Multimédia Imagem. Nuno Miguel Gil Fonseca

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1 Multimédia 3.1. Imagem Nuno Miguel Gil Fonseca

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 - 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 - Multimédia 3

4 Cores (cont.) Existem outros modelos para além do RGB: CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, black) (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 4

5 Cores (cont.) Existem outros modelos para além do RGB: 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 - Multimédia 5

6 Imagens Há dois tipos básicos de imagens digitais Bitmaps (ou Raster) imagens digitais Vectoriais desenhos (linhas, quadrados, ) (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 6

7 Imagens Bitmaps 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 - Multimédia 7

8 Imagens (cont.) 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 - Multimédia 8

9 Imagens (cont.) 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 - Multimédia 9

10 Imagens (cont.) Vectoriais 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 vectoriais em bitmaps (o inverso também é possível) (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 10

11 Imagens (cont.) Bitmap vs Vectoriais Fonte: vector-conversions.com (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 11

12 Imagens (cont.) 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, poderse-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 - Multimédia 12

13 Imagens (cont.) 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 - Multimédia 13

14 Imagens (cont.) 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 - Multimédia 14

15 Imagens (cont.) 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 - Multimédia 15

16 Imagens (cont.) 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 - Multimédia 16

17 Imagens (cont.) 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 - Multimédia 17

18 Imagens (cont.) 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 - Multimédia 18

19 Imagens (cont.) 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 - Multimédia 19

20 Imagens (cont.) 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 - Multimédia 20

21 Imagens (cont.) Principais formatos (cont.) SVG Formato vectorial criado pelo W3C Suportado pela maior parte dos programas de ilustração/criação de imagem Suportado também pela maior parte dos web browsers Formato baseado em XML <?xml version="1.0" standalone="no"?> <!DOCTYPE svg PUBLIC "-//W3C//DTD SVG 1.1//EN" " <svg width="100%" height="100%" version="1.1" xmlns=" <rect width="300" height="100" style="fill:rgb(0,0,255);stroke-width:1; stroke:rgb(0,0,0)"/> </svg> (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 21

22 Imagens (cont.) 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 - Multimédia 22

23 Imagens (cont.) 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 - Multimédia 23

24 Imagens (cont.) 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, Paint.NET, MS Paint, (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 24

25 Imagens (cont.) 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 - Multimédia 25

26 Hardware Monitores Factores a ter em conta aquando da escolha Tecnologia Plasma, LCD (Liquid Crystal Display) ou CRT (Cathode Ray Tube), TFT (Thin Film Transistor), LED (Light-Emitting Diode) Tipos de varrimentos Entrelaçado consiste em cada imagem completa ser mostrada em dois varrimentos consecutivos (1º linhas pares, 2º ímpares) Progressivo consiste em fazer apenas um varrimento de cada moldura de imagem e mostrá-la completa Frequência de varrimento (CRT) Número de vezes por segundo que o ecrã inteiro pode ser desenhado e a ficar pronto para desenhar o seguinte Medida em Hz Valores usuais de 60Hz a 100 Hz (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 26

27 Hardware Monitores (cont.) Factores a ter em conta aquando da escolha (cont.) Tempo de resposta (LCD) Tempo que uma célula de cristal líquido leva para ir do estado activo (preto) para o estado inactivo (branco) e voltar para o estado activo novamente Medido em milissegundos. Quanto mais baixo melhor Valores usuais: 5 ms, 12 ms, 16 ms Dimensão de 12 a? polegadas medidas na diagonal 1 polegada = 2,5 cm (aprox.) Resolução Número de pixels (linhas x colunas) 640 x 480, 800 x 600, 1024 x 768, 1280 x 1024, 1600 x 1200, 1200x800, quanto maior a dimensão do monitor, maior deverá ser a resolução (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 27

28 Hardware (cont.) Monitores (cont.) Factores a ter em conta aquando da escolha (cont.) Dot pitch Distância entre pontos adjacentes no monitor (LCD e CRT) medida em milímetros Valores usuais entre 0.20mm e 0.31mm Profundidade de cor número de cores que é possível visualizar normalmente depende da placa de vídeo e dos drivers desta Número de bits Número de cores 1 2 (monocromático) 2 4 (CGA) 4 16 (EGA) (VGA) 16 65,536 (High Color, XGA) 24 16,777,216 (True Color, SVGA) 32 16,777,216 (True Color + Canal Alfa) (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 28

29 Hardware (cont.) Monitores (cont.) (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 29

30 Hardware(cont.) Placas gráficas (cont.) Dispositivo de hardware que permite ao computador enviar imagem para o monitor Transforma a imagem digital (0s e 1s) no sinal analógico necessário para comandar os feixes de electrões dos monitores CRT, controla a resolução, realiza efeitos especiais, armazena a imagem... Pode ser encontrada como equipamento à parte ou acoplado à motherboard Tem como principais constituintes: processador (chipset), memória, conversor digital-analógico, driver de software Principais fabricantes de chipsets: Intel, ATI e nvidia (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 30

31 Computadores multimédia (cont.) Placas gráficas (cont.) Memória VRAM (pode ser lida e escrita em simultâneo) Capacidade (8, 16, 32, 64, 128, 256, 1024.) Mb Tipos de memória: SDRAM, DDR, DDR II, DDR III Velocidades: 300, 900, MHz A memória existente numa placa gráfica condiciona directamente a resolução e a profundidade de cor com que é possível visualizar-se num monitor. Exemplo: para operar um monitor a uma resolução 1024 x 768 em true color é fundamental que a placa gráfica disponha pelo menos de 1024 x 768 x 3bytes = 2.25 MBytes Poderão ter memória dedicada, partilhada, ou hyper-memory (alguma dedicada e alguma partilhada) (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 31

32 Hardware (cont.) Placas gráficas (cont.) Tipos de barramento PCI AGP PCI Express SLI (para múltiplos GPUs) Interfaces Video-in VGA DVI TV-Out S-Video HDMI (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 32

33 Hardware(cont.) Scanners Um scanner permite a criação de uma imagem electrónica de uma qualquer fotografia, gráfico, desenho, etc Parâmetros mais relevantes: Resolução a de 600 dpi é comum, sendo mais do que suficiente para a maioria dos projectos multimédia Velocidade de digitalização Existem scanners específicos para fotografias e para negativos Existem scanners dos mais variados formatos: De mesa Em forma de caneta Etc. (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 33

34 Hardware (cont.) Scanners (cont.) Processo de digitalização Cada pixel é representado por um número inteiro proporcional ao valor da intensidade de luz no ponto correspondente na imagem analógica (gray level-nível de cinzento) Cada linha do original é iluminada por uma luz, sendo a sua imagem reflectida por um espelho para a lente de um Charge Couple Device CCD Os CCDs são semicondutores de dimensão microscópica, sensíveis à luz A função dos CCDs é produzir uma voltagem em função da intensidade de luz recebida Esta voltagem é convertida num sinal digital por um conversor analógico - digital Para distinguir as cores é necessário que existam três sensores, um relativo a cada cor básica. (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 34

35 Hardware (cont.) Câmaras fotográficas digitais Armazenam as imagens capturadas e permitem a sua transferência para um computador No computador, as imagens obtidas podem ser utilizadas ou manipuladas nos formatos digitais comuns Utilização menos onerosa Não é usado filme Fotografias indesejadas não têm custos (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 35

36 Hardware (cont.) Câmaras fotográficas digitais Usam uma grelha de CCD (Charge Coupled Device) ou um sensor CMOS em vez de filme para registar as fotografias Algumas máquinas conseguem uma melhor resolução ao utilizar três grelhas de CCD, cada uma sensível a uma das cores básicas As máquinas podem ser configuradas para tirar fotografias com diversos tamanhos e níveis de resolução, dependendo o espaço ocupado por cada fotografia destes dois parâmetros (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 36

37 Hardware (cont.) Câmaras fotográficas digitais (cont.) Arquitecturas 1 CCD CCD: nas câmaras monoccd só existe um CCD ao qual é sobreposto uma matriz de filtros com bandas passantes distintas. Preço mais convidativo Pior SNR (Signal-to-Noise Ratio) uma vez parte do sinal electromagnético de entrada é desaproveitado. Nas máquinas com CCD s, a carga eléctrica é transportada ao longo do chip e lida num canto da matriz. Um conversor analógico - digital transforma cada valor de pixel num valor digital. (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 37

38 Hardware (cont.) Câmaras fotográficas digitais (cont.) Arquitecturas (cont.) 3 CCD (cont.) Excelente resolução espacial. Diminui o efeito de aliasing. Bastante mais caro Numa câmara 3CCD existem 3 sensores, uma para cada canal. (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 38

39 Hardware (cont.) Câmaras fotográficas digitais (cont.) Arquitecturas (cont.) CMOS (Complimentary Metal-Oxide Semiconductor) Nesta tecnologia são utilizados vários transístores em cada pixel que amplificam e movem a carga usando fios tradicionais. A abordagem CMOS é mais flexível porque cada pixel pode ser lido individualmente. A tecnologia CMOS tradicionalmente consome menos energia. (cerca de 100x menos do que um CCD) (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 39

40 Hardware (cont.) Câmaras fotográficas digitais (cont.) Gestão de cor Os valores RGB obtidos por uma câmara reflectem o espaço de cor desse equipamento. Num equipamento de reprodução de cor (monitor, impressora) as indicações de cor são também uma propriedade do equipamento. Em função dos equipamentos usados, surgem distorções de cor acentuadas. Cada equipamento é fornecido com um Profile. Esse Profile estabelece o mapeamento entre o espaço de cor do equipamento e o espaço de cor ou vice-versa A conversão é realizada pelo Driver (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 40

41 Hardware (cont.) Câmaras fotográficas digitais (cont.) Factores a ter em conta aquando da escolha Capacidade do sensor (usualmente em MegaPixels) Tipo de máquina Manual ou automática Com lentes permutáveis (SLR, 4:3 ) ou não Tamanho e qualidade do LCD Capacidade de Zoom (óptico e digital) Tipo de armazenamento suportado (MS, SD, MMC, xd, etc.) Tipo de alimentação pilhas, bateria Formatos suportados O preço! Etc. (c) Nuno Miguel Gil Fonseca - Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Oliveira do Hospital - Multimédia 41