SOGNI e IMMAGINAZIONE

SOGNI e IMMAGINAZIONE
Divagazioni di sogni e parole in salsa d'immaginazione

giovedì 1 maggio 2014

Rappresentazione e Compressione delle Immagini

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Come si rappresenta un’immagine
  • Un’immagine è di norma rappresentata come un raster, cioè una matrice di elementi discreti, detti pixel, ciascuno di un colore.
  • Memorizzare un raster significa, in prima approssimazione, memorizzare la il colore di ciascun pixel
  • Esistono diversi modi di memorizzare un’immagine raster, corrispondenti a diversi formati di file immagine – BMP, TIFF, JPEG, GIF, PNG, …
  • I formati differiscono per il modo in cui si memorizzano i colori dei pixel
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Come si memorizza un’informazione di colore
  • La luce è un’onda elettromagnetica, che colpisce il fondo della retina attraverso la pupilla
  • Il fondo della retina è popolato di coni, che sono particolarmente sensibili a certe frequenze di luce
– Ci sono tre tipi di coni, sensibili in intervalli di frequenze differenti (ma non disgiunti)
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Come si memorizza un’informazione di colore
  • L’apparato visivo (occhi+cervello) non è in grado di distinguere la composizione di luce (metameria)

I Colori sul Monitor del PC
  • I colori rappresentabili su un monitor sono riprodotti mescolando luce rossa, verde, blu (RGB)
  • Per descrivere un dato colore, basta quindi stabilire l'intensità di luce dei tre colori che lo compongono
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  • Sperimentalmente, si nota che 256 (=28) sfumature di ciascuno dei 3 colori bastano per comporre un numero sufficiente di colori
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Memorizzazione del colore I
Arcobaleno Diretta (true color)
  • Memorizzo il colore (RGB) di ciascuno dei pixel
  • 24 bit (=3 byte) per pixel
Arcobaleno Indicizzata (palette)
  • Memorizzo una palette di n. colori RGB (3 byte/colore)
  • Per ogni pixel, memorizzo l’indice della riga della palette che gli corrisponde

Memorizzazione del colore II
  • Casi particolari
1. B/N (monocromatica): un bit per stabilire il colore di un pixel (1=bianco, 0=nero)
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2. Scala di grigi (grayscale): un numero per rappresentare la percentuale di nero di un pixel (spesso 256 livelli di grigio, 0=bianco, 127=grigio medio, 255=nero). 1 byte per pixel
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Quanti colori possono avere le’immagini?
1. Pochi colori
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  • Tipico: <=16, 256 colori
  • Palette piccola
  • Indice su pochi bit (4, 8)
2. Molti colori
amalfi-vive con il sole
  • Tipico: >=1000 colori
  •  Rappresentazione indicizzata poco (o per niente) conveniente 
  • Meglio true color



Esempi
1. Immagine 640x480 pixel, 256 colori
  • Colore di ogni pixel rappresentabile su 8 bit (=1 byte)
  • Dimensione dell’immagine: 648x480= 307200 pixel
  • Per la matrice sono necessari 307200 byte
  • Dimensione della palette: (almeno) 3*256=768 byte (trascurabile)
  • Dimensione probabile del file in memoria: intorno a 308000 byte
2. Immagine 512x384 pixel, 65536 colori
  • Colore di ogni pixel rappresentabile su 16 bit (=2 byte)
  • Dimensione dell’immagine: 512x384 = 196608 pixel
  • Per la matrice sono necessari 393216 byte
  • Dimensione della palette: (almeno) 3*65536= 196608 byte (confrontabile con la dimensione della matrice)
  • Dimensione probabile del file in memoria: intorno a 589824 byte

Formati delle immagini
1. Non compresso
  • Bitmap (BMP) –>Bitmap chiamate anche "immagini raster" sono costituiti da pixel/punti in fila una accanto all'altro in una griglia e rappresentano ciò che si può vedere sullo schermo.
2. Compresso
  • Graphic Interchange Format (GIF)
  • Portable Network Graphics (PNG)CityLife
  • Joint Photographic Experts Group (JPEG)
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3. Tagged Image File Format (TIFF).
  • Formato “generico”: supporta sia immagini compresse che non compresse
row1-sunflower4. Ciascun formato può consentire di memorizzare immagini con un numero di colori diverso
  • Bitmap a 16M colori (true color), a 256 colori, …11

Formato Bitmap
1. Consente di salvare immagini
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  • True color
  • Con palette fino a 16, 256 colori
  • B/N
2. Esempio: immagine 100x100 pixel
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Compressione delle immagini
Bisogna porsi due domande:
1. Ho davvero bisogno di tot. byte per rappresentare l’informazione associata a questa immagine ?
2.Mi costerebbe meno rappresentare l’informazione come compressa?
Formato compresso = Meno spazio occupato sul disco
Esistono due tipi di compressione
1. Lossless (senza perdita)
  • dall’immagine (dall’informazione) compressa si ricava in modo esatto l’informazione originale
  • Obbligatorio per tutto cio’ che viene manipolato da un computer, ad esempio programmi o dati (un file di Word)
2. Lossy (con perdita)
  • dall’immagine (dall’informazione) compressa si ricava un’informazione simile a quella originale
  • In ciò che è oggetto di percezione umana (musica, immagini) si può tollerare una limitata perdita di  informazione
Nota-Immagini compresse: La quantità di informazione associata all’immagine (la sua dimensione sul disco) dipende da cosa c'è nell’immagine stessa (solo in una BMP non è così) 
COMPRESSIONE PER Formato
ImageOptim-PNG compression tool
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Tagged Image File Format
File TIFF
1. Più flessibile che BMP
  • Consente compressione delle immagini (sia RLE che LZW)
  • Consente di definire un contorno dell’immagine (non necessariamente rettangolare), che può essere salvato insieme all’immagine
2. Maggiore portabilità
  • Supportato da tutte le piattaforme grafiche
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Formato GIFGallery GIF
1. Numero limitato di colori N (tipicamente 3, 16 o 256)
2. Memorizzazione di:
  • Palette
  • Immagine compressa (lossless)
File tanto più piccolo quanto più l’immagine è regolare
3. Non si ha perdita di informazione purché’ l’immagine originale abbia meno di N colori.
  • Altrimenti alcuni colori dell’immagine originaria andranno persi
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Formato GIF 2
image-gif
1. Particolarmente adatto per comprimere immagini con colori pieni
  • Banner pubblicitari
  • Disegni, fumetti
  • Immagini create artificialmente
2. Pochi colori
  • Pattern di colore che si ripetono in modo regolare BMP, 116 Kb GIF, 5.89 Kb
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Formato GIF 3
gif-animate
  1. Trasparenza
  2. Si può specificare un colore della palette come “sfondo”: i pixel così marcati prendono il colore di ciò che sta sotto
  3. Animazione: in uno stesso file GIF possono essere salvate più immagini che vengono visualizzate in modo temporizzato generando l’effetto animazione
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Formato PNGpng-squeezer
1. Compressione lossless, simile a GIF
  • Risolve alcuni problemi di brevetti (adesso scaduti)sull’algoritmo di compressione LZW
  • Trasparenza
  • Possibili palette con più di 256 colori
  • Non sono possibili le animazioni
  • Meno supportato che GIF
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Formato JPEG
easy resizer&JPG to PNG
1. Compressione lossy                                      
  • Compressione come trade-off tra dimensione e resa
Minor compressione, file più grande, miglior resa
Maggior compressione, file più piccolo, peggior resa
2. Più adatto per fotografie
3. Basa la compressione sulle peculiarità della visione umana
  • L’occhio è più sensibile alle variazioni di luminosità che di cromaticità.
  • variazioni elevate tra pixel vicini tendono ad essere difficilmente percepibili
     

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