Lezione3 - Sapienza

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Lezione3 - Sapienza

TECNICHE DI ELABORAZIONE
NUMERICA DI IMMAGINE E VIDEO
Ing. Michele Scarpiniti
Dipartimento INFOCOM – Università di Roma “La Sapienza”
[email protected]
http://ispac.ing.uniroma1.it/scarpiniti/index.htm
Dispense su: http://ispac.ing.uniroma1.it/scarpiniti/didactics.htm
Tecniche di Elaborazione Numerica di Immagine e Video – Ing. Michele Scarpiniti
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Lezione 3: Sommario

La strumentazione ottica;
La televisione;
L’image processing;
The Gimp.
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La strumentazione ottica (1/30)

Una macchina fotografica (o fotocamera) è un
apparecchio usato per acquisire foto, singolarmente o in
sequenza.
Una macchina fotografica può lavorare con lo spettro
visibile della luce o con altre porzioni dello spettro
elettromagnetico.
Ogni macchina fotografica è costituita da una camera,
con un'apertura ad un'estremità per permettere alla luce
di entrare e con una superficie di visualizzazione o di
registrazione per catturare la luce all'altra estremità. La
prima apertura è spesso controllata da un meccanismo
ad iride (il diaframma), mentre la seconda è costituita da
un qualche tipo di sensore fotosensibile, che può essere
una pellicola fotografica.
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Per reflex si intendono le macchine fotografiche dotate di un sistema
composto da uno specchio posto a 45° rispetto all'obiettivo e da un
pentaprisma. Lo specchio è dotato di un meccanismo che lo fa sollevare
al momento dello scatto in modo che la luce raggiunga l'elemento
sensibile (pellicola o sensore). Questo meccanismo consente di
osservare nel mirino della macchina fotografica la stessa immagine
catturata dall'obiettivo. Caratteristico delle fotocamere reflex è il fatto
che, durante l'esposizione, il soggetto non è più visibile al fotografo, a
causa dell'inclinazione dello specchio verso l'elemento sensibile.
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Un diaframma è un'apertura (solitamente circolare o poligonale)
attraverso cui la luce fluisce attraverso una lente o un obiettivo
fotografico. Il centro del diaframma coincide con l'asse ottico della
lente.
La maggior parte delle fotocamere dispongono di un diaframma di
ampiezza regolabile (simile, per funzione, all'iride dell'occhio)
contenuto nella lente; la regolazione del diaframma si chiama
apertura.
Diaframmi di piccole dimensioni hanno l'effetto di ridurre gli effetti
di aberrazione ottica dell'obiettivo e di incrementare la profondità di
campo, ma richiedono tempi di esposizione più lunghi, e
conseguentemente implicano un maggior rischio di mosso se il
soggetto o la fotocamera si spostano durante l'esposizione.
Nelle fotocamere, il diaframma può essere aperto a diverse
ampiezze, distribuite regolarmente su una scala di intervalli detti
stop o f-stop. Ogni valore di stop corrisponde a una quantità di
luce doppia rispetto al precedente. La sequenza dei valori di stop è
una progressione geometrica di ragione 2.
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Comprende i seguenti valori:
f/1 f/1.4 f/2 f/2.8 f/4 f/5.6 f/8 f/11 f/16 f/22 f/32 f/45 f/64

dove a valori più bassi corrispondono aperture di diaframma più
ampie. Passare da un valore di f/2 a f/2.8 significa raddoppiare
l'esposizione.
I numeri sopra riportati sono identici indipendentemente dalla
lunghezza focale dell'obiettivo; in realtà il rapporto es. f/4 stà a
significare che per un tele-obietivo di lunghezza focale f=200mm il
diametro dell'apertura dell'obbiettivo è pari a 200/4=50mm mentre
per un grandangolare di lunghezza focale f=35mm l'apertura è pari
a 35/4=8.75mm.
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L'otturatore è il dispositivo che regola il tempo di esposizione della
pellicola alla luce. Gli otturatori possono essere classificati in due
tipi:

otturatori centrali
otturatori a tendina
Al primo tipo corrispondono tutti gli otturatori dotati di lamelle
disposte a raggiera, in modo simile a quelle del diaframma. Il
secondo tipo è un otturatore composto da due superfici di stoffa o
metallo disposte parallelamente lungo il piano focale, che scorrono
verticalmente formando una fessura che lascia passare la luce. Se il
tempo richiesto è lento, la prima tendina raggiunge il fine corsa e
conseguentemente parte la seconda che copre la pellicola
concludendo l'esposizione. In caso di tempi più rapidi, la seconda
tendina viene azionata durante la corsa della prima, quindi la
pellicola non viene esposta contemporaneamente lungo tutto il
fotogramma, ma solo attraverso la fessura formatasi dal ritardo fra
la prima e la seconda tendina.
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L'otturatore, insieme al diaframma, è un fattore indispensabile per
determinare una corretta esposizione. Può essere utilizzato in modo
creativo, scegliendo un tempo lento per catturare un soggetto ed
esaltarne il movimento, oppure un tempo rapido per fissare un
istante e aumentare la nitidezza dell'immagine.
Nelle moderne fotocamere, i tempi dell'otturatore sono selezionabili
da una ghiera oppure, negli apparecchi elettronici, da pulsanti o
comandi digitali. Normalmente i tempi utilizzati in fotografia sono
inferiori al secondo e vengono calcolati come una progressione in
cui il valore successivo è il doppio del precedente. Ecco una lista dei
valori selezionabili, in secondi, sui moderni otturatori:
8 4 2 1 1/2 1/4 1/8 1/15 1/30 1/60 1/125 1/250 1/500 1/1000
1/2000 1/4000
Di norma i valori inferiori al secondo sono visualizzati solo con il
divisore: 1/125 diviene 125.
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Il termine esposizione indica talvolta il periodo di tempo durante il quale
l'otturatore della fotocamera rimane aperto nello scatto di una fotografia;
più spesso, in gergo tecnico, la stessa parola indica la quantità totale di
luce che viene fatta giungere alla pellicola (o al sensore nel caso di
fotocamere digitali) nel suddetto periodo. L'esposizione si misura in EV
(valore di esposizione) ed è determinata con l'ausilio dell'esposimetro.
Matematicamente parlando, l'esposizione è definita in:
Esposizione = Intensità luminosa * tempo
e può essere descritta come la somma dei fattori di diaframma, tempo di
esposizione e velocità della pellicola.

Il rapporto che intercorre tra questi tre elementi è definito come
reciprocità. A parità di condizioni di luce, si ottiene la stessa esposizione
se aumentando un fattore se ne diminuisce un altro della stessa quantità.
Ad esempio, portando il tempo da 1/250 a 1/500, quindi dimezzando
l'esposizione alla luce, si può scegliere se raddoppiare il diaframma oppure
aumentare la sensibilità della pellicola. In entrambi i casi la quantità di luce
che colpirà la pellicola sarà la stessa.
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Questa caratteristica permette un elevato controllo sul risultato
fotografico. Modificando l'apertura del diaframma otteniamo una
profondità di campo più o meno ampia, agendo sul tempo
controlliamo l'effetto mosso, mentre utilizzando una pellicola più o
meno veloce, gestiamo la granularità della pellicola.
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La profondità di campo nitido o semplicemente profondità di
campo (abbreviato in PdC) è la distanza davanti e dietro il
soggetto principale che appare nitida (a fuoco). Per ogni
impostazione dell'obiettivo, c'è un'unica distanza a cui gli oggetti
appaiono perfettamente a fuoco; la nitidezza diminuisce
gradualmente in avanti (verso il fotografo) e indietro (in direzione
opposta).
Il campo nitido è quell'intervallo di distanze davanti e dietro il
soggetto in cui la sfocatura è impercettibile o comunque tollerabile;
la PdC si dice essere maggiore se questo intervallo è ampio e
minore se è ridotto. Per motivi legati all'angolo di incidenza dei
raggi luminosi, il campo nitido è sempre più esteso dietro al
soggetto a fuoco che davanti; più precisamente, la distanza
perfettamente a fuoco si trova grosso modo a un terzo del campo
nitido, verso il fotografo. Un punto al di fuori del campo nitido
(sfocato) produce sulla pellicola un circolo di confusione, il cui
diametro cresce man mano che ci si allontana dal campo nitido
stesso.
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Si usa dire che obiettivi con lunghezza focale maggiore (come i
teleobiettivi) hanno una PdC minore, e viceversa. In effetti, questa
affermazione richiede una precisazione, in quanto il rapporto fra PdC e
focale consegue più dall'uso tipico che si fa delle focali di diversa lunghezza
(focali lunghe per riprendere oggetti distanti, corte per soggetti vicini) che
non da proprietà fisiche delle lenti.
A parità di tutto il resto, la messa a fuoco di un soggetto lontano risulta in
una maggiore PdC rispetto a quella di un soggetto vicino. In particolare,
per ogni impostazione della fotocamera esiste una distanza iperfocale, e la
PdC è tanto maggiore quanto più il soggetto, allontanandosi, si avvicina a
tale distanza. Quando il punto a fuoco coincide con l'iperfocale, si
raggiunge la massima PdC possibile, che si estende in lontananza fino
all'infinito e, verso il fotografo, fino a metà dell'iperfocale.
f/32
f/5
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Nella schematizzazione più semplice ogni obiettivo, per quanto
complesso, si comporta come una lente sottile. In questo senso si
definisce lunghezza focale la distanza dalla superficie dell'obiettivo
al punto nel quale converge la luce quando questo viene illuminato
con un fascio di luce parallela, si misura con la messa a fuoco a
infinito.
Gli obiettivi in cui la lunghezza focale non può cambiare si chiamano
obiettivi a focale fissa; dove può variare l'obiettivo prende il nome di
focale variabile o zoom. La lunghezza focale è indicata negli obiettivi
fissi con un numero espresso in millimetri (es. 180mm); per gli
zoom sono presenti due valori che delimitano il campo di focali
ottenibili, ad esempio 35-135mm.
In funzione dello schema costruttivo il cambio di focale viene
ottenuto con un sistema a ghiera rotante o con un sistema
cosiddetto a pompa in cui spostando avanti o indietro la ghiera di
messa a fuoco si varia la focale. Nelle migliori ottiche la distanza di
messa a fuoco e l'apertura non variano cambiando la focale
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La pellicola fotografica è il supporto necessario alla cattura di immagini
all'interno di una fotocamera analogica.
È costruita a strati, il supporto di base è un sottile nastro di plastica
(solitamente poliestere o triacetato di celluloide), a cui segue uno strato
antialone per evitare riflessi interni. Gli strati successivi contengono una
emulsione di alogenuro d'argento con cristalli di grandezza variabile. Il
materiale fotosensibile è legato con della gelatina, realizzata da materiali
organici animali, all'alogenuro. Nelle pellicole bianco e nero, è presente un solo
strato di emulsione fotosensibile, mentre nelle pellicole colore sono necessari tre
diversi strati sensibili alle diverse frequenze di luce visibile per formare
l'immagine finale, utilizzando la sintesi cromatica sottrattiva. Questi strati sono
disposti uno sopra l'altro e resi sensibili ai colori con delle molecole organiche
chiamate sensibilizzatori spettrali. Partendo dal basso, il primo strato è sensibile
al rosso, poi verde e infine blu. Tra il verde e il blu è presente uno strato filtro di
colorante giallo per evitare il passaggio del blu. L'emulsione può essere resa
sensibile alla luce visibile, all'infrarosso, all'ultravioletto, ai raggi X o ai raggi
gamma.
Quando la pellicola viene sottoposta ad una esposizione controllata di luce si
imprime una immagine su di essa, chiamata immagine latente. È necessario
applicare i processi chimici di rivelazione alla pellicola per creare una immagine
stabile e insensibile alle future esposizioni alla luce, mediante i processi di
sviluppo e fissaggio.
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La pellicola fotografica può essere di tipo negativo, invertibile o
diapositiva. La prima trasforma l'immagine latente in negativo,
quindi viene stampata su carta fotografica per ottenere il positivo,
mentre nella pellicola invertibile o diapositiva il processo di sviluppo
trasforma l'immagine in positiva, da proiettare o stampare, seppure
con un aumento di contrasto.
Esistono in commercio pellicole che contengono i chimici necessari
per lo sviluppo direttamente all'interno dello stesso supporto. La
prima pellicola di questo tipo è stata introdotta dalla Polaroid nel
1948 e permette di ottenere l'immagine positiva pochi minuti dopo
l'esposizione
La classificazione per formato si basa sulla dimensione del
fotogramma.

135 (conosciuto come 35mm, il piccolo formato)
APS (Advanced Photo System)
110 (13 x 17 mm, fuori produzione)
120/220 (56 × 56 mm, il medio formato)
Il supporto fotografico è distribuito anche in lastre per utilizzo
singolo nelle fotocamere a banco ottico a grande formato.
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Nelle fotocamere digitali il principio è lo stesso di quelle analogiche: l’unica
differenza è che al posto della pellicola è presente un sensore CCD.
Un CCD (acronimo di Charge Coupled Device) consiste in un circuito
integrato formato da una riga, o da una griglia, di elementi semiconduttori in
grado di accumulare una carica elettrica (charge) proporzionale all'intensità
della radiazione elettromagnetica che li colpisce. Questi elementi sono
accoppiati (coupled) in modo che ognuno di essi, sollecitato da un impulso
elettrico, possa trasferire la propria carica ad un altro elemento adiacente.
Inviando al dispositivo (device) una sequenza temporizzata d'impulsi, si
ottiene in uscita un segnale elettrico grazie al quale è possibile ricostruire la
matrice dei pixel che compongono l'immagine proiettata sulla superficie del
CCD stesso.

Questa informazione può essere
utilizzata direttamente nella sua forma
analogica, per riprodurre l'immagine su
di un monitor o per registrarla su
supporti magnetici, oppure può essere
convertita in formato digitale per
l'immagazzinamento in file che ne
garantiscano il riutilizzo futuro.
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La telecamera è un dispositivo elettronico per l'acquisizione di
immagini dinamiche (in movimento). Permette la cattura di immagini
bidimensionali in sequenza, a velocità di cattura prefissate,
solitamente nella gamma visibile dello spettro elettromagnetico.
Si avvale di sistemi a tubo catodico o a CCD.
Le telecamere possono essere in bianco e nero o a colori con
standard di acquisizione e trattamento delle immagini allineate agli
standard televisivi dei paesi in cui vengono usate.
L'abbinamento di una telecamera con un videoregistratore genera il
camcorder che è diventato l'apparecchio di registrazione televisiva
più diffuso degli ultimi anni. Esso, viene utilizzato sia per applicazioni
professionali sia in tutti i sistemi di registrazione amatoriali.
Ultimamente sono presenti sul mercato telecamere che registrano su
supporto DVD e telecamere che registrano in formato compresso
(solitamente DivX) su disco rigido con possibilità di collegarle con un
cavo ad alta velocità ad un computer per effettuare montaggi, effetti
speciali e via dicendo.
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In una telecamera l’immagine si forma sul sensore che ne
consente la scansione per righe e che da luogo ad un
segnale che nel tempo di scansione di ciascuna riga è
proporzionale alla luminanza dell’immagine lungo tale riga.
Idealmente da un organo di ripresa in bianco e nero
escono tre segnali: il primo che descrive l’andamento della
luminanza lungo ciascuna riga, e altri due, detti di
sincronismo orizzontale e verticale, che identificano gli
istanti di interruzione della scansione ad ogni riga e alla
fine del quadro.
Se la telecamera è a colori, l’immagine viene focalizzata
sul fondo di tre sensori, ciascuno dei quali è preceduto da
un filtro ottico trasparente ai tre colori R, G e B. Così le
uscite dei tre sensori forniscono l’andamento delle tre
componenti di colore, in sostituzione della sola luminanza.
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Luminanza
Riga 1
Riga 2
Riga 3
Riga N
Sinc. Orizz.
Sinc. Vert.

Sono mostrati i tre segnali generati da una telecamera in bianco e
nero.
Data un’immagine di base A e altezza H, si definisce rapporto
d’aspetto il rapporto: R = A/H.
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Una webcam è una piccola telecamera utilizzabile solo (o
principalmente) come dispositivo di input per un computer. A
differenza di una telecamera tradizionale, non dispone di un proprio
sistema di memorizzazione di video (per esempio su nastro), ma
trasmette semplicemente le immagini riprese, in forma digitale.
Il principale utilizzo delle webcam consiste infatti nella possibilità di
impiegarle per realizzare una videoconferenza attraverso il Web o
altri sistemi basati su Internet.
Un altro uso piuttosto diffuso delle webcam consiste nella
trasmissione continua di immagini dal vivo (streaming video) da
determinati luoghi del mondo; per esempio, il sito View Sydney
offre immagini dal vivo, 24 ore al giorno, della zona del Darling
Harbour di Sydney.
Ancora, webcam vengono talvolta utilizzate a scopi di
videosorveglianza, o per la registrazione di video (sul disco rigido
del computer). Negli ultimi anni alcuni modelli di webcam sono
diventati popolari tra gli astrofili, che le impiegano come strumenti a
basso costo per la ripresa di immagini di pianeti e altri oggetti
celesti luminosi.
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Uno schermo a cristalli liquidi, o LCD (Liquid Crystal Display), è uno
schermo sottile e leggero senza nessuna parte mobile. Esso è composto da
un liquido intrappolato in numerose celle. Ogni cella è provvista di contatti
elettrici in modo da poter applicare un campo elettrico al liquido che
contiene. Le celle stesse sono contenute all'interno di due schermi
polarizzatori lungo assi perpendicolari tra loro. I cristalli liquidi torcono di
90° la polarizzazione della luce che arriva da uno dei polarizzatori,
permettendole di passare attraverso l'altro.
Prima che il campo elettrico sia applicato, la luce può passare attraverso
l'intera struttura, e, a parte una piccola parte di luce assorbita dai
polarizzatori, l'apparecchio risulta trasparente. Quando il campo elettrico
viene attivato le molecole del liquido si allineano parallelamente al campo
elettrico, limitando la rotazione della luce entrante. Se i cristalli sono
completamente allineati col campo, la luce che vi passa attraverso è
polarizzata perpendicolarmente al secondo polarizzatore, e quindi è
bloccata del tutto. Il pixel apparirà non illuminato. Controllando la torsione
dei cristalli liquidi in ogni pixel, si può controllare quanta luce far passare,
corrispondentemente illuminando il pixel.
La grandezza dello schermo si misura in diagonale utilizzando il pollice
come unità di misura.
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Gli schermi LCD posso essere usati in due modalità denominate transmissive e
reflective.
Gli schermi di tipo transmissive sono illuminati da un lato e vengono visti
dall'altro. In pratica una luce viene posizionata sul retro dello schermo e i cristalli
liquidi agiscono da filtro facendo passare solo la componente cromatica
desiderata. In questo modo si ottengono schermi molto luminosi, d'altro canto,
però la fonte di luce spesso consuma più energia di quella richiesta dallo schermo
in sé. Questi schermi hanno una buona leggibilità in condizioni di scarsa luce
ambientale, mentre diventano poco visibili in condizioni di forte illuminazione,
risultando adatti per l'uso in interni.
Gli schermi LCD di tipo reflective usano la luce presente nell'ambiente che viene
riflessa da uno specchio posto dietro lo schermo. Questo schermo ha un contrasto
più basso rispetto al LCD transmissive, infatti la luce è costretta a passare due
volte attraverso il filtro. Il vantaggio principale di questo tipo di schermo è che
l'assenza di una fonte di luce artificiale mantiene i consumi energetici molto bassi.
Gli schermi Transflexive cercano di unire le caratteristiche migliori dei
Transmissive e dei Reflective. Hanno un semi-specchio posto dietro il display, in
grado di riflettere la luce frontale (come i reflective), ma di far passare la luce
proveniente da un illuminatore posto nella parte posteriore (come i trasmissive).
Questo tipo di display si va diffondendo rapidamente, soprattutto negli apparecchi
mobili (telefoni cellulari e computer palmari), per la sua buona leggibilità in tutte
le condizioni di luce.
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Gli schermi di medie dimensioni, come quelli delle agende elettroniche,
hanno una struttura a matrice passiva. Questo tipo di struttura ha un
gruppo di contatti per ogni riga e colonna dello schermo, invece che
una per ogni pixel. Lo svantaggio è che può essere controllato solo un
pixel alla volta, gli altri pixel devono ricordare il loro stato finché il
circuito di controllo non si dedica nuovamente a loro. Il risultato è un
contrasto ridotto ed una certa difficoltà a visualizzare bene le immagini
in rapido movimento. Il problema chiaramente va peggiorando man
mano che il numero di pixel aumenta.
Per gli schermi ad alta risoluzione, come i monitor per computer, si
usa un sistema a matrice attiva. In questo caso lo schermo LCD
contiene una sottile pellicola di transistor (Thin Film Transistor - TFT).
Questo dispositivo memorizza lo stato elettrico di ogni pixel dello
schermo mentre gli altri pixel vengono aggiornati. Questo metodo
permette di ottenere immagini molto più luminose e nitide rispetto agli
LCD tradizionali.
La durata media degli schermi LCD si attesta al giorno d'oggi intorno
alle 50.000 ore. Questo fatto, unitamente alla notevole flessione dei
prezzi, rende questa tecnologia un'alternativa agli schermi a tubo
catodico.Tecniche di Elaborazione Numerica di Immagine e Video – Ing. Michele Scarpiniti
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1) Piastra di vetro
2) e 3) Filtri polarizzatori orizzontali e verticali
4) Matrice colori RGB
5) e 6) Linee di comando orizzontali e verticali
7) Stato di polimeri
8) Separatori
9) Thin Film Transistor
10) Elettrodo anteriore
11) Elettrodo posteriore
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OLED è l'acronimo di Organic Light Emitting Diode ovvero diodo
organico ad emissione di luce.
Tecnologia che permette di realizzare display a colori con la capacità di
emettere luce propria: a differenza dei display a cristalli liquidi, i
display OLED non richiedono componenti aggiuntivi per essere
illuminati, ma producono luce propria; questo permette di realizzare
display molto più sottili e addirittura pieghevoli e arrotolabili, e che
richiedono minori quantità di energia per funzionare.
Un display OLED è composto da vari strati sovrapposti: su un primo
strato trasparente, che ha funzioni protettive, viene deposto uno
strato conduttivo trasparente che funge da anodo; successivamente
vengono aggiunti 3 strati organici: uno per l'iniezione delle lacune, uno
per il trasporto di elettroni, e, tra di essi, i tre materiali elettroluminescenti (rosso, verde e blu), disposti a formare un unico strato
composto da tanti elementi, ognuno dei quali formato dai tre microdisplay colorati. Infine, viene deposto uno strato riflettente che funge
da catodo.
Nonostante la molteplicità di strati, lo spessore totale, senza
considerare lo strato trasparente, è di circa 300 nanometri.
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Uno schermo al plasma è uno schermo dove la luce viene creata
grazie a dei fosfori eccitati da una scarica di plasma. La scarica di
plasma contiene una mistura di gas nobili (neon e xeno); questi gas
sono contenuti in centinaia di migliaia di piccole celle all'interno di un
guscio formato da due elettrodi e rivestito da uno strato di fosforo.
Quando gli elettrodi inducono un campo elettrico i gas contenuti nella
cella ionizzano, emettendo una scarica di plasma che, reagendo col
fosforo della cella, produce luce.
Ogni singola cella è in realtà una componente cromatica di un pixel
che, insieme a tutti gli altri, contribuisce a formare l'immagine. Ogni
pixel infatti è formato da tre subpixel, uno con fosforo rosso, uno verde
e il terzo blu, che corrispondono alle singole celle (RGB). Variando gli
impulsi della corrente che attraversa le celle, il sistema di controllo può
aumentare o diminuire l'intensità di ogni colore del subpixel, per
generare le centinaia di diverse combinazioni di rosso, verde e blu. In
questo modo, il sistema di controllo può produrre i colori dell'intero
spettro.
Gli schermi al plasma sono luminosi (1000 cd/m2 o più) e molto sottili.
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Il principale vantaggio degli schermi al plasma è che è possibile
produrre schermi molto grandi usando materiali estremamente
sottili. Inoltre, visto che ogni pixel è illuminato singolarmente,
l'immagine è molto luminosa e non dipende dall'angolo di
visuale. La qualità di immagine non è ancora al livello degli
schermi CRT migliori, ma certamente è sufficiente per la
maggior parte delle persone.
Gli svantaggi più grandi di questa tecnologia sono dati dal
prezzo e dal progressivo degrado dell'immagine; soprattutto la
persistenza di immagini statiche tende a creare fastidiose
ombreggiature e zone scure, che, nei casi più gravi, si notano
anche a schermo spento, il degrado dell'immagine è
conseguente alla progressiva alterazione cromatica della
superficie interna della singola cella contenente il gas, e dal
progressivo ridursi della sua luminosità, analogamente come
avviene nelle lampade al neon.
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Il termine tubo a raggi catodici, più comunemente
tubo catodico o CRT, indica la tecnologia
comunemente usata per la visualizzazione nei monitor e
nei televisori, che consiste nel convogliare ad hoc dei
raggi catodici su di una superficie sensibile, che
ricostruisce l'immagine visibile. La misura dei monitor
CRT si effettua sulla diagonale dell'area visibile, in Pollici.
I monitor a tubo catodico presentano il vantaggio,
rispetto alle tecnologie concorrenti, di una migliore
velocità di reazione (o minore latenza, molto apprezzata
nell'uso dei videogiochi) e immagini con colori più fedeli.
La struttura del tubo catodico deriva direttamente dal
diodo a catodo freddo, a sua volta derivato dal tubo di
Crookes, a cui è aggiunto uno schermo rivestito di
materiale fluorescente.
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Il catodo è un piccolo elemento metallico riscaldato all'incandescenza che emette
elettroni per effetto termoelettronico. All'interno del tubo catodico, in cui è stato
praticato un vuoto spinto, questi elettroni vengono diretti in un fascio (raggi
catodici) per mezzo di una elevata differenza di potenziale elettrico tra catodo e
anodo. Il raggio (detto anche pennello elettronico) viene deflesso dall'azione di
campi magnetici (Forza di Lorentz) in modo da arrivare a colpire un punto
qualunque sulla superficie interna dello schermo, l'anodo. Questa superficie è
rivestita di materiale fluorescente (detti fosfori, in genere metalli di transizione
oppure terre rare) che eccitato dall'energia degli elettroni emette luce.
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I tubi catodici a colori utilizzano differenti tipi di fosfori in grado di emettere i
colori rosso, verde e blu, disposti in sottili strisce parallele (tecnica aperture
grille) oppure a gruppi di punti (tecnica shadow mask).
Ci sono quindi tre catodi con tre sistemi di focalizzazione (complessivamente
detti cannoni elettronici), che generano un fascio per ciascun colore (in realtà i
fasci sono invisibili, la corrispondenza con il colore dipende esclusivamente da
quale fosforo viene colpito).
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All'interno del tubo, a breve distanza dallo schermo, è presente
una maschera metallica forata con la funzione di assorbire gli
elettroni che non siano sulla traiettoria esatta per raggiungere
il fosforo corretto e che causerebbero altrimenti confusione nei
colori visualizzati.
L'impatto degli elettroni con la maschera metallica è causa di
produzione di una piccola quantità di raggi X. Per questo
motivo la parte frontale del tubo è realizzata in vetro al
piombo, in modo da lasciarsi attraversare dalla luce
dell'immagine ma non dai raggi X. Inoltre il sistema elettronico
è progettato in modo da impedire che la tensione anodica
possa salire a valori eccessivi, causando l'emissione di raggi X
di energia maggiore.
Si sono sperimentati in passato altri metodi per generare i
colori, come per esempio l'utilizzo di un unico pennello
elettronico che scandisce in sequenza i tre fosfori colorati che
costituiscono il pixel dell'immagine.
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La televisione (1/18)

Un televisore dovrebbe riprodurre 25 fotogrammi al secondo,
ovvero uno ogni 40 ms.
Nella realtà per evitare sfarfallamenti, la si ripropone due volte
ogni 40 ms.
In teoria potrei prendere due immagini diverse ogni 20 ms e
trasmetterli, ma in questo modo raddoppierei l’occupazione di
banda (scansione progressiva).
Una soluzione è quella di trasmettere ogni 20 ms non l’intera
immagine, ma alternativamente le sue righe pari e poi le sue
righe dispari (scansione interlacciata).
Una simile rappresentazione corrisponde al cosidetto
campionamento quincunx.
Si indica con quadro l’intero fotogramma, con semiquadro un
fotogramma rappresentato dalle sole righe pari o dispari.
33
fy
fx

Esempio di campionamento quincunx.
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Per permettere la diffusione degli apparecchi televisivi inizialmente e
dei dispositivi informatici in seguito sono stati sviluppato una serie di
standard che raccolgono le specifiche tecniche da rispettare per
ottenere delle apparecchiature interoperanti.
Essi sono il PAL, il SECAM e l’NTSC.
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NTSC: National
Television System
Committee
Sviluppato negli USA, fu
il primo standard di tv a
colori ad essere
inventato. Le
trasmissioni pubbliche
iniziarono ufficialmente
nel 1954.
linee/ quadri
Caratteristiche tecniche:
portante audio
frequenza
orizzontale
525/60
15.734 kHz
frequenza
verticale
frequenza
portante colore
60 Hz
3.579545 MHz
banda video
4.2 MHz
4.5 MHz (FM)
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PAL: Phase
Alternation Line
Sviluppato in Germania,
deriva dall'NTSC,
rispetto al quale elimina
la distorsione nei colori.
Le trasmissioni
iniziarono nel 1967
Caratteristiche tecniche:
37
PAL B-G-H
linee/
quadri
frequenza
orizzontale
625/50
PAL I
625/50
PAL D
625/50
PAL N
625/50
PAL M
525/60
15.625 kHz 15.625 kHz 15.625 kHz 15.625 kHz 15.734 kHz
frequenza
verticale
50 Hz
50 Hz
50 Hz
50 Hz
60 Hz
frequenza
portante
colore
4.433618
MHz
4.433618
MHz
4.433618
MHz
3.582056
MHz
3.575611
MHz
banda
video
5.0 MHz
5.5 MHz
6.0 MHz
4.2 MHz
4.2 MHz
portante
audio
5.5 MHz
(FM)
6.0 MHz
(FM)
6.5 MHz
(FM)
4.5 MHz
(FM)
4.5 MHz
(FM)
38

SECAM:
Sequential
Couleur Avec
Memoire
Sviluppato in
Francia.
Trasmissioni
iniziate nel 1967.
Caratteristiche
tecniche:
SECAM B-G-H SECAM D-KK1-L
linee/ quadri
625/50
625/50
frequenza
orizzontale
15.625 kHz
15.625 kHz
frequenza
verticale
50 Hz
50 Hz
banda video
5.0 MHz
6.0 MHz
portante audio
5.5 MHz
6.5 MHz (FM)
Tranne SECAM L
39

Il digitale terrestre (anche noto con l'acronimo DTT) è una
tecnologia che permette di ricevere sul televisore di casa trasmissioni
televisive del livello qualitativo e prestazionale della TV satellitare,
utilizzando l'impianto ricevente preesistente, affiancato da un
decoder.
Con il sistema digitale, si trasmette un'onda elettromagnetica che
però non è copia dell'onda elettrica generata dalla telecamera ma un
flusso di bit, un flusso di dati binari, cioè in grado di assumere
soltanto due valori. La trasformazione dell'onda elettrica in uscita
dalla telecamera in flusso di dati digitali da trasmettere attraverso
un'onda elettromagnetica è fatta dai circuiti di conversione
analogico/digitale (A/D).
In particolare, il sistema digitale terrestre approvato in Italia prevede
l'uso della trasmissione dei dati aggiuntivi per la distribuzione di
programmi software scritti secondo lo standard MHP.
Il principale vantaggio della tecnologia di trasmissione digitale del
segnale è la qualità. Il secondo vantaggio è l'indifferenza ai disturbi
in ricezione, insieme all’aumento del numero di canali disponibili.
40

L' MHP (Multimedia Home Platform) è uno standard della famiglia DVB che
definisce l’interfaccia (middleware) tra le applicazioni interattive digitali e gli
apparati dove queste sono attivate (Set-Top-Box o STB). Le specifiche di
questo Linguaggio sono state definite appunto dal Digital Video Broadcast
Project un consorzio formato da più di 300 operatori del settore, costruttori,
sviluppatori di software di circa 35 paesi diversi. La conformità del progetto è
sotto la responsabilità dell'European Telecommunications Standards Institute.
L'MHP fin dal principio viene sviluppato in due modi differenti: DVB-HTML,
poco fortunato perché molto complesso, e DVB-J.
DVB-J che rappresenta lo standard
più diffuso si basa su un subset di
linguaggio di programmazione
Java. Esso costituisce un software
intermedio e aperto per la messa a
punto di molti tipi di applicazioni e
servizi anche con modalità
interattive.
41

L'acronimo DVB (Digital Video Broadcasting, Diffusione Video Digitale)
rappresenta un insieme di standard aperti ed accettati a livello internazionale,
concepiti per lo sviluppo e la diffusione della televisione digitale.
Il sistema DVB ha prodotto degli standard per ciascun mezzo trasmissivo
(terrestre, satellite, via cavo) utilizzato dalla TV analogica.
In particolare. si possono annoverare i seguenti:

DVB-S (la "S" sta per "satellitare"): in questo caso per ricevere i segnali video è necessario
collegare il televisore ad un'antenna parabolica, che riceve i segnali direttamente dai satelliti posti
in orbita geostazionaria;
DVB-C (la "C" per "cavo"): qui invece il segnale è ricevuto grazie ad un cavo coassiale;
DVB-T (la "T" sta per "Terrestrial"): infine in quest'ultimo caso, il segnale video è ricevuto
attraverso le normali antenne televisive, andando (per il momento) ad affiancarsi alle trasmissioni
analogiche, ossia quelle che siamo abituati a ricevere da anni. Quest'ultimo tipo di trasmissioni,
però, è destinato per legge a scomparire, in quanto è previsto che nel mese di dicembre 2008 (in
precedenza stimato il 1° gennaio 2006) tutti i trasmettitori televisivi analogici d'Italia saranno
spenti, e da quel momento in poi sarà possibile vedere i programmi televisivi solo dotandosi di un
ricevitore digitale, che nei televisori più nuovi è già incorporato.
DVB-H (la "H" sta per "handheld"): è lo standard del consorzio europeo DVB per una modalità di
radiodiffusione terrestre studiata per trasmettere programmi TV, radio e contenuti multimediali ai
dispositivi handheld, come i più comuni smartphone e i palmari Pda. Si tratta di uno standard
derivato dal DVB-T e funziona combinando gli standard del video digitale con l'Internet Protocol in
modo da suddividere i contenuti in pacchetti di dati da trasferire sul cellulare e leggibili da parte
dell'utente.
42

IPTV (Internet Protocol Television) descrive un sistema atto a
utilizzare l'infrastruttura di trasporto IP per veicolare contenuti
televisivi in formato digitale attraverso connessione internet a banda
larga.
Spesso la fruizione dei contenuti televisivi è offerta in modalità Video
on Demand ed abbinata all'accesso al web ed al VOIP, poiché questi
tre servizi condividono la stessa infrastruttura.
Per i prossimi anni molti si attendono che l'IPTV avrà una forte
diffusione, di pari passo con la disponibilità della banda larga.
L'interesse degli utenti finali è ulteriormente spinto dalla sempre
maggiore disponibilità di contenuti sia a pagamento che gratuiti.
Al momento , le sole alternative all'IPTV sono le distribuzioni
televisive tradizionali come la televisione analogica terrestre, il
digitale terrestre, il satellite e, nei paesi in cui viene usata, la TV via
cavo.
L'esecuzione dell'IPTV richiede l'utilizzo di un PC oppure di un
apposito set-top box collegato alla TV.
43

L'Advanced Television Systems Committee (ATSC), ovvero il
Comitato per i Sistemi Televisivi Avanzati è un'organizzazione
internazionale senza fini di lucro volta allo sviluppo di standard
volontari per la televisione digitale. Le organizzazioni membri della
ATSC rappresentano le industrie di semiconduttori, satelliti, TV via
cavo, computer, elettronica di consumo e sistemi di trasmissione
video.
In particolare, ATSC sta lavorando per coordinare gli standard
televisivi tra i differenti mezzi di trasmissione, con particolare
attenzione alla televisione digitale, i sistemi interattivi, e le
comunicazioni multimediali a larga banda.
Formati supportati dallo standard ATSC:
44

Con il termine HDTV (High Definition Television) ci si riferisce a
trasmissioni televisive a risoluzioni molto più alte di quella usata
tradizionalmente (SDTV - Standard Definition Television). Se la
realizzazione tecnica (produzione del contenuto, encoding digitale,
trasmissione, ricevitore, display) non lo impedisce, HDTV ha il
potenziale di permettere un livello qualitativo più elevato di quello
attualmente in uso.
Un fotogramma video tradizionale nel sistema PAL è composto da 625
linee, di cui quelle dedicate all'informazione video vera e propria sono
circa 525.
La tecnologia HDTV comprende due formati video, che differiscono sia
per la risoluzione effettiva che per le modalità di scansione
dell'immagine.

Il formato 720p, chiamato comunemente HDV, presenta una risoluzione
complessiva di 921.600 pixel (1280×720) con scansione progressiva, ovvero per
ciascun ciclo di trasmissione di un fotogramma (50 o 60 Hz a seconda dei Paesi)
viene trasmesso l'intero quadro dell'immagine.
Il formato 1080i, chiamato comunemente HD, presenta una risoluzione
complessiva di 2.073.000 pixel (1920×1080) con scansione interlacciata, ovvero
per ciascun ciclo viene trasmesso un semiquadro formato alternativamente dalle
sole linee pari o dispari dell'immagine.
45

La definizione dei programmi HDTV è circa 4 volte superiore a quella
del formato DVD e nonostante la buona efficienza di compressione
offerta dall'MPEG-4, lo spazio richiesto per la loro è comunque
rilevante.
46

I DVD-Video sono supporti digitali in grado di contenere fino a 240 minuti di
materiale video in formato MPEG-2. L'audio può essere indifferentemente in
formato PCM (stereo non compresso), in formato Dolby Digital AC3 (che
prevede da 1 a 6 canali), in formato DTS (a 6 o 7 canali) o in formato MPEG2.
I DVD-Video in commercio possiedono un codice detto codice regionale per
poter essere riprodotto, usando un lettore DVD da tavolo, solo in una
determinata zona del mondo (il globo è stato suddiviso in aree dalle major
cinematografiche). I codici regionali dei DVD-Video sono i seguenti:
0 - Tutto il mondo (nessuna restrizione)
1 - Canada, USA e suoi territori
2 - Europa, Giappone
3 - Sudest asiatico
4 - Australia, Nuova Zelanda, America
centrale e meridionale
5 - Russia, India, Asia nordovest e Africa
del nord
6 - Cina
7 - Riservato
8 - Speciali sedi di riunioni (aeroplani, navi,
hotel, etc.)
47

HD DVD (acronimo di High Density Digital Versatile Disc
o High Definition Digital Video Disc) è un formato ottico
digitale che è stato sviluppato al fine di diventare uno standard
per i DVD di nuova generazione adatti ai contenuti ad alta
definizione.
Il 19 novembre 2003, il DVD Forum ha deliberato per 8 voti
contro 6, che l'HD-DVD sarà il successore del DVD per l'alta
definizione.
HD-DVD è simile al concorrente Blu-ray Disc, che utilizza
anch'esso supporti della stessa dimensione, pari a quella dei
CD (120 mm di diametro) e un laser blu di 405 nanometri di
lunghezza d'onda.
Un disco HD-DVD ha una capacità di 15 GB per ogni singolo
layer, e al momento esiste in 3 versioni differenti: 15 GB (1
layer), 30 GB (2 layer) e recentemente, il 12 maggio 2005 al
Media-Tech Expo di Los Angeles ne è stata proposta
un'evoluzione da 45 GB (3 layer).
48

Il Blu-ray Disc® (spesso abbreviato in BD) è il supporto ottico
proposto dalla Sony agli inizi del 2002 come evoluzione del DVD per
la televisione ad alta definizione. Grazie all'utilizzo di un laser a luce
blu, riesce a contenere fino a 57 GB di dati, quasi 12 volte di più
rispetto a un DVD Single Layer - Single Side (4,7 GB). Anche se
questa capacità sembra enorme un disco da 50 GB può contenere a
malapena 2 ore di filmato ad alta definizione anche utilizzando il
sofisticato codec MPEG-4 al posto del tradizionale MPEG-2.
La tecnologia alla base di Blu-ray è più complessa e sofisticata, ma
permette di raggiungere capacità teoriche superiori ai 500 GB per
singolo disco.
Uno dei motivi principali per cui lo standard Blu-Ray consente
capacità superiori rispetto al concorrente è rappresentato dallo
spessore dello strato protettivo. I dischi DVD e HD DVD dispongono
di un polimero trasparente di 0,6 mm che copre i substrati, mentre lo
strato del Blu-Ray è di solo 0,1 mm. Questo significa che il substrato
è molto vicino alla superficie, e la diffusione del laser è minore. Meno
materiale il laser deve penetrare, maggiore sarà l‘apertura numerica
e minore sarà la distanza tra due tracce e la lunghezza dei pit.
49
50
L’image processing (1/52)

Quando una funzione delta bi-dimensionale (un
impulso bi-dimensionale) transita attraverso un filtro
lineare, viene modificata, allargata e per questo
chiamata point spread function (PSF).
L’occhio è un eccellente esempio di questo concetto.
Infatti se l’occhio guarda un punto bianco su sfondo
grigio, compare un alone nero intorno al punto
luminoso.
L’immagine trasmessa al cervello è la convoluzione
tra l’immagine reale e la PSF.
La stessa cosa può essere applicata alla luminosità: il
fronte di passaggio tra due livelli non è più graduale,
ma presenta delle creste.
51
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53

Una funzione PSF è detta separabile se può essere
fattorizzata nel prodotto di due termini: una proiezione
orizzontale e una proiezione verticale.
x[r,c] = vert[r] x horz[c]
54
55

Molto utile anche nell’image processing come nell’audio è
l’analisi di Fourier.
L’idea di base è quella che nel dominio spaziale, si possono
identificare delle regioni in cui è facile intervenire con un filtro.
Inoltre la convoluzione nel tempo corrisponde al prodotto nella
frequenza, e moltiplicare due matrici è molto semplice.
Lo spettro può essere calcolato in vari modi, ma quello più
efficiente è quello che utilizza un algoritmo di FFT.
L’immagine originale è composta da N righe ed N colonne, con
N pari ad una potenza di due. Se ciò non è possibile vengono
aggiunti dei pixel di valore zero fino al raggiungimento del
valore esatto.
L’algoritmo si calcola, implementando la FFT monodimensionale per ogni riga, seguito dalla FFT monodimensionale di ogni colonna.
Poiché le due direzioni sono equivalenti, posso anche
procedere in ordine inverso.
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Dato che la FFT deve essere periodica di periodo N, cioè si
deve ripetere uguale ogni N campioni, posso disegnare lo
spettro tra –N/2 e N/2, shiftando tutto di N/2.
Nel quadrante [0 N/2] ho tutte le informazioni, il resto è
simmetrico.
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Un problema interessante è quello di verificare il
match tra un’immagine ed una sua parte, come nel
caso della verifica di banconote.
Per risolvere il problema, basta implementare un
matched filter, cioè una correlazione che può essere
implementata come una convoluzione.
Questo si effettua applicando una rotazione di 180°
all’immagine target.
Altro accorgimento che può essere usato per
migliorare l’efficacia dell’algoritmo è quello di trovare
i contorni dell’immagine target.
Vediamo un esempio.
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Facendo quindi la convoluzione tra il target
ruotato (con detection dei bordi) e
l’immagine originale, e ripassando nel
tempo, ottengo un picco di luce, tanto più
luminoso quanto più è perfetto il matcing.
La correlazione è infatti una misura di
quanto buono sia il matching raggiunto.
62

La trasformata della funzione PSF è chiamata
modulation transfer function (o MTF). Se la PSF è
simmetrica basta solo il primo quadrante in [0 N/2].
63

Per sensori CCD non troppo ottimi, cioè se l’apertura spaziale è più
ampia dell’intervallo di campionamento, posso avere un blurry
detector, contrapposto al perfect detector: ovvero ho un contributo
luminoso dovuto ai pixel vicini.
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Parametro fondamentale è il rapporto segnale rumore SNR, definito
come il valore del contrasto diviso dalla deviazione standard del
rumore.
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Le immagini casuali possono essere di due tipi differenti: quelle che
hanno un livello di rumore costante all’aumentare dell’intensità
luminosa, e quelle che hanno un livello di rumore proporzionale
all’intensità rumorosa.
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Campo di applicazione interessante dell’image
procesing è il processamento morfologico
dell’immagine: cioè trasformare un’immagine a scala
di grigi in un’immagine binaria, cioè in cui i pixel
possono valere solo 0 o 1 (bianco o nero).
Su queste immagini binarie posso fare poi delle
semplici operazioni:

Erosione: ogni pixel al contorno è trasformato nel contorno;
Dilatazione: allarga gli oggetti;
Aperture: erosione + dilatazione;
Chiusura: dilatazione + erosione
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Applicazione interessante del processamento
morfologico è la scheletrizzazione (skeletonization),
cioè la semplificazione dei pixel ridondanti, come
viene utilizzato nell’analisi delle impronte digitali.
69

Altro campo di interesse è quello bio-medico in cui da qualche
tempo si scattano immagini tri-dimensionali del compo umano
con una tecnica nota come TAC (Tomografia Assiale
Computerizzata).
Vengono prese immagini da varie angolazioni, in modo da
poter ricostruire l’immagine in 3D.
70
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72

Data una funzione monodimensionale f(t), un bordo
è un punto (o un insieme di punti) per il quale la
derivata f’(t) assume un valore relativamente grande
rispetto ad una prefissata soglia.
Intuitivamente si pensi al fatto che la derivata di una
funzione rappresenta in qualche modo la sua
variazione e assume valori tanto maggiori quanto più
è brusca la variazione suddetta.
Analogamente nel caso bidimensionale si dirà che un
punto p di f(x,y) è un punto di bordo se il valore del
grad[f(x,y)] è grande.
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Per estrarre il bordo
(edge detection)
basta quindi andare
a verificare in quali
punti della matrice
dell’immagine
derivata ho valori
elevati oltre una
certa soglia, e
considerarli come
bordo.
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Di solito non si agisce solo sulle righe o sulle colonne, ma
contemporaneamente in entrambe le direzioni, ottenendo uno
schema tipo:
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In realtà
l’operazione del
gradiente può
essere filtrato
con varie
funzioni che
agiscono da
operatori:
Roberts, Sobel,
Prewitt, FreiChen.
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A=imread('A.jpg');
imshow(A)
disp(' ');
disp('Premere un tasto per etrarre il contorno');
pause
B=diff(A);
for i=1:size(B,1),
for j=1:size(B,2),
if B(i,j)<15
C(i,j)=255;
else
C(i,j)=0;
end
end
end
figure
imshow(C)
imwrite(C,'Bordo_di_A.jpg','JPEG')
78
D=zeros(128);
D(:,[1:64])=0.2;
D(:,[65:128])=0.9;
figure
imshow(D)
imwrite(D,'B.jpg','JPEG')
F=diff(D.');
F=F.';
for i=1:size(F,1),
for j=1:size(F,2),
if F(i,j)<0.5
E(i,j)=255;
else
E(i,j)=0;
end
end
end
figure
imshow(E)
imwrite(E,'Bordo_di_B.jpg','JPEG')
79
G=rand(128);
figure
imshow(G)
imwrite(G,'Immagine_Casuale.jpg','JPEG')
80

Uno dei difetti fotografici più comuni è la presenza di un
contrasto non ottimale.
Per immagini continue, la correzione del contrasto è
difficile, mentre per immagini campionate è molto
semplice: basta riscalare ogni pixel con una funzione di
trasferimento tale da aumentare il contrasto.
81

Ci sono comunque
diverse scelte di
questa funzione:
posso usare una
funzione lineare, una
funzione lineare con
clipping (preferibile
quando pochi pixel
hanno un valore di
contrasto povero)
oppure un valore
assoluto.
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84

Oppure posso anche
usare funzioni non
lineari, del tipo:
G ( j , k ) = ⎡⎣ F ( j , k ) ⎤⎦
p
dove p
rappresenta la
potenza del
miglioramento e
F(j,k) l’immagine
originale.
85
86

Tecnica utile può essere la
modifica dell’istogramma:
l’immagine originale è
modificata al punto da
ottenere un istogramma dalla
forma desiderata.
Ad esempio Andrews ed Hall
hanno proposto delle tecniche
di equalizzazione dell’
istogramma, in modo da
ottenere un’immagine con
istogramma piatto.
Questa tecnica può essere sia
adattativa che non adattativa.
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Frei ha proposto la tecnica dell’iperbolizzazione
dell’istogramma, ovvero all’uscita del processo ottengo
un’immagine con istogramma simile ad un’iperbole.
Poiché l’occhio ha una curva simile all’inverso
dell’iperbole, vedo l’immagine come possedere
istogramma piatto.
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I sensori o il canale di trasmissione che
agiscono sull’immagine non sono mai perfetti,
ma introducono sempre del rumore.
Il rumore è di solito fastidioso: esistono
tecniche di cancellazione del rumore.
A volte il rumore agisce su singoli pixel, che
quindi assumono un valore diverso dal
proprio.
Altre volte il rumore è additivo, nel senso che
si somma su tutta l’immagine.
Il rumore additivo può essere uniforme o
impulsivo.
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Una prima tecnica è quella di operare sull’immagine un
filtraggio passa basso con funzione di trasferimento H.
Posso usare delle funzioni note (Butterworth, Chebichev, etc.),
oppure posso usare semplicemente le seguenti maschere:
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Altra tecnica è quella di usare il filtraggio olomorfico
(chepstrum), che si basa sul fatto che il logaritmo di un
prodotto è pari alla somma dei logaritmi.
Infatti se suppongo che un’immagine è data da
un’immagine originale moltiplicata un fattore di
illuminazione:
F(j,k) = I(j,k) S(j,k)
allora passando ai logaritmi ottengo
log{F(j,k)} = log{I(j,k)} + log{S(j,k)}
e quindi posso applicare tecniche di filtraggio tradizionali
per ridurre il termine di rumore.
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Dopo che ho effettuato il filtraggio, posso
applicare l’operatore esponenziale (inverso del
logaritmo) e ottenere il segnale originale
ripulito.
Di seguito è illustrato un esempio.
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Altre tecniche di cancellazione del rumore si basano su algoritmi non
lineari.
Prima è la tecnica dell’outlier: in cui il valore di un pixel viene
confrontato con gli otto pixel che lo circondano, calcolandone la
media.
Se questa media supera un certo valore, pongo il pixel pari alla
media.

Il filtraggio è fatto con la
seguente matrice:
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Seconda tecnica è quella di fare dei filtri a media mobile,
estendendoli a due dimensioni:
100

Ultime tecniche di denoising non lineare sono
i filtri a pseudo-media, in cui invece di operare
la media di tutti i pixel in una finestra, agisce
sulla media del valore minimo e massimo in
sottointervalli.
Tecniche innovative sono invece quelle basate
sulla decomposizione wavelet: man mano che
ottengo immagini trasformate ottengo
componenti in alta frequenza che posso
eliminare senza troppa difficoltà.
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The Gimp (1/3)
103
The Gimp (2/3)
104
The Gimp (3/3)
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