Sistemas e Conteúdos Multimédia Imagem. Nuno Miguel Gil Fonseca nuno.fonseca@estgoh.ipc.pt

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1 Sistemas e Conteúdos Multimédia 4.1. Imagem Nuno Miguel Gil Fonseca nuno.fonseca@estgoh.ipc.pt

2 Cores O que é a cor? Distribuição espectral do sinal de excitação. Função da reflectância e da iluminação Os nervos da retina humana são sensíveis à frequência da onda luminosa que corresponde às cores vermelho, verde e azul Os milhões de cores que somos capazes de distinguir correspondem a diferentes misturas destas cores (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Sistemas e Conteúdos Multimédia 2

3 Cores (cont.) Os monitores (CRT) criam as imagens à custa de três canhões que emitem vermelho, verde e azul ou Red, Green and Blue (RGB) As cores são especificadas pelo valor de cada componente (entre 0 e 255). Por exemplo, R=255, G=255, B=0 corresponde a amarelo. (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Sistemas e Conteúdos Multimédia 3

4 Cores (cont.) Existem outros modelos para além do RGB: CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, black) HSB (hue, saturation, brightness) Hue é representado por um ângulo numa roda de cores e os restantes por uma percentagem. HSL (hue, saturation, lightness) Hue é representado por um ângulo numa roda de cores e os restantes por uma percentagem. (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Sistemas e Conteúdos Multimédia 4

5 Imagens Há dois tipos básicos de imagens digitais Bitmaps imagens digitais vector drawn Bitmaps desenhos (linhas, quadrados, ) Um bitmap é uma matriz que descreve todos os pontos de uma imagem (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Sistemas e Conteúdos Multimédia 5

6 Bitmaps (cont.) Imagem monocromática Cada pixel é armazenado como um bit (0 ou 1) Uma imagem com 640x480 pixel ocupa 37.5 KB de memória Imagem em escala de cinzentos Cada pixel é armazenado como um byte (valor entre 0 e 255) Uma imagem com 640x480 pixel ocupa mais de 300 KB de memória Imagem a cores de 8 bits Cada pixel é armazenado como um byte Suporta 256 dos milhões de cores possíveis (qualidade razoável) Utiliza paletas de cores para poder optar entre vários grupos de 256 cores Uma imagem com 640x480 pixel ocupa mais de 300 KB de memória (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Sistemas e Conteúdos Multimédia 6

7 Bitmaps (cont.) Imagem a cores de 16 bits (high color) Cada pixel é armazenado como dois bytes Suporta cores diferentes (boa qualidade) Uma imagem com 640x480 pixel ocupa mais de 600 KB de memória Imagem a cores de 24 bits (true color) Cada pixel é armazenado como três bytes, cada um deles representando uma componente da cor respectiva (RGB) Suporta cores diferentes (alta qualidade) Uma imagem com 640x480 pixel ocupa KB de memória Por vezes são armazenadas em 32 bits, utilizando-se o 4º byte para guardar informação sobre efeitos especiais (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Sistemas e Conteúdos Multimédia 7

8 Vector drawn É armazenada uma descrição do desenho em vez de cada pixel da imagem Exemplo: RECT 0,0,200,200,RED,BLUE pode descrever um rectângulo que começa no ponto de coordenadas (0,0), tem comprimento e largura de 200 pixel, bordo vermelho e interior azul Mais manipuláveis, uma vez que cada elemento pode ser seleccionado e manipulado individualmente Ficheiros muito mais compactos que os bitmaps É possível converter imagens vector drawn em bitmaps (o inverso também é possível, mas mais complicado...) (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Sistemas e Conteúdos Multimédia 8

9 Paletas de cores Quando se trabalha com cor de 8 bits apenas é possível representar uma combinação de 256 cores (paleta) No entanto, pode haver diversas paletas que são utilizadas em alternativa A mudança de paleta provoca um flash de cores estranhas no monitor, pelo que deve ser evitada. Numa imagem true color não ocorrem todas as cores. Assim, poder-se-á usar uma paleta de cores, sendo os pixels os índices dessas paletas. (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Sistemas e Conteúdos Multimédia 9

10 Paletas de cores (cont.) Face às limitações da visão humana, é possível reduzir o número de cores usadas, sem que isso se torne muito perceptível, permitindo deste modo reduzir o espaço ocupado pelas imagens conversão por dithering No processo de dithering, os valores de cor de cada pixel são convertidos para a cor mais próxima de entre as existentes na paleta destino Muitos algoritmos deste tipo levam também em conta os valores dos pixels vizinhos, procurando não a cor mais próxima de cada pixel, mas a média de uma pequena área da imagem (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Sistemas e Conteúdos Multimédia 10

11 Compressão Opera com base na remoção da informação Redundância (correlação) Espacial Temporal Cromática (Espectral) Irrelevância sensibilidade ao contraste sensibilidade aos comprimentos de onda, sensibilidade aos detalhes espaciais resposta temporal Taxa de compressão Número de bits da imagem original Número de bits da imagem comprimida (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Sistemas e Conteúdos Multimédia 11

12 Compressão (cont.) A remoção da informação redundante pode ser obtida por métodos invertíveis: Compressão não destrutiva (Lossless opera com base na redundância da informação) RLE (PNG) EZW (GIF) A compressão pode ser efectuada removendo pormenores perceptualmente insignificantes Compressão destrutiva (Lossy opera com base na irrelevância da informação) Detalhes espaciais, temporais Contraste Cor DCT (JPEG, MPEG2, MPEG4) DWT (JPEG2000) (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Sistemas e Conteúdos Multimédia 12

13 Principais formatos JPEG Padrão para compressão de imagens fotográficas criado pelo Joint Photographics Expert Group Utiliza imagens de alta qualidade (true color 24 bits) Tira partido das limitações da visão humana para atingir níveis mais altos de compressão Para isso utiliza técnicas matemáticas sofisticadas, nomeadamente a DCT Compressão com perdas, sendo permitido ao utilizador especificar o nível de qualidade / compressão A taxa de compressão (e a qualidade da imagem) é controlável pelo utilizador (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Sistemas e Conteúdos Multimédia 13

14 Principais formatos (cont.) JPEG (cont.) Consegue obter taxas de compressão máximas na casa de 100:1 (à custa de elevada degradação de qualidade) Utiliza métodos de compressão pensados para imagens fotográficas, funcionando particularmente bem em imagens com transições suaves entre as cores Apresenta piores resultados em elementos gráficos, que incluem geralmente transições abruptas entre cores. Nestes casos, o JPEG tende a introduzir algum ruído nas zonas de transição A sua flexibilidade e as razoáveis taxas de compressão que permite obter fazem deste formato um dos mais populares hoje em dia. Ideal para fotografias (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Sistemas e Conteúdos Multimédia 14

15 Principais formatos (cont.) GIF (Graphics Interchange Format) Criado para transmitir imagens através de linhas telefónicas A minimização do tamanho dos ficheiros foi um objectivo primordial da sua criação Tornou-se muito popular e maioritário na web Usa o algoritmo LZW para codificar a informação Limitado a imagens de 8 bits (256 cores) Suporta entrelaçamento GIF89a suporta formas simples de animação Ideal para gráficos, logotipos, etc. (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Sistemas e Conteúdos Multimédia 15

16 Principais formatos (cont.) PNG (Portable Network Graphics) Surgiu como resposta às questões levantadas com a tentativa da UNISYS de exercer direitos de propriedade sobre parte do formato GIF e foi criado tendo em vista a utilização em páginas web Apresenta características superiores às do GIF, em particular por suportar imagens com profundidade de cor até 24 bits e por incluir algoritmos de compressão mais eficazes e sem perdas O PNG foi já aceite como formato de imagem pelo W3 Consortium e pelos principais fabricantes de browsers. A especificação completa pode ser obtida em (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Sistemas e Conteúdos Multimédia 16

17 Principais formatos (cont.) Windows - BMP Sistema padrão do Windows Capaz de armazenar imagens com cores de 24 bits Pode utilizar compressão RLE Ficheiros muito grandes MacIntosh - PICT Usado pelo MacDraw para armazenar imagens vector drawn. XBM Sistema padrão do X-Windows Suporta cores de 24 bits TIFF (Tag(ged) Image File Format) Propiedade da Adobe Possui algumas características especiais que tornam este formato ideal para algumas situações concretas (p.e. Número aleatório de bits por pixel ) (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Sistemas e Conteúdos Multimédia 17

18 Programas de captura de imagens Controlo de máquinas fotográficas digitais Função básica é a transferência de fotografias da máquina para o computador Alguns permitem definir opções da máquina (fonte de iluminação ) Controlo de scanners Permitem o controlo do processo de digitalização Área a digitalizar Resolução Escala Tipo de imagem Brilho e contraste... (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Sistemas e Conteúdos Multimédia 18

19 Programas de edição de imagens Consistem num conjunto de subprogramas capazes de modificar determinados aspectos das imagens Os algoritmos respectivos consistem em transformações matemáticas que, quando aplicadas aos pixels de uma imagem, produzem os efeitos desejados Alteração do tamanho da imagem Alteração do brilho e/ou do contraste Acentuação ou suavização dos contornos dos objectos na imagem Alterações de cor, nomeadamente na profundidade de cor Retoques do conteúdo, por exemplo eliminando imperfeições resultantes do processo de digitalização, eliminando componentes não desejadas da imagem ou criando imagens através da composição de elementos de outras imagens Rotação e/ou simetria da imagem Alteração da textura por aplicação de filtros, eventualmente procurando obter efeitos especiais Exemplos: Photoshop, Paintshop Pro, GIMP (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Sistemas e Conteúdos Multimédia 19

20 Imagens e Internet Diversidade de computadores na web Cuidados com a profundidade de cor utilizada A Internet coloca limitações de largura de banda Para manter os tempos de transmissão dentro de limites aceitáveis há que limitar o tamanho das páginas Tamanho das imagens terá que ser baixo Utilização de formatos comprimidos GIF JPEG PNG GIF/PNG ~ 15kb JPG (50%) ~ 9kb JPG (90%) ~ 3kb (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Sistemas e Conteúdos Multimédia 20

21 Imagens e Internet (cont.) Preparação de imagens para a web Trabalhar imagens grandes e de elevada profundidade de cor Quando estiverem prontas reduzir a dimensão e a profundidade de cor Utilizar sempre que possível uma profundidade de 256 cores, preferencialmente com paletas padrão Utilizar tamanhos de imagens de cerca de 320x240 O número total de imagens em cada página não deve ser muito elevado, para não sobrecarregar a rede. (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Sistemas e Conteúdos Multimédia 21