mercoledì 3 luglio 2013

Fotografie digitali

Prima di cominciare a fare modifiche alle nostre foto, penso sia bene vedere un po' della teoria che sta dietro alle fotografie digitali.
Le basi teoriche ovviamente riguardano un po' tutto il campo delle immagini digitali, quindi non solo le foto.

Mi rendo conto che la teoria è sempre qualcosa di noioso, ma cercherò di rendere l'articolo il più breve e comprensibile possibile. Sono comunque certo che queste basi (se già non le conoscete), potranno esservi utili per comprendere meglio non solo i futuri post "pratici", ma anche come utilizzare meglio le vostre fotocamere.
Se poi avete dei dubbi o volete ulteriori informazioni scrivete pure nei commenti e vedrò di rispondervi appena possibile.

 

Cos'è una foto digitale?


La domanda non è così scontata. In definitiva, una fotografia digitale è una sequenza di numeri che vengono interpretati dai computer come un rettangolo di punti colorati.
Le caratteristiche principali che definiscono tale sequenza di numeri sono:
  • le dimensioni del rettangolo
  • la "quantità" di informazioni sul colore per ogni punto
  • la modalità utilizzata per memorizzare la sequenza di dati
Vediamo i vari punti nel dettaglio

Le dimensioni


Più comunemente conosciuto come risoluzione dell'immagine. È il parametro delle fotografie digitali più semplice da comprendere.

Il numero di punti (chiamati pixel) presenti in un'immagine digitale indica quanti dettagli si possono, teoricamente, vedere. Dico teoricamente perché ovviamente i dettagli dipendono anche dal soggetto e da come è stato ripreso.
In ogni modo, più pixel sono presenti e più dettagli si possono evidenziare.
 
Potete fare la prova anche voi manualmente, per rendervene conto. Prendete un foglio di carta quadrettato e provate a disegnare qualcosa annerendo i quadretti. Prima utilizzate un'area di magari 5x5 quadretti e poi riprovate con una zona più grande, diciamo 20x20 e vedete quanti dettagli in più potete mettere.

Fotografie digitali - Immagine bassa risoluzione
Lettera 'A' in bassa risoluzione
Fotografie digitali - Immagine alta risoluzione
Lettera 'A' in risoluzione più elevata

Nelle fotografia digitale, invece di indicare il numero di pixel in orizzontale e quelli in verticale, generalmente si fornisce il prodotto dei due (approssimato).
Ad esempio una foto di 4000x2672 pixel verrà indicata da 10Mpixel (M sta per mega, cioè 1 milione).

Le informazioni del colore


Questa è la componente più complessa di una fotografia digitale, ma anche, ovviamente, la più importante.
 
Uno dei problemi principali dei computer è da sempre la rappresentazioni tramite numeri finiti di un mondo che in realtà ne ha una quantità infinita.
Nel campo più specifico delle immagini digitali il problema è avere una quantità sufficiente di informazioni per riprodurre una scena il più fedelmente possibile, senza per questo sprecare troppo spazio per memorizzarla.
 
Lo standard attuale prevede di utilizzare un byte per ogni colore primario (rosso, verde e blu). Ogni byte consente di avere 256 livelli di luminosità per cui possiamo ottenere come risultato circa 16 milioni di sfumature (256x256x256). Attenzione che i livelli di intensità luminosa restano comunque solo 256!
Questo standard è anche definito come 24bit poiché la somma totale dei bit utilizzati è appunto 24 (8 bit per ogni byte, quindi 8x3=24).
 
Sebbene tale standard sia sufficiente per ottenere immagini di ottima qualità, a volte si dimostra assolutamente inadeguato. In uno dei post che intendo scrivere parlerò proprio di questo e di come risolvere i problemi causati da un limitato numero di livelli di luminosità.
 
Altre modalità utilizzate (sebbene molto meno, almeno per le foto) sono quelle a scala di grigi, dove si utilizza solo un byte per la luminosità di ogni pixel, risparmiando spazio (e ovviamente serve solo per immagini in bianco e nero) e la modalità cosiddetta "palette" in cui si utilizza sempre un byte per le informazioni, ma il colore viene preso da una tavolozza di massimo 256 colori predefiniti.
 

La compressione delle immagini


Ultima caratteristica, ma non per questo meno importante, è il metodo di memorizzazione dei dati al quale ci si riferisce generalmente come compressione dell'immagine.
Come ho scritto sopra, il problema delle immagini digitali è quello di avere buona qualità, ma con un ridotto consumo di memoria. Dopo avere definito i parametri per una qualità accettabile, l'unica cosa che possiamo fare è trovare un modo per ridurre "matematicamente" lo spazio occupato da questi dati.
 
Le possibilità sono essenzialmente tre:
  • si memorizzano i dati così come sono
  • si comprimono i dati numerici così come sono
  • si esegue un'elaborazione dei dati per facilitare una successiva compressione

Nel primo caso non esiste ovviamente risparmio di spazio e le nostre foto possono occupare uno spazio davvero enorme. Ad esempio se utilizziamo una risoluzione da 10Mpixel, già 30 foto portano via circa 1GB di memoria!

Nel secondo caso si sfrutta il fatto che esistono degli schemi ripetitivi di dati all'interno di ogni file, quindi anche nelle foto digitali, che possono essere sfruttati per ridurre lo spazio occupato dall'immagine.

La riduzione effettiva dello spazio dipende moltissimo dall'immagine in sé, ma si possono comunque avere risultati accettabili e sicuramente migliori rispetto al primo caso.
 
L'ultima opzione considera il fatto che la nostra vista non è perfetta e si possono quindi eliminare alcune "informazioni" dalle immagini, senza pregiudicarne eccessivamente la qualità. Queste sono le compressioni chiamate "lossy" (da loss, cioè perdita in inglese, riferito alla perdita di informazioni).
Praticamente tutte le fotocamere digitali utilizzano questo metodo e vi salvano le foto nel formato jpeg che è appunto di tipo "lossy".
 
Questo metodo consente di ridurre notevolmente lo spazio occupato da una foto, ma comporta una serie di problematiche di cui tenere conto.
 
Il primo problema è che ad ogni compressione sono eliminati ulteriori dati. Questo significa che se modificate e salvate più volte in tempi diversi un'immagine jpeg, il risultato finale sarà sempre più degradato, fino ad avere un'immagine di pessima qualità.
 
Il secondo problema è la scelta del livello di compressione da utilizzare nel salvataggio di queste foto. Fino a che punto possiamo permetterci di comprimere una foto (e quindi perdere dettagli)?
La risposta è un fattore abbastanza personale, ma è sempre bene pensarci su.
Se lo spazio a nostra disposizione non è un problema, conviene sicuramente utilizzare una piccola compressione, in modo da mantenere una buona qualità.
Per contro, se abbiamo problemi di spazio e magari facciamo molte foto, si può davvero pensare di comprimere maggiormente le immagini.
 
Qui potete vedere un confronto tra immagini jpeg salvate con compressioni differenti:
 
Qualità 75% - Compressione 25% - Dimensione 31KB
Qualità 50% - Compressione 50% - Dimensione 20KB
Qualità 25% - Compressione 75% - Dimensione 11KB
Qualità 5% - Compressione 95% - Dimensione 4KB

Nonostante queste immagini siano ridotte rispetto all'originale, si può chiaramente notare la perdita di qualità all'aumentare del livello di compressione.

Vi invito a fare voi stessi una serie di prove, in modo da comprendere meglio il rapporto tra compressione e qualità dell'immagine.


Alla prossima!


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