Sistemi di Elaborazione delle Informazioni

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Università degli Studi di Messina – Policlinico “G. Martino” - Sistemi di Elaborazione delle Informazioni A.A. 2006/2007
Elaborazione delle Immagini
Sistemi di Elaborazione delle
Informazioni
prof. Salvatore Siracusa
[email protected]
• Prima che fotografie e immagini possano essere
elaborate sul computer, esse devono essere
digitalizzate (espresse come sequenze di zeri ed
uni) tramite processi chiamati campionamento,
quantizzazione e codifica .
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Codifica delle immagini
Suddividiamo l’immagine mediante una griglia formata
da righe orizzontali e verticali a distanza costante
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• Ogni quadratino derivante da tale
suddivisione prende il nome di pixel (picture
element) e può essere codificato in binario
secondo la seguente convenzione:
– Il simbolo “0” viene utilizzato per la codifica
di un pixel corrispondente ad un quadratino
in cui il bianco è predominante
– Il simbolo “1” viene utilizzato per la codifica
di un pixel corrispondente ad un quadratino
in cui il nero è predominante
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Poiché una sequenza di bit è lineare, è necessario definire
convenzioni per ordinare la griglia dei pixel in una
sequenza. Assumiamo che i pixel siano ordinati dal basso
verso l’alto e da sinistra verso destra
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Non sempre il cortorno della figura coincide con le
linee della griglia. Quella che si ottiene nella codifica
è un’approssimazione della figura originaria
Se riconvertiamo la sequenza di stringhe
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in immagine otteniamo
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La rappresentazione sarà più fedele all’aumentare
del numero di pixel, ossia al diminuire delle
dimensioni dei quadratini della griglia in cui è
suddivisa l’immagine
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Le immagini bitmap:
caratteristiche
Le immagini bitmap
• Una immagine digitale bitmap è
costituita da una matrice di punti
detti picture elements (pixel), simili ai
punti della retinatura nelle immagini
a stampa
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Risoluzione
20 dpi
72 dpi
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• Ciascun punto rappresenta una porzione
di immagine in un particolare colore o
tono di grigio e viene codificato mediante
uno o più bit
• Il numero di punti in un data area
determina la risoluzione dell’immagine
• Il numero di colori o di toni di grigio che
ciascun punto può rappresentare
individua la profondità di colore
160 dpi
• Il numero di pixel presenti
sullo schermo (colonne x
righe) prende il nome di
risoluzione
• La risoluzione spaziale è il
più piccolo dettaglio
distinguibile in una
immagine: il rapporto tra
dimensione dell’immagine e
numero di punti che
utilizziamo per descriverla si
chiama risoluzione e si
misura in dpi (dots per inch,
punti per pollice).
Effetti della variazione di risoluzione spaziale
Una stessa immagine può essere rappresentata con un
numero differente di pixel, per esempio modificando le
dimensioni dei pixel, a parità di dimensioni dell’immagine:
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Effetti della variazione di risoluzione spaziale 2
Un altro esempio:
• Assegnando un bit ad ogni pixel è
possibile codificare solo immagini in
bianco e nero
• Per codificare le immagini con
diversi livelli di grigio oppure a colori
si usa la stessa tecnica: per ogni
pixel viene assegnata una sequenza
di bit
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La profondità di colore
(grigio e colore)
• La profondità di colore è determinata dal
numero di bit utilizzato per rappresentare
ciascun pixel
– Una immagine in bianco e nero associa
a ciascun punto un solo bit
– Una immagine con 256 toni di colore o
di grigio associa a ciascun pixel 8 bit
(un byte)
– Una immagine a 16 milioni di colori
associa a ciascun pixel 16 bit
– Una immagine a 16 milioni di colori
associa a ciascun pixel 24 o 32 bit
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• Per memorizzare un pixel non è più
sufficiente un solo bit
– Per esempio, se utilizziamo quattro
bit possiamo rappresentare 24 = 16
livelli di grigio o 16 colori diversi
– Mentre con otto bit ne possiamo
distinguere 28 = 256, ecc.
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L’uso del colore
L’uso del colore
• Il colore può essere generato
componendo 3 colori: red, green, blue
(RGB)
• Ad ogni colore si associa una possibile
sfumatura
• Usando 2 bit per ogni colore si possono
ottenere 4 sfumature per il rosso, 4 per il
blue e 4 per il verde che, combinate
insieme, danno origine a 64 colori diversi
• Ogni pixel per essere memorizzato
richiede 6 bit
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• Usando 8 bit per ogni colore si
possono ottenere 256 sfumature per
il rosso, 256 per il blu e 256 per il
verde che, combinate insieme, danno
origine a circa 16,7 milioni di colori
diversi (precisamente 16777216
colori)
• Ogni pixel per essere memorizzato
richiede 3 byte
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COMBINAZIONI DI COLORI
RGB
I componenti fondamentali possono essere il
Rosso, Verde e Blu (Red Green Blue) usati per
produrre luminosità dalla cui massima
combinazione deriva il bianco (usato, ad esempio,
per produrre il colore su monitor)
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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)
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B/N
Grafica bitmap
Scala di grigi
1 canale
1 canale
1 bit per canale
8 bit
b/n
256 toni di grigio
81 kbyte
638 Kbyte
CMYK
Scala di
colore
4 canali,
1 canale
8 bit per
canale
8 bit
2490 Kb
256 colori
638 Kb
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RGB 3 canali, 8 bit
per canale (mil di col) 1870 Kb
• Le immagini codificate pixel per pixel sono
dette immagini in grafica bitmap
– Le immagini bitmap occupano parecchio
spazio
• Esistono delle tecniche di compressione che
permettono di ridurre le dimensioni
– Ad esempio, se più punti vicini di
un’immagine assumono lo stesso colore,
si può memorizzare la codifica del colore
una sola volta e poi ricordare per quante
volte deve essere ripetuta
• I formati come GIF e JPEG sono formati
compressi
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Grafica vettoriale
• Se le immagini sono regolari si può usare una codifica di
tipo vettoriale
– In una codifica di tipo vettoriale non si specificano le
informazioni di colore dei singoli pixel
– Invece ogni elemento geometrico primitivo (per esempio
linee, curve) viene specificato individualmente
• Le immagini vengono costruite a partire dalla descrizione
degli elementi che le compongono mediante un linguaggio
testuale o delle formule geometriche
• Spesso occupano meno spazio rispetto alle immagini
bitmap
• La grafica bitmap, invece, riesce a rendere con qualità
maggiore immagini con un numero elevato di colori
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• Immagini complesse od irregolari:
codifica bitmap (o raster)
• Immagini regolari: codifica vettoriale
• Codifiche ibride (raster/vettoriale)
– Codifiche standard: Postscript,
PDF
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La digitalizzazione delle immagini
La digitalizzazione delle immagini
• Le immagini digitali bitmap occupano tanto più
• Esistono due tipi di immagini digitali:
– raster (bitmap) in cui le immagini sono
rappresentate sul supporto digitale come
spazio di memoria quanto più aumenta la loro
qualità
– Una immagine di un pollice quadrato a 75 dpi
una matrice di punti ciascuna
e 256 toni di grigio occupa 75x75x256 = 43
Kbyte ca
rappresentata da uno o più bit
– vettoriali in cui le immagini sono
– Una immagine di un pollice quadrato a 300
dpi e 16 milioni di colori occupa 300x300x24
rappresentate come funzioni vettoriali che
= 2 Mbyte ca
descrivono curve e poligoni
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La memorizzazione delle immagini
• Le immagini digitali sono memorizzate su file
con diversi formati alternativi, ciascuno in
grado di codificare un determinato numero di
colori e dotato di caratteristiche peculiari
• Alcuni di questi formati prevedono forme di
compressione, cioè di riduzione dei bit
dell’immagine in modo da ridurne
l’occupazione di memoria
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La compressione delle immagini
• Gli algoritmi di compressione si dividono in
due categorie
– Compressione senza perdita: la codifica
avviene riducendo le aree di colore
uguale in modo tale da poter ricostruire
esattamente l’immagine originale; ha un
rapporto medio di compressione di 2:1
– Compressione con perdita: la codifica
avviene eliminando definitivamente
alcune informazioni statisticamente meno
rilevanti per la ricostruzione
dell’immagine; permette rapporti di
compressione fino a 100:1
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I formati di immagine digitale 1
I formati di immagine digitale 2
• Tra i formati di immagini digitali bitmap più diffusi
ricordiamo:
– BMP: supporta una profondità di colore fino a
24 bit e adotta la compressione senza perdita
RLE
– PCX: supporta una profondità di colore fino a
24 bit e adotta la compressione senza perdita
RLE
– TIFF: supporta profondità di colore fino a 24
bit e supporta la compressione senza perdita
LZW
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– GIF: supporta una profondità di colore di 8 bit
e adotta la compressione LZW; è lo standard
sul Web
– JIF o JPEG: supporta supporta una profondità
di colore fino a 24 bit e adotta la compressione
con perdita omonima, che consente di
scegliere un rapporto di compressione
variabile fino ad un massimo di 100:1 con una
discreta intelligibilità dell’immagine; è il
secondo standard per le immagini sul Web
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Sistemi di Elaborazione delle Informazioni

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