in due modi diversi: Immagine true color (RGB) Ogni colore viene visto come la somma di tre bande (rosso, verde e blu). Ogni banda viene rappresentata da 256 valori che variano da 0 (= assenza di colore) a 255 (= saturazione del colore). La radiometria di un pixel viene rappresentata da tre numeri interi che esprimono le saturazioni delle tre bande principali; tale rappresentazione richiede 3 byte per ogni pixel. Possono essere rappresentate (256 3 =) sfumature

18 PROFONDITA di COLORE Immagine a palette Dall immagine dell oggetto vengono selezionati i 256 colori che ne consentono la descrizione più accurata. Ad ogni colore viene associato un nome rappresentato da un intero compreso tra 0 e 255. Ogni colore è descritto da una tavolozza (palette) con le tre componenti RGB. La radiometria di un pixel viene rappresentata da un numero intero (nome del colore) e quindi richiede un solo byte. Questo numero è il puntatore alla tavolozza (» 1 Kb) che contiene la descrizione del colore

19 CONFRONTO tra MODELLI CROMATICI Quando un immagine è visualizzata sullo schermo di un PC il colore è trasmesso direttamente da una sorgente di luce bianca. Quando invece il colore è riprodotto con gli inchiostri da stampa, esso non viene trasmesso, bensì riflesso. RGB CMYK La gamma di colori che si può stampare con gli inchiostri è ridotta e differente dalla gamma generata dalla luce bianca sul monitor del computer.