Immagini digitali Appunti a cura del prof. ing. Mario Catalano
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Immagini digitali Appunti a cura del prof. ing. Mario Catalano 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. 0 se nel quadratino prevale il bianco e 1 se nel quadratino prevale il nero. La definizione di un’immagine tramite i suoi pixel è propria delle immagini RASTER, una categoria di immagini Il principio è quello della fotografia, con la sua “grana” Esiste una categoria di immagini definita VETTORIALE, in cui i disegni sono dei tracciati, non definiti per punti ma per linee o curve Un’immagine VETTORIALE ha il vantaggio di non risentire della “sgranatura” negli ingrandimenti. Richiede un’elaborazione matematica, che ne garantisce la proporzionalità Formato raster Vantaggi: • Le immagini raster supportano in genere molti colori e trovano quindi applicazione in tutti quei casi in cui è richiesto un effetto pittorico o fotografico. • Presentano maggiore velocità rappresentazione (formati usati sul web). di Formato raster Svantaggi Purtroppo l'ingrandimento di un'immagine raster, porta inevitabilmente ad un decadimento della qualità dell'immagine stessa (vengono evidenziate in modo più marcato le differenze fra pixel e pixel). Inoltre non è possibile agire sulle impostazioni di ogni singolo elemento presente nell’immagine stessa. In un'immagine, per esempio, composta da una bottiglia ed un pomodoro collocati sopra un tavolo, non è possibile variare le dimensioni del pomodoro senza intervenire su quelle degli altri due elementi (ossia tavolo e bottiglia). Zoom nei due tipi di formato • Raster • Vettoriale Formato vettoriale Fondamenti OGGETTI: Le applicazioni di grafica vettoriale lavorano con oggetti, più o meno complessi, che rimangono sempre accessibili e modificabili. Esistono vari tipi di oggetti (tra cui anche le raster), ma quelli più tipici sono le entità geometriche. MODELLI MATEMATICI: I modelli matematici sono gestiti direttamente dal software, mentre l’utente manipola gli oggetti in modo intuitivo e interattivo. I più diffusi formati grafici vettoriali • PS (Postscript): Formato sviluppato da AdobeSystems originariamente per la stampa di documenti su stampanti laser, è un linguaggio di programmazione specializzato per la computer grafica vettoriale. • EPS (Encapsulated Postscript): Estensione del formato PostScript che consente di incapsulare immagini bitmap (raster). • PDF (Portable Data Format): Sviluppato da Adobe, è il formato più diffuso per condividere, indipendentemente dalla piattaforma, documenti di testi e immagini. • DXF (Data Exchange File/Drawing Interchange Format): Formato sviluppato da AutoDesk per la memorizzazione di immagini bidimensionali. E’ supportato dalla maggior parte dei software di CAD. • WMF (Widows Metafile Format):Formato di rappresentazione delle immagini in grado di contenere sia immagini bitmap che vettoriali, progettato esplicitamente per le piattaforme Windows. • PICT: Formato grafico sviluppato da Apple Computer per la piattaforma Macintosh in grado di memorizzare sia immagini vettoriali che raster. LA CODIFICA DELLE IMMAGINI 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Partiamo a contare i quadratini dal più in basso a sx Posso assegnare a questa figura geometrica la seguente serie di bit: 0000000000 0111111110 011110000 0110000000 0000000000 Che posso memorizzare in un file: archivio, fila I file sono caratterizzati da un nome e una estensione nome.ext (rettangolo.bmp) LA CODIFICA DELLE IMMAGINI 0000000000 0111111110 011110000 0110000000 0000000000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 LA CODIFICA DELLE IMMAGINI Aumentando il numero dei quadratini, (pixel) in cui scompongo l’immagine la digitalizzazione sarebbe più precisa LA CODIFICA DELLE IMMAGINI 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Aumentando il numero dei quadratini, (pixel) in cui scompongo l’immagine la digitalizzazione sarebbe più precisa LA CODIFICA DELLE IMMAGINI Quindi con 1 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? La figura di prima era In bianco e nero. Vediamo ora cosa succede associando a 4 colori dei numeri 00 01 10 11 001110111011 110111110100 00 11 10 11 10 11 11 01 11 11 01 00 Aumentando la risoluzione, ci avviciniamo a figure più dettagliate con la stessa codifica 00 01 10 11 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 0 1 000 001 010 011 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 00 01 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 PIXEL Y Adesso.. Y X X PIXEL 0,3 mm 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 = 16.777.216 colori. 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 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. 600 ppi (points per inch) indica che ciascun pixel misura 1/600 di pollice (1 pollice = 2,54 cm) 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 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 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 DEFINIZIONE DEI COLORI Sistema RGB 1° byte Rosso 2° byte verde 3°byte blu Colori risultanti 255 255 255 Bianco 0 0 0 Nero 255 0 0 Rosso 0 255 0 Verde 0 0 255 Blu 30 30 30 Grigio scuro 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 Sistema RGB Nella stampa i colori delle immagini vengono composti sulla carta. si basano sulla percentuale di luce assorbita dall’inchiostro depositato sulla carta stampata. Sistema CMYK È la famosa QUADRICROMIA 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) RGB 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) DEFINIZIONE DEI COLORI Poiché si utilizzano 3 byte per rappresentare ogni pixel, queste immagini vengono definite a 24 bit Una immagine a colori di 100x100 pixel avrà bisogno di 100 x 100 x 3 byte = 30.000 byte per essere rappresentata B/N Scala di grigi 1 canale 1 canale 1 bit per canale 8 bit b/n 256 toni di grigio 81 kbyte 638 Kbyte Scala di CMYK colore 4 canali, 1 canale 8 bit per canale 8 bit 2490 Kb 256 colori 638 Kb RGB 3 canali, 8 bit per canale (mil di col) 1870 Kb LA CODIFICA DELLE IMMAGINI Il numero di punti, calcolato come Numero Colonne x Numero Righe, rappresenta la risoluzione di un’immagine (640x480) La risoluzione può venire espressa, però, anche in ppi o dpi (point per pollice o dot per inch) (es. 300 dpi) 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. 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. 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 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 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. 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. 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 FORMATI DEI FILE GRAFICI • TIFF (Tagged Image File Format): consente di ottenere immagini di qualità molto elevata ed è quindi utilizzato molto spesso nell'editoria. Questo formato (estensione file tif o tiff) consente di visualizzare milioni di colori, la dimensione dei file di immagine ottenuti è però solitamente maggiore rispetto a quella dei file creati nei formati GIF o JPEG. E’ il formato principe per la stampa di qualità. FORMATI DEI FILE GRAFICI • PNG (Portable Network Graphics):è stato sviluppato come alternativa senza brevetto al formato GIF ed è utilizzato per la rappresentazione di immagini sul web. Questo formato (estensione file png) consente di visualizzare milioni di colori. Supporta la trasparenza ma non l'animazione.
