05/12 Le immagini digitali

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.
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CAMPIONAMENTO
(geometria)
QUANTIZZAZIONE
(radiometria)
pixel
255
bianco
I riga 5
immagine
analogica
colonna 2
radianz
a
0
nero
IMMAGINE DIGITALE
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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)
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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).
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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
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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 10918-01) 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
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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.
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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.
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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 =
25400
dpi
dpi =
25400
d pix
I pixel sono generalmente quadrati: la risoluzione è uguale in entrambe le
direzioni X e Y del sistema di riferimento
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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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RISOLUZIONE GEOMETRICA
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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 = 12-16 pixel/mm
= 300-400 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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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).
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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 65.535): 65.535 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
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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
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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 (2563 =) 16.777.216 sfumature
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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
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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.
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.
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RGB
CMYK