Módulo_03
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O documento discute o processo de aquisição e tratamento de imagens digitais estáticas. Explica que as imagens são convertidas de analógicas para digitais através da amostragem, quantização e codificação dos pixels de uma imagem capturada por um sensor CCD. Também aborda conceitos como resolução de imagem, compressão, formatos de imagem e modos de cor no processo de digitalização de imagens.
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- 1. FOLHA DE APOIO ANO LECTIVO 2019/2020 TRIÉNIO 2019/2023 MÓDULO 3 TECNOLOGIAS DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO Criação de página web PDF Apoio -‐ Bloco 1 Sumário • como se processa a aquisição e o tratamento de imagens digitais estáticas; • o que é a resolução de uma imagem; • compressão e formatos de imagem; • modos e modelos de cor Compreendamos o fenómeno digital Não adianta só perceber bem como funciona uma aplicação de edição de imagem, quando não compreendemos verdadeiramente o que se passa no nosso mundo, analógico, para então sim, fazer a ponte para o lado mágico da imagem digital. A luz no mundo analógico... a cor nasce da luz... passos a explicar: Numa famosa experiência conduzida num quarto da casa de sua mãe, Newton improvisou uma câmara escura isolando todas entradas de luz à exceção de um pequeno orifício; Conduzida por um estreito feixe, a luz era constrangida para um prisma que dividia a luz num pequeno leque de cores semelhante ao que vemos num arco-‐íris; Newton tinha descoberto que a luz do sol é composta por todas as cores e que cada cor é na realidade luz O que é a cor? Um objecto deve a sua cor à capacidade de a sua matéria absorver determinadas cores, rejeitando outras num fenómeno a que se chama reflexão É precisamente a luz refletida pelo objecto que chega ao sistema ocular, que e é responsável pela sensação da cor Após o decisivo empurrão de Newton, outros cientistas descobriram que a luz visível faz parte de um vasto conjunto de partículas que viajam à velocidade da luz descrevendo um percurso ondulatório -‐ ondas hertezianas O que distingue uma onda de luz vermelha de uma azul é o mesmo que separa as ondas rádio das de luz visível, o comprimento de onda. O nosso sistema ocular apenas é sensível a uma pequena banda em todo o espectro electromagnético. Mais precisamente o espectro de luz visível é composto pelas partículas de luz que oscilam em ondas que medem entre 0,0004 milímetros e os 0,0007 milímetros. Ou mais usualmente, a luz com um comprimento de onda entre os 400 e os 700 nanómetros.
- 2. FOLHA DE APOIO Ondas hertezianas..., mas como é que viajam e se propagam essas ondas? Analógico vs Digital • A informação pode ter uma natureza analógica ou digital; • Dizemos que um relógio de corda ou o negativo de uma foto é analógico; • Em contrapartida um relógio electrónico ou uma foto do telemóvel é digital; • No primeiro, é impossível conhecer com rigor o segundo que o relógio marca, porque o ponteiro desloca-‐se entre dois segundos de uma forma continua; • No mostrador do relógio electrónico apenas pode ser mostrado um segundo de cada vez; • Então, a diferença entre a natureza analógica e a digital é que, na primeira todas as situações são intermédias, na última, pelo contrário toda a realidade mostra-‐se compartimentada e definida. Assim, no digital não há meio termo, apenas se admite que a porta esteja aberta ou fechada, mas nunca ambas. No analógico podemos dizer que a porta está entreaberta. Mundo analógico medidas físicas que variam continuamente no tempo e/ou no espaço contínuos em todo o espectro de medidas exemplos de grandezas analógicas • intensidade eléctrica | • temperatura | • pressão | • humidade Mundo digital sequência de valores codificados em formato binário, dependentes do tempo ou do espaço, que resulta da transformação de um sinal analógico; variam de forma discreta (descontínua), de acordo com valores binários, ao longo do tempo/espaço Vantagens do digital • Maior precisão; • Replicação absoluta sem restrições; • Armazenamento eficiente; • Compressão; • Transferência rápida; • ...
- 3. FOLHA DE APOIO Aquisição (digitalização) da informação existem 3 fases essenciais no processo de transformação de um sinal (imagem) analógica em digital: 1. amostragem 2. quantização 3. codificação O CCD Uma matriz de CCD (Charge Coupled Device) é constituída por pequenas células fotoeléctricas que retêm informação da intensidade de luz que lhes atinge (número de fotões integrado no tempo); A organização em matriz rectangular permite identificar a localização espacial das várias células e posteriormente quantificar a intensidade de luz armazenada individualmente; Este processo transforma cada célula em unidades de imagem ou picture elements (pixels); O valor atribuído a cada pixel da imagem final está diretamente relacionado com a intensidade de luz que a respectiva célula fotoeléctrica registou durante a exposição ao elemento a registar. Exercício ? Como representar esta linha analógica num média digital? Criando um sistema de coordenadas A B C D E F (X,Y), esta linha poderia ser facilmente armazenada num dispositivo digital! Ex. A:1,0,0,0,0,0; B:0,1,0,0,0,0 ...
- 4. FOLHA DE APOIO Representação da informação Ao desenharmos num papel uma diagonal, estamos perante um desenho analógico. Por mais que ampliemos a diagonal nunca encontraremos uma unidade que forme aquela recta... A sua correspondente digital possui sempre uma unidade, conduz-‐nos sempre à possibilidade de codificação binária! Pixel | O elemento mínimo de informação Uma imagem digital é constituída por pontos, ou mais correntemente, por pixels (picture element); O pixel é um conceito simbólico mas pode assumir a forma de um quadrado (maior ou mais pequeno) para melhor compreensão; Não existe na imagem qualquer elemento que possua um maior ! detalhe do que ele; Digamos que o pixel é a unidade com a qual todas as formas da imagem se formam! Assim, se ampliarmos consecutivamente uma imagem digital num programa de tratamento de imagem, iremos ver algo semelhante a esta figura: A resolução A qualidade (em termos de detalhe) da imagem digital depende do número de pontos, pixels, que encontremos numa superfície definida. A esta medida chamamos de resolução, que se traduz por um rácio (uma relação), e não por um valor absoluto. Por este motivo, deve ser definida como uma densidade; É comum a resolução ser expressa em DPI (dots per inch) ou em português PPP (pontos por polegada); Cada imagem possui apenas uma resolução para toda a sua área, mas diferentes imagens podem e têm uma resolução diferente; Podemos então definir a resolução de uma imagem como o número de pontos ou pixels que ela contém numa polegada. Por inerência quanto maior for, maior será a qualidade da imagem e o seu detalhe. A dimensão do pixel será por sua vez mais reduzido, uma vez que na mesma superfície encontramos mais p o n t o s . 3 4 272 × 416 136 × 208 68 × 104 35
- 5. FOLHA DE APOIO Validado por: Elaborado por: Rui Costa Macedo IMP.ETPM.016-01 Página 5 | 10 tamanhos standard de matrizes de pixels Os pixéls dum monitor de 17 polegadas com resolução 800×600 são maiores que os de um monitor do mesmo tamanho com resolução 1024×768! Imagine portanto o tamanho de cada pixel num monitor ou televisão FULL-‐HD (1920x1080)! Eis alguns tamanhos padrão da matriz que poderemos usar (largura x altura) 4 por 3 (ecrã) 16 por 9 / wide / panorâmicos (ecrã) • 800x600 (4-‐3); • 1280×720; • 1024x768 (4-‐3); • 1920x1080; Dependendo do média onde a imagem será apresentada, deveremos ter o cuidado de especificar coerentemente a resolução: • ecrã de computador (apresentações, webpages, etc.) >> 72 dpi • impressão em papel >> 300 dpi 37 Tamanhos standard de matrizes de pixels exercício ? Imagine que um amigo seu lhe envia uma fotografia das férias copiada diretamente da máquina fotográfica digital... como agora anda entusiasmado(a) com os conceitos de imagem digital, daí a ir saber mais sobre a mesma foi um ápice. Com base na informação apresentada, consegue calcular quantos megapixels teria o CCD da máquina do seu amigo? Imaginando agora que o ficheiro era-‐lhe enviado em formato bitmap sem qualquer compressão, e sabendo que a profundidade de cor seria de 24bit, qual seria o tamanho aproximado do ficheiro enviado? (hipótese meramente académica!...)
- 6. FOLHA DE APOIO ANO LECTIVO 2012/2013 TRIÉNIO 2012/2015 MÓDULO 3 Qualidade da imagem Resolução espacial e resolução tonal ou de cor (ou ainda profundidade de cor), são os dois parâmetros fundamentais em termos de identificação de qualidade técnica de uma imagem digital: • o primeiro dita a quantidade de pixels que é utilizado para registar morfologicamente um determinado elemento de imagem por unidade de medida. Quanto maior este valor mais rigor existe no registo morfológico digital do correspondente elemento analógico; • o segundo parâmetro está associado à qualidade com que é registada a cor em cada ponto discreto da imagem digital. Quanto maior a escala de representação mais rigor existirá na representação discreta da cor específica de cada ponto de imagem. 42 formatos e compressão Parece óbvio agora que quanto maior for a resolução de uma imagem digital, maior será o tamanho que esta ocupará em memória ou quando armazenada em qualquer suporte... Para dar a volta a este fenómeno, existem diversos algoritmos de compressão que vieram de forma transparente ao utilizador, facilitar-‐lhe a vida no momento de armazenar as suas fotos! Imagine-‐se um lindo dia de céu limpo. Nós sabemos que este é composto por dezenas ou centenas de variações de tons de azul e branco. Mas, se nós acreditamos que o céu é limpo, porquê representar TODOS os tons de azul de forma completamente exacta? Então, a matriz de armazenamento da imagem não conterá exatamente todos os tons desse azul, mas apenas o principal, e os que apresentam maior contraste. Os que ficam demasiado próximos entre si, são assumidos pelo algoritmo como sendo iguais, poupando-‐se assim memória. Tipologia de ficheiros de imagem Existem dois tipos de ficheiros de imagem essenciais 1. bitmap ou raster 2. vectoriais
- 7. FOLHA DE APOIO bitmap/raster Tratam-‐se de imagens formadas por pixels (pontos) de uma determinada dimensão (resolução) e com um determinado valor cromático. As imagens bitmap ou raster quando comparadas com as imagens vectoriais: • por serem baseados na informação acerca de cada pixel que compõe a imagem, ocupam mais espaço de armazenamento; • perdem qualidade ao serem ampliadas; • não têm a possibilidade de isolar objetos; Os formatos mais conhecidos deste tipo de imagem são: • JPEG -‐ usado extensivamente em fotografia; usa compressão com perda de informação; a qualidade pode variar imenso dependendo das definições de compressão; • PNG -‐ bitmap comprimido sem perdas de informação, designado para substituir o uso de GIF na web; • BMP -‐ Windows Bitmap (formato predefinido do famoso Paint); • GIF -‐ usado extensivamente na web; suporta imagens animadas, 8 bits de cor e transparência (alpha). Vectorial Uma imagem vectorial é composta por curvas, elipses, polígonos, texto, entre outros elementos, utilizando assim vectores matemáticos para a sua descrição. As imagens vectoriais: • por serem baseados em vectores, esses gráficos são geralmente mais “leves” (ocupam menos espaço de armazenamento); • não perdem qualidade ao serem ampliadas; • possibilidade de isolar objetos e zonas, tratando-‐as independentemente; Os formatos mais conhecidos deste tipo de imagem são: • SVG – Padrão para gráficos vectoriais recomendado pela W3C; • CDR -‐ Formato proprietário da Corel; • AI – Formato Adobe Illustrator;
- 8. FOLHA DE APOIO ANO LECTIVO 2012/2013 TRIÉNIO 2012/2015 MÓDULO 3 • EPS – Encapsulated PostScript; • WMF – Windows Meta File (Meta-‐arquivo do Windows). O contraste Reflecte a capacidade dos sistemas de detecção e registo de imagem conseguirem distinguir entre a intensidade de luz de dois pontos vizinhos; Os sistemas de captura digitais não são muito bons a distinguir vários níveis de intensidade de luz. Com gamas dinâmicas baixas, as sombras podem perder detalhe e as zonas saturadas do objecto a registar transformam-‐se em manchas uniformes na imagem digital final. Um dos instrumentos de análise do tratamento de imagem é o contraste; O contraste define a diversidade de tons, e como se distribui a luminosidade numa imagem; Uma imagem, a não ser que o pretendamos, não deve ter muito nem pouco contraste; Tanto as imagens que apresentam muito contraste como as de pouco contraste participam de uma reduzida diversidade de tons, são constituídas por um número de pixels diferentes muito reduzido. Tipos de contraste No entanto na imagem com elevado contraste os poucos tons que a definem são opostos em luminosidade, próximos do branco e do negro. Ao contrário da última, na imagem com pouco contraste os pixels que a definem apresentam tons muito próximos e semelhantes. Deveremos manipular a imagem até encontrarmos um bom nível de contraste (rico), que não é muito elevado, nem muito reduzido. Apenas essa imagem exibe uma grande variedade e riqueza de tons entre as formas e os seu elementos. Sempre que aumentamos o contraste a uma imagem, o número de pixels próximos do negro e do branco aumenta. Podemos afirmar que os pixels que assumiam tons intermédios diminuem. Por outro lado, o número de intermédios aumenta sempre que reduzimos o contraste a uma imagem, já que estaríamos a escurecer tons próximos do branco e a tornar mais luminosos os tons muito escuros. O histograma O histograma é um gráfico que cruza o número de pixels com os níveis de luminosidade de uma imagem; Mostra a distribuição dos valores de pixels numa imagem; é a medida de contraste de uma imagem. Vê o próximo exemplo:
- 9. FOLHA DE APOIO Validado por: Elaborado por: Rui Costa Macedo IMP.ETPM.016-01 Página 9 | 10 A profundidade de cor / resolução tonal A profundidade de cor é independente da resolução e define-‐se pela quantidade de cores que um pixel numa imagem pode assumir. Como unidade de medida usamos a memória atribuída a cada pixel e que será usada para lhe conferir uma cor. Sabemos da informática que um byte é constituído por 8 bits. O bit (binary digit) só pode assumir 2 valores, 0 ou 1. Com 8 bits podemos construir 256 combinações de 0s e 1s. Desta forma um byte não é mais do que um número entre 0 e 255. 2 níveis (1 bit) 16 níveis 256 níveis (8 bit) 64 16M níveis (24 bit) Uma imagem que use 1 byte de memória para definir cada um dos seus pixels terá uma profundidade de cor de 1 byte. Será igualmente correcto dizer que a sua profundidade de cor é de 8 bits ou ainda de 256 cores! tipos de imagens comuns espaço ocupado preto e branco (bitmap) 1 bit 256 escalas de cinza 1 byte ou 8 bits 256 cores 1 byte ou 8 bits milhares de cores 2 byte ou 16 bits milhões de cores 4 byte ou 24 bits milhões de cores + máscara (alpha) 5 byte ou 32 bits
- 10. FOLHA DE APOIO Formação da cor Existem DIVERSOS modelos de cor... os mais conhecidos são: • modelo aditivo (RGB) • modelo HSB (ou HSL) • modelo subtractivo (CMYK) aditivo -‐ RGB red, green, blue Cores primárias aditivas uma cor particular pode ser descrita pelas proporções de vermelho, verde e azul que contêm; produção da cor pela adição de intensidade de cores primárias; cada cor é representada por 3 valores de R, G e B por exempo (100%, 0%, 0%) ou (255, 0, 0); modelo mais importante de representação da cor no contexto do multimédia; corresponde à forma como a cor é produzida e mostrada nos monitores e detectada pelos scanners HSB (ou HSL) Hue, Saturation, Brightness Este modelo produz a cor através da especificação da: hue: espectro cromático (ou roda da cor) -‐ medido em graus (º); saturation: quantidade de cinza na cor (concentração) -‐ medida em percentagem; brightness: nível de luminosidade (do preto ao branco) -‐ medida em percentagem. CMYK cyan, magenta, yellow + black cores subtrativas O K adicional no modelo de cor CMYK permite apresentar pretos e cinzentos mais puros do que a combinação de CMY (3 cores juntas nunca dão um preto puro); a cor é produzida pela subtração de intensidade de cor complementares; modelo utilizado na impressão; o papel reflete a luz -‐> para imprimir uma C determinada cor numa folha de papel branca deve-‐se aplicar uma tinta que subtraia (absorva) todas as cores excepto a que se deseja refletir.