immagini e computer

Formazione on lineper la scuola del futuro

IMMAGINI E COMPUTER

di Calogero De Gregorio

Multimedia e tecnologia digitale

L’immagine e la sua fruizione

Acquisizione e rappresentazione di immagini

Computer Graphics

ContenutiContenuti


IMMAGINI E COMPUTER

di Calogero De Gregorio 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.

Caratteristiche del Caratteristiche del multimediamultimedia


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di Calogero De Gregorio La didattica

La consultazione

La formazione

L’intrattenimento

I giochi

. . .

L’applicazione del L’applicazione del multimediamultimedia


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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.

L’immagineL’immaginee la sua fruizionee la sua fruizione


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di Calogero De Gregorio 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.

L’immagineL’immaginee la sua fruizionee la sua fruizione


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di Calogero De Gregorio 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).

Acquisizione di Acquisizione di immaginiimmagini


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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.

La tecnologia La tecnologia digitaledigitale


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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.

Il processoIl processodi acquisizionedi acquisizione


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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.

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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Gli scannerGli scanner

Tipologia : Palmari, Desktop (a letto

piatto, a foglio alimentato)

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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Gli scannerGli scanner

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


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Il processo di acquisizioneIl processo di acquisizione

Rilevatore Campionatore

Memoria

Immagine

Segnale Analogico

Quantizzatore

Segnale discreto


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di Calogero De Gregorio Nel mondo del computer l’immagine

è un agglomerato di puntini,

chiamati «pixel», disposti in una

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.

Rappresentazione Rappresentazione delle immaginidelle immagini


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Risoluzione di una Risoluzione di una immagineimmagine

La risoluzione è il valore complessivo

della qualità dell'immagine. Essa è

espressa in punti o in pixel per

pollice.

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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di Calogero De Gregorio Le dimensioni delle immagini

possono variare a seconda della

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.

Rappresentazione Rappresentazione delle immaginidelle immagini


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Sono possibili le seguenti scale di

colori:

Monocromia

Scala di grigi

Indicizzazione a 16 e 256

colori

Colore originale

ScaleScale didi coloricolori


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di Calogero De Gregorio Le immagini a scala di grigi possono

contenere il nero, il bianco ed una

gamma 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.

Scala di grigiScala di grigi


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Le immagini a mappa di colori

contengono tinte specificate secondo

una tavola rappresentante i valori di

ciascun colore.

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.

Immagini Immagini indicizzateindicizzate


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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.

Immagini true Immagini true colorcolor


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Il modello RGB è adottato dai

monitor dove i colori sono ottenuti

emettendo fasci di luce di diversa

intensità che attivano i fosfori rossi,

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).

La visualizzazione La visualizzazione delle immaginidelle immagini


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di Calogero De Gregorio 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 Memorizzazione di immaginiimmagini


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La compressione La compressione delle immaginidelle immagini

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:

occuperà meno spazio

sarà più facile da elaborare

richiederà meno tempo per essere trasferita in rete


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I tipi di I tipi di compressionecompressione

Il processo di codifica/decodifica può

essere non invertibile.

Fra gli schemi di compressione

distinguiamo:

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 Formati per immagini staticheimmagini 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

immagini statiche a tono continuo.

Lo standard multimediale per le

immagini in movimento, MPEG, è

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.

Lo standard Lo standard JPEGJPEG


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Le operazioni effettuate da JPEG in modalità sequenziale infedele

Preparazione

blocco

Trasformata

DCTQuantizzazione

Quantizzazione

differenziale

Codifica di

stringa

Codifica

statistica

OutputOutput

InputInput

Lo standard JPEGLo standard JPEG


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Computer GraphicsComputer Graphics

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


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In computer graphics una immagine è . . .

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

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 RenderingObject Rendering

E’ possibile utilizzare diverse semplici tecniche di rendering per realizzare modelli tridimensionali di oggetti:


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ShadingShading

Le tecniche di Shading estendono e migliorano la reale rappresentazione di oggetti introducendo nuove caratteristiche (transparency and textures):


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Ray TracingRay 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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RadiosityRadiosity


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ColorColor

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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ColorColor

Controllando la visualizzazione dei colori componenti, possiamo simulare differenti qualità dell’immagine:

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