6.  Imatge digital. Tipus matricial (raster), píxels i resolució. Tipus vectorial.

Podem entendre una imatge com una superfície bidimensional, que té altura (H, de "Height") i amplària (W, de "Width") , i dins la qual hi ha punts, units en principi de forma contínua, i que presenta dues característiques: brillantor i color.  La brillantor és la intensitat de la llum, i el color és la mescla de les freqüències de llum en colors bàsics i que conformen el color que acaba percebent l'ull.  Els colors llum bàsics llum són vermell (R de "Red"), verd (G de "Green") i blau (B de "Blue").

Una càmera fotogràfica és una petita caixa que té un sistema òptic, l'objectiu, que permet enfocar un motiu. Es permet que entri més o menys llum controlant un diafragma semblant al que tenen els ulls humans a la pupil·la. Quan es pulsa el disparador, el que es fa és exposar durant un temps controlat a la llum que es deixa entrar dins l acàmera a una superfície que capturarà aquesta imatge.  

Objectiu frontal  intercanviable Portalents Diafragma  (control de quantitat de llum) Obturador de pla focal  (tapa  que s'aixeca quan es  pulsa el disparador) Pel·lícula Subjecció de corretja Disparador Comandament de velocitats (control de temps de'exposició) Contafotogrames Càmera de visor posterior Zòcal del  flash Anell d’enfocament

Entrada a Wikipèdia sobre fotografia.

En la càmera fotogràfica analògica, aquesta captura s'aconsegueix gràcies a la reacció d'una substància química fotosensible que impregna una pel·lícula flexible quan aquesta s'exposa a la llum. La pel·lícula està enrotllada dins un rodet. Cada exposició es fa sobre un petit tram de la pel·lícula, un fotograma, que es va desenrotllant per a cada exposició. Posteriorment, la pel·lícula s'extreu i es submergeix dins un líquid fixador (això es fa en un ambient de molt poca llum),  en un procés que es diu revelatge (revelado). A la pel·lícula revelada se l'anomena negatiu, i a partir d'ella es fan còpies sobre paper fotogràfic o sobre diapositives. Aquesta tècnica també rep el nom de fotografia química

La càmera fotogràfica digital té el mateix sistema òptic que la analògica, però la supèrfície que s'exposa a la llum és un xip que s'anomena CCD (Coupled Charged Device) . Aquest xip està construït en forma de matriu quadrada, on cada un dels seus elements s'anomena pixel (picture element). Durant l'exposició, cada pixel adquireix un valor numèric binari que fa referència a la intensitat de llum i colors bàsics que l'estan excitant. La quantitat de pixels d'un xip CCD determina la qualitat de la imatge que es pot capturar.

6.1 Imatge matricial (raster), píxels i resolució

La imatge matricial es basa en una matriu (superfície bidimensional, amb valors numèrics) tal com hem vist que captura el xip CCD. Es pot entendre com un mosaic de punts de color. En llatí, mosaic es diu raster, per això aquest tupus de imatge també es diu raster.

1) Així tenim que un primer sistema pèr a obtenir imatges digitals és la càmera fotogràfica digital. 

2) Un segon sistema és usar un scanner. Els scanners són perifèrics d'entrada de dades d'ordinador. El seu funcionament es basa en un faig (haz) de llum que examina punt a punt un document, i segons el color que es detecti es construeix una imatge digital pixel a pixel. Es pot utilitzar per a digitalitzar fotografies analògiques.

    Hi ha scanners que es poden controlar amb programes que tenen la capacitat de identificar caràcters impresos i generar el codi ASCII corresponent. Aquest funció es diu OCR, Optic Character Recognition, i no genera una imatge digital.  Normalment, el resultat d'un escaneig OCR s'envia como a dades d'entrada a un editor de text. Amb caràcters ASCII composts, com per exemple "ó" poden confondre's i detectar per exemple el caràcter "6".  

                   

3) I un tercer mètode per a generar imatges digitals és usar software editor d'imatges com són per exemple els programes Paint o Photoshop. Aquests programes permeten  fer dues coses,
    a) Generar una imatge digital des de zero
    b) Modificar una imatge digital ja existent. 

Tant les càmeres digitals, com els scaners com els programes d'edició d'imatges que hem anomenat, generen el que es coneix com a  imatge matricial.  Una imatge matricial es pot entendre com a un mosaic quadrat, format per elements de la mateixa grandària que s'anomenen pixels (picture element). Cada pixel representa un punt de la imatge. A cada píxel s'hi afegeix una tercera dimensió, la profunditat d'imatge
 


        La profunditat d'imatge és la quantitat de bits assignada a cada pixel, amb la que es codifica la mescla dels 3 colors llum primaris.Aquesta codificació pot ser així:

        - Red, amb 8 bits. És a dir, 256 intensitats de vermell possibles, des de blanc fins a vermell pur
        - Green, també amb 8 bits
        - Blue, també amb 8 bits

        Aquesta codificació es diu mode RGB, i la imatge que conforma és un bit map, un mapa de bits. Un fitxer que conté un bit map té l'extensió .bmp. L'editor d'imatges Paint genera arxius en aquest format.  La grandària d'un bmp es pot calcular en bits mulitplicant les tres dimensions: H x W x Profunditat.

         Una imatge monocroma en blanc i negre, on cada píxel és un punt o blanc o negre, té profunditat 1. Un bit per píxel.


 Exercici Ampliació     Sobre aquests dos fitxers         Balefant.jpg     Balefant.bmp


Conceptes relatius a les imatge matricials
       
Profunditat d'impressió. Si una imatge digital s'orienta a ser impresa, el mode RGB en serveix per veure-la en pantalla,però als seus pixels sels ha d'associar amb informació sobre els colors pigment, que tenen relació directa amb els colors de tinta que pot fer servir una impressora: Cyan,  Magenta, Yellow i Black. Això és el mode CMYK. Editors d'imatge professionals com Photoshop permeten fer aquest canvi de mode de profunditat d'imatge.

Resolució d'imatge És la mesura de la densitat de pixels per unitat de distància, concepte important per a una imatge que ha de ser impresa, doant que va directament relacionat amb les dimensions de la imatge impresa i la seva qualitat.
    1 polzada (inch) = 2,54 cm
    Número de pixels per polzada → dots per inch → dpi
    Valors típics: 30, 60, 72

Escalabilitat: És la possibilitat d'ampliar o reduir la visió de la imatge en pantalla. Això es pot fer amb moltes utilitats informàtiques: zoom de finestra d'aplicació en editors d'imatge, "drag and drop" des d'un cantó de la finestra de document en una utilitat de visualització. Amb això no es canvia la resolució ni les dimensions del fitxer que conté la imatge. El que feim és "aproximar", "allunyar". Si aproximam molt  la imatge veurem "els quadrets" resultants d'agrupar en pantalla els valors de color dels píxels més pròxims. Això es diu "imatge pixelada"

Compressió d'imatges matricials: Una imatge bmp ocupa molt d'espai. Per a estalviar-lo hi ha diferents tècniques de compressió d'imatges. Una d'elles és no donar la codificació de colors per a tots i cadascun dels píxels, sinò "descriure la imatge",  identificant per exemple grups de píxels segons la posició que ocupin dins la matriu. És a dir, assignar un mateix valor RGB a tot un rang de píxels. Aquesta tècnica de compressió la va determinar el Joint Pictures Groups Experts, un grup de treball format per tècnics de les principals empreses de fotografia del món, als anys 1980. Una imatge en aquest format és una imatge JPEG, i l'extensió de l'arxiu que en conté una és .jpg Hi ha altres tècniques de compressió i codificació d'imatges digitals matricials, i cada una  es  relaciona amb una diferent extensió de fitxer:  .gif, .png, i altres.

Els editors d'imatge poden tractar més d'una extensió d'imatge, i una de les funcions que ofereixen és la  conversió de format ("Desa com..." i escollint el format que volem).


6.2 Imatge vectorial

A més de la imatge digital matricial, existeix també la imatge digital vectorial.  Un vector és una seqüencia  de punts  descrita matemàticament. Amb vectors es poden dibuixar polígons, rectes, figures geomètriques...


Exemple de descripció de polígon:

Segment 1; x= 2x, des de (0,0) fins a (x1,y1)
Segment 2; x= 3x  des de (0,0) fins a (x2,y2)
Segment 3;......




Les imatges de tipus vectorial es generen: 
    - Amb programes de dixuix tècnic, com per exemple AutoCAD, AutoDesk o TinkerCAD. (CAD=Computer Assisted Design)
    - Amb funcions d'editors d'imatges matricials.  Photoshop i Paint tenen funcions de imatge vectorial
    - Amb funcions incorporades a editors de text, o altres aplicatius ofimàtics. Per exemple, les funcions de dibuix d'MS-Word o de Google Docs
    - Com a a base de programes de disseny i simulació de circuits elèctrics, electrònics, etc..
   
       

Les imatges digitals vectorials són molt apropiades per a esquemes, plànols...  No poden representar imatges tant detallades i realistes com les matricials, però tenen dues avantatges davant d'elles: ocupen molt menys espai, i no es pixelen quan s'escalen.

                           

Les extensions de nom de fitxer més conegudes per a gràfics vectorials són .svg (scalable vectorial graphics) .ai (adobe illustrator) i .eps (encapsulable post script)
 
Estructura comparada dels dos tipus d'imatge digital



En la representació raster, cada punt es descriu segons la profunditat de imatge. 
En la representació vectorial, els punts són origen i fi d'equacions que descriuen la corba que els uneix.



6.3 Rasterització i vectorització

La rasterització és la conversió d'una imatge vectorial en una imatge matricial.  El procés invers, la vectorització  d'una imatge matricial, es fa esquematitzant la imatge a vectoritzar ressaltant els seus punts importans. 




   







6.3.1 Rasterització

La rasterització s'usa, per exemple, per a generar una imatge realista de l'edifici que un arquitecte ha dissenyat en AutoCAD, o per generar efectes especials en produccions cinematogràfiques, utilitzant software especialitzat, com Autodesk 3DS. Aquests dos programes permeten dibuixar amb línies i figures geomètriques la base del que després serà la imatge matricial.

 
   Als despatxos d'arquitectes abans es feien maquetes dels edificis projectats. Ara, es poden veure imatges realistes a partir del rendering de dibuixos vectorials fets amb software especialitzat, com Autocad.




 
Amb imatges vectorials es pot dissenyar l'objecte que es vulgui. Després cada polígon es pot reomplir el color adequat, i generar imatges render realistes. Aquesta tècnica es diu CGI,  computer generated image, i s'usa en cinematografia per a efectes especials. 



La impressió 3D, la generació d'objectes sòlids basats en imatges vectorials, en realitat és un tipus de renderització


6.3.2 Vectorització

La vectorització s'usa, per exemple, per a convertir una foto digital, o un dibuix fet a mà, i posteriorment escanejat i capturat com a matricial, en una imatge fàcil de tractar en un procés d'impressió. Consisteix en marcar els punts significatius de la imatge matricial, i unir després aquests punts amb línies rectes. Hi ha programes que ho poden fer automàticament, i altres que permeten marcar els punts amb el ratolí. Són editors d'imatges com Adobe Photoshop CS o Corel Draw. 



          
           Dibuix fet a mà, escanejat, punts marcat individualment amb Corel Draw i vectoritzat. Per als texts s'ha usat la funció de text vectorial que incorpora el prgrama. En el format de imatge, els colors sòlids no es descriuren per cada punt, sinó que s'apliquen a una zona delimitada.


                 
               Fotografia digital (tipus raster), tractada amb les funcions automàtiques de vectorització del programa Photoshop CS. També s'hi han aplicat funcions de uniformització de colors.