Programma - Atuttascuola

Formazione on line
per la scuola del futuro
IMMAGINI E COMPUTER
di Calogero De Gregorio
Contenuti

Multimedia e tecnologia
digitale

L’immagine e la sua fruizione

Acquisizione e
rappresentazione di immagini

Computer Graphics
Formazione on line
per la scuola del futuro
IMMAGINI E COMPUTER
di Calogero De Gregorio
Caratteristiche del
multimedia
 Interattività.
 Capacità di combinare le forme
tecnologicamente più avanzate dei
concetti base della comunicazione.
 Possibilità di collegare testo suoni e
immagini in base al significato.
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 La didattica
 La consultazione
L’applicazione del
multimedia
 La formazione
 L’intrattenimento
 I giochi
 ...
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L’immagine
e la sua fruizione
 Per immagine si intende una qualsiasi
rappresentazione in grado di fornire
stimolazioni luminose e quindi
potenzialmente in grado di evocare
sensazioni visive.
 L’immagine in genere consiste in una
distribuzione di onde
elettromagnetiche (intensità luminose
e colori) emesse da una struttura a
due dimensioni ed in grado di essere
percepite da un sistema visivo.
 Secondo le ipotesi fatte l’immagine
sarà quindi il prodotto di
un’interazione tra un ente che emette
e/o riflette radiazioni
elettromagnetiche spazialmente
distribuite e un ente che le percepisce.
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L’immagine
e la sua fruizione
 La rappresentazione eidetica è
quel processo attraverso cui si
passa dalla realtà, all’immagine
della realtà (acquisizione di
immagine).
 Le principali aree tecnologiche
interessate sono:
 Hardware di acquisizione e
visualizzazione.
 Memorizzazione di immagini.
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Acquisizione di
immagini
 L’acquisizione di un’immagine è il
processo che la “ferma” sul
supporto opportuno per gli usi
successivi.
 Le tecnologie per la rilevazione e
registrazione di immagini possono
essere divise in due classi
principali:
 foto chimiche (ex. pellicola
fotografica).
 foto elettroniche (ex.
telecamera).
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La tecnologia
digitale
 I media digitali sono basati sul
principio di fondo che qualunque
cosa si percepisca con i propri
sensi possa essere misurata e
rappresentata numericamente.
 Caratteristica della tecnologia
digitale è la sua resistenza al
rumore in trasmissione e
duplicazione.
 Un sistema di elaborazione digitale
ignora i segnali di livello diverso
dai due livelli tipici dei segnali
logici di riferimento(0 e 1)
eliminando, di fatto, il rumore.
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Il processo
di acquisizione
 Le forme usuali in cui si
presentano le immagini sono
analogiche (cioè sia le coordinate
spaziali che le intensità luminose
assumono valori continui).
 Quindi nel contesto
dell’elaborazione numerica delle
immagini, l’acquisizione è
preliminare alle tecniche vere e
proprie di elaborazione e deve
produrre come risultato
un’immagine numerica su un
supporto accessibile da parte di un
calcolatore.
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Il processo
di acquisizione
 Facendo riferimento alle tecniche
foto elettroniche le fasi in cui può
essere scomposta l’acquisizione
sono:
 scansione
 trasduzione
 campionamento
 quantizzazione
 memorizzazione
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 Scansione, in cui vengono
esplorate le diverse parti
dell’immagine da acquisire.
 Trasduzione da intensità luminosa
ad altra grandezza generalmente
elettrica.
Il processo
di acquisizione
 Campionamento che misura tale
grandezza in un insieme finito di
punti.
 Quantizzazione che converte tali
misure in quantità numeriche che
possono assumere un numero
finito di valori.
 Memorizzazione di tali valori su un
opportuno supporto
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 Tipologia : Palmari, Desktop (a
letto piatto, a foglio alimentato)
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Gli scanner
 Parametri:
 Risoluzione in dpi (punti per
pollice)
 Livelli di grigio (per scanner
monocromatici)
 Numero di colori possibili (per
scanner a colori)
 Interfacce: generalmente SCSI,USB
 Il documento sottoposto a
scansione viene illuminato.
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
La luce riflessa passa attraverso una
lente e raggiunge un serie di foto
sensori strettamente ravvicinati.

La tensione di uscita di ogni sensore
luminoso è proporzionale alla quantità
di luce che lo colpisce.

Viene messa a fuoco una singola linea
di scansione del documento e la
tensione di uscita è convertita in un
valore digitale.

Negli scanner a colori le luci rossa,
verde e blu illuminano in sequenza
ogni linea di scansione e ciò che si
ottiene è un file d’immagine a
colori.RGB
di Calogero De Gregorio
Gli scanner
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Il processo di acquisizione
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Immagine
Rilevatore
Campionatore
Segnale
discreto
Segnale
Analogico
Memoria
Quantizzatore
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 Nel mondo del computer l’immagine
è un agglomerato di puntini,
chiamati «pixel», disposti in una
Rappresentazione
delle immagini
griglia rettangolare formata da righe
e colonne.
 Il numero dei colori che è possibile
avere in un’immagine varia da 2 a
16,7 milioni.
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 La risoluzione è il valore complessivo
della qualità dell'immagine. Essa è
espressa in punti o in pixel per
pollice.
Risoluzione di una
immagine
 La risoluzione e la qualità sono
direttamente proporzionali al
numero di punti per pollice.
 Maggiore è la risoluzione, maggiori
sono le dimensioni del file.
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 Le dimensioni delle immagini
possono variare a seconda della
Rappresentazione
delle immagini
memoria e delle risorse del sistema.
 Il tipo di immagine determina la
scala cromatica che l’immagine
stessa può prevedere.

La «scala dei colori» specifica il
numero massimo di colori disponibili.
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 Sono possibili le seguenti scale di
colori:
Scale di colori
 Monocromia
 Scala di grigi
 Indicizzazione a 16 e 256
colori
 Colore originale
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Le immagini a scala di grigi possono
contenere il nero, il bianco ed una gamma
di grigi.
Scala di grigi

Le immagini a 16 colori (4 bit per pixel)
contengono 16 toni i cui grigi sono
compresi fra il bianco puro ed il nero puro.

Le immagini a 256 colori (8 bit per pixel)
contengono 256 toni i cui grigi sono
compresi, e variano uniformemente, fra il
bianco puro ed il nero puro.
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
Le immagini a mappa di colori
contengono tinte specificate secondo
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una tavola rappresentante i valori di
ciascun colore.
Immagini
indicizzate

Tali valori possono essere scelti in
una scala più ampia di colori a
disposizione, ma nell’immagine
appariranno soltanto i colori presenti
nella tavola.

Le immagini indicizzate a 16 colori
necessitano di 4 bit per pixel per
essere rappresentate, mentre le
immagini indicizzate a 256 colori
impiegano 8 bit per pixel.
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
Le immagini in colore originale
impiegano il rosso, il verde ed il blu
(sistema RGB).

Ciascun pixel può contenere 256 livelli
di intensità combinati per ottenere il
colore finale.

Per essere rappresentate, le immagini
in colore originale necessitano di 24
bit per pixel, divisi in 8 bit per ciascun
colore fondamentale.

Alcuni formati di file memorizzano
immagini in colore originale a 32 bit,
che includono 8 bit in più per la
trasparenza.
di Calogero De Gregorio
Immagini true
color
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
Il modello RGB è adottato dai
monitor dove i colori sono ottenuti
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emettendo fasci di luce di diversa
intensità che attivano i fosfori rossi,
La visualizzazione
delle immagini
verdi e blu di ciascun pixel dello
schermo.

Il numero reale di colori che appare
sul monitor dipende dal tipo di
hardware e di driver.

Il modello RGB è detto, appunto,
additivo perché si basa
sull'aggiunta di fasci di luce emessi
dal tubo a raggi catodici (CRT).
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Esistono due metodi per memorizzare
un’immagine:

Immagini vettoriali(draw) : un file
vettoriale non memorizza
l’immagine bensì contiene
l’insieme di istruzioni necessarie a
crearla.

Immagini bitmap (paint) : un file
bitmap memorizza l’immagine
usando informazioni relative a
ogni pixel.
Memorizzazione di
immagini
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
Tutti i sistemi di compressione
richiedono due algoritmi: uno per
comprimere i dati e uno per
decomprimerli, generalmente
asimmetrici.

Il processo di compressione rende
l’immagine più compatta senza
alterare le dimensioni sul video.

L’immagine:
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La compressione
delle immagini

occuperà meno spazio

sarà più facile da elaborare

richiederà meno tempo per
essere trasferita in rete
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 Il processo di codifica/decodifica può
essere non invertibile.
 Fra gli schemi di compressione
distinguiamo:
I tipi di
compressione
 Codifica entropica (Lossy), che
produce file molto compatti ma
elimina delle informazioni e
quindi la qualità potrebbe
risultare scadente
 Codifica sorgente (Lossless),
che non produce degrado
qualitativo nella immagine ma è
meno efficiente dell’altra
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Formati per
immagini statiche
Molti formati di file immagine sono stati
concepiti per applicazioni ed hardware
specifici:

BMP, formato nativo per le
immagini in Windows.

GIF, utilizzato per il trasferimento
di immagini di grandi dimensioni
tramite collegamenti via Modem.

JPEG, formato per la compressione
dei dati.

WMF, metafile che memorizza un’
immagine tramite una serie di
funzioni GDI di windows.

...
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
Lo standard JPEG è stato è stato
sviluppato per la compressione di
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immagini statiche a tono continuo.

Lo standard multimediale per le
immagini in movimento, MPEG, è
Lo standard
JPEG
grosso modo ottenuto con la codifica
JPEG di ciascuna immagine o
fotogramma.

Si aggiungono alcune funzioni extra
per la compressione di serie di
immagini ed il rilevamento del
movimento.
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Lo standard JPEG
di Calogero De Gregorio
Input
Preparazione
blocco
Trasformata
DCT
Quantizzazione
Quantizzazione
Codifica di
differenziale
stringa
Codifica
statistica
Output
Le operazioni effettuate da JPEG in
modalità sequenziale infedele
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IMMAGINI E COMPUTER

Con il termine computer
graphics si intende quel
complesso di strumenti e
realizzazioni software che non
facciano esplicito riferimento
all’elaborazione di testo o suono

Oggi quasi tutti i computer
supportano sistemi grafici, e gli
utenti utilizzano e accedono alle
risorse del sistema attraverso
interfacce grafiche (Graphics User
Interface)

È possibile utilizzare Paint
programs (per immagini digitali)
e Draw programs (per immagini
vettoriali) per creare e modificare
immagini nei diversi formati
di Calogero De Gregorio
Computer Graphics
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In computer graphics una
immagine è . . .
di Calogero De Gregorio

Computer Graphics
una fotografia, un disegno a
mano libera, un documento di
testo convertito in forma
digitalizzata (di solito tramite
scanner o una fotocamera
digitale), una simulazione
. . . ed ancora . . .

la rappresentazione di un oggetto
che non esiste ancora (e che
potrebbe non esistere) o di un
luogo che non possiamo vedere
direttamente, come una
immagine medica di un organo
interno del nostro corpo.
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
È possibile modificare il formato, il
colore, la compressione e la
risoluzione di un'immagine
Computer Graphics

Simulare scene del mondo reale

Per comprendere le potenzialità
della computer graphics possiamo
esaminare, attraverso le seguenti
semplici immagini, quali sono le
principali tecniche adoperate per la
sintesi di scene del mondo reale
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Object Rendering
E’ possibile utilizzare diverse
semplici tecniche di rendering per
realizzare modelli tridimensionali di
oggetti:
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Shading
Le tecniche di Shading estendono e
migliorano la reale rappresentazione di
oggetti introducendo nuove
caratteristiche (transparency and
textures):
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Ray Tracing
Le tecniche prima ricordate (insieme ad
altre) rientrano nelle più generali
tecniche di rendering chiamate ray
tracing: riflessione e trasparenza.
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Radiosity
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Color
Il computer tipicamente rappresenta i
colori basandosi su tre componenti:
Red, Green, and Blue. La combinazione
di questi tre colori realizza, ad
esempio, l’immagine full-color nel
primo riquadro in alto a sinistra:
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Color
Controllando la visualizzazione dei
colori componenti, possiamo simulare
differenti qualità dell’immagine: