Aula 6 - SAM - Imagens

Sistemas e Aplicações Multimídia

Prof. Guilherme Nonino Rosa

- Técnico em Informática pela ETESP – Escola

Técnica de São Paulo

- Graduado em Ciências da Computação pela

Unifran – Universidade de Franca no ano de 2000.

- Pós-Graduando em Tecnologia da Informação

aplicada aos Negócios pela Unip-Universidade

Paulista no ano de 2012.

- Licenciado em Informática pela Fatec – Faculdade

de Tecnologia de Franca no ano de 2011.

Atuação:

- Docente do Senac – Ribeirão Preto desde

fevereiro/2012.

- Docente do Centro de Educação Tecnológica

Paula Souza, nas Etecs de Ituverava e

Orlândia desde fevereiro/2010.

Contatos:

Prof. Guilherme Nonino Rosa

guinonino@gmail.com

http://guilhermenonino.blogspot.com

PLANO DE ENSINO E APRENDIZAGEM

Sistema de Avaliação

1° Avaliação - PESO 4,0

Atividades Avaliativas a Critério do Professor

Práticas: 03

Teóricas: 07

Total: 10

2° Avaliação - PESO 6,0

Prova Escrita Oficial

Práticas: 03

Teóricas: 07

Total: 10

Bibliografia Padrão

1) PAULA FILHO, Wilson de Padua. Multimídia : Conceitos e

Aplicações : Conceitos e Aplicações. 1ª ed. Rio de Janeiro: LTC -

Livros Técnicos e Científicos, 2011.

Semana n°. Tema

1 Apresentação da Disciplina e Metodologia de Trabalho.

Introdução à Sistemas e Aplicações Multimídia.

2 Evolução da Comunicação entre Homem e Máquina.

3 Plataformas: Ambientes, Plataformas e Configurações.

4 Autoria: Ferramentas para Desenvolvimento de Multimídia.

5 Autoria: Títulos, Aplicativos e Sites .

6 Projetos: Produção.

7 Projetos: Processo Técnico.

8 Imagens: Representação Digital de Imagens, Dispositivos Gráficos.

PLANO DE ENSINO E APRENDIZAGEM

Semana n°. Tema

9 Atividades de Avaliação.

10 Imagens: Processamento da Imagem.

11 Desenhos: Representação de Desenhos e Edição Bidimensional..

12 Terceira Dimensão: Computação Gráfica.

13 Terceira Dimensão: Modelagem e Elaboração 3D.

14 Terceira Dimensão: Realidade Virtual

15 Animação.

16 Música e Voz.

Semana n°. Tema

17 Vídeos.

18 Prova Escrita Oficial

19 Exercícios de Revisão.

20 Prova Substitutiva.

ATPS

- Grupo de até 4 pessoas - Entregar após a definição via email, os nome,

RA´s e email de cada aluno.

- Passos 1, 2, 3 e 4

- Data da Entrega: uma semana antes da

primeira prova.

Padronização

O material escrito solicitado nessa atividade deve ser produzido de acordo

com as normas da ABNT1, com o seguinte padrão:

• em papel branco, formato A4;

• com margens esquerda e superior de 3cm, direita e inferior de 2cm;

• fonte Times New Roman tamanho 12, cor preta;

• espaçamento de 1,5 entre linhas;

• se houver citações com mais de três linhas, devem ser em fonte tamanho

10, com um recuo de 4cm da margem esquerda e espaçamento simples

entre linhas;

• com capa, contendo:

nome de sua Unidade de Ensino, Curso e Disciplina;

nome e RA de cada participante;

título da atividade;

nome do professor da disciplina;

cidade e data da entrega, apresentação ou publicação.

Consultar o Manual para Elaboração de Trabalhos Acadêmicos. Unianhanguera. Disponível em:

<http://www.unianhanguera.edu.br/anhanguera/bibliotecas/normas_bibliograficas/index.html>.

Aula-tema: Imagens: Representação Digital de

Imagens, Dispositivos Gráficos. Imagens:

Processamento da Imagem.

Essa atividade é importante para compreender as

representações digitais de imagens, dispositivos

gráficos e os seus processamentos de compressão.

Para realizá-la, deverão ser seguidos os passos

descritos.

ETAPA 3 (tempo para realização: 2,5 horas)

Passo 1 (Equipe)

Pesquisar imagens que caracterizem os cursos de pós-graduação da

Anhanguera Educacional. Essas imagens poderão ser retiradas da internet,

respeitando os direitos autorais do(s) seu(s) criador(es) a fim de identificar

os sistemas de cores descritos a seguir:

1. Sistema aditivo (RGB: Red, Green, Blue

2. Sistema Subtrativo (CMYK: Cyan, Magenta, Yellow, Black)

3. Sistema HLS (Hue, Luminance, Saturation).

4. Sistema CIE (Commission Internationale d’Eclairage)

5. Gamas e Codificação das cores.

Passo 2 (Equipe)

Ler o texto a seguir e em seguida pesquisar e descrever as técnicas de

compressão de imagem. Segundo Paula Filho (2011), imagens de alta

resolução e cor verdadeira podem ocupar até vários megabytes de espaço.

Na maioria dos casos, pode-se conseguir grande redução dos tamanhos dos

arquivos através das técnicas de compressão de imagens estáticas.

Passo 3 (Equipe)

Entregar as pesquisas do sistema de cores e das técnicas de compressão de

imagem dos passos 1 e 2 em um texto com o máximo de três páginas

nomeadas como 3. Representação Digital de Imagens.

IMAGENS

IMAGEM

Representação Digital de Imagens

Representação digital de imagens

A resolução espacial da visão é o

parâmetro que mede quantos pontos

diferentes o olho pode distinguir em uma

imagem.

Representação digital de imagens

Resolução espacial de imagens:

pixel (picture element)

unidade de imagem (cada ponto), usada para medir

resolução gráfica

campo visual humano

cerca de 3000 x 3000 pixels

Resolução espacial de imagens:

vídeo NTSC: 512 x 480 pixels / quadro;

monitores VGA (video graphics array): 320 x

200, 640 x 480;

monitores SVGA: 640 x 480, 800 x 600, 1024 x

768;

Plasma: 852 x 480, 1024 x 768, 1280 x 768;

LCD: 1366 x 768;

vídeo HDTV: 2000 x 1100.

Representação digital de imagens

Percepção da cor:

Diferente para cada espécie animal;

Dentre os mamíferos só o homem e o macaco

enxergam as cores;

Aves têm um visão muito mais acurada do que

a nossa.

Representação digital de imagens

A visão humana da cor A luz é a porção do espectro de radiação

eletromagnética que conseguimos perceber através do

sentido da visão

Cor é uma sensação produzida no nosso cérebro pela

luz que chega aos nossos olhos

A retina é um tecido resistente, transparente e

fotossensível onde existem células que são

responsáveis pelo sentido da visão

cones – foto pigmentos (azuis, verdes e vermelhos)

uma determinada onda de radiação eletromagnética pode

sensibilizar mais de um cone, dependendo do comprimento da

onda

Representação digital de imagens

A visão humana da cor:

espectro visível: 400nm (violeta) a 700nm

(vermelho)

As luzes dessas faixas são conhecidas como cores

espectrais ou cores do arco-íris

quase todas as cores podem ser obtidas por

combinação linear de três cores básicas

faixas de maior sensibilidade do olho humano:

verde, vermelho e azul (este muito menor)

Representação digital de imagens

O sistema aditivo (RGB):

cores fundamentais

verde, vermelho, azul;

baseado nos picos de

sensibilidade ao espectro;

funciona por combinação aditiva

soma de luzes;

Utilização

monitores, projetores (emitem luz).

Representação digital de imagens

O sistema aditivo (RGB): Vermelho: (1,0,0)

Azul: (0,0,1)

Verde: (0,1,0)

Magenta:(1,0,1)

Amarelo: (1,1,0)

Ciano:(0,1,1)

(1,1,1)

Representação digital de imagens

O sistema subtrativo (CMY):

As cores secundárias são também

chamadas de primárias subtrativas

ciano, magenta, amarelo;

funciona por combinação subtrativa:

baseia-se não na emissão de luz, mas em sua

subtração

absorve ou reflete a luz de determinados

comprimentos de onda.

Representação digital de imagens

O sistema subtrativo (CMY):

Representação digital de imagens

O sistema subtrativo (CMY):

utilização - impressão, fotografia ;

é usada a variante CMYK devido à

dificuldade de obter pigmentos

com alta pureza de cor

adiciona preto como quarto pigmento

básico

Representação digital de imagens

O sistema HLS:

Hue - matiz

Luminance - luminância

Saturation - saturação

usado para especificação de cor por usuários

humanos

Representação digital de imagens

O modelo HLS de cores:

espaço das cores representado

por um cone invertido

bordas do cone

cores saturadas

próximos do eixo

tons pastéis

Representação digital de imagens

O sistema HLS:

Intensidade ou luminância

mede a amplitude da energia luminosa

intensidade nula corresponde ao preto

são necessários 8 bits para codificar os

graus distintos de luminância que o

olho pode perceber

Representação digital de imagens

O sistema HLS:

Matiz

representa a cor dominante - medida

do comprimento de onda dominante

mede a qualidade que distingue o azul

do verde, do vermelho, etc

ângulo em relação ao vermelho

pode ser codificado em 4 bits

Representação digital de imagens

O sistema HLS:

Saturação saturação representa a quantidade de

luz branca misturada - medida da

pureza da cor

distância em relação ao eixo do cone

o preto representa a ausência de

energia (baixa luminância)

o branco representa a impureza da cor

(baixa saturação)

tons muito saturados são brilhantes

tons pouco saturados são pastéis

Representação digital de imagens

Caixa de seleção de

cores baseada nos

modelos HLS e RGB

Luminância: altura na

tira

Matiz: dimensão

horizontal do quadrado

Saturação: dimensão

vertical do quadrado

Representação digital de imagens

O sistema CIE (XYZ):

padrão internacional de especificação de cor

baseado em propriedades físicas e não na

percepção humana da cor

as cores primárias (X, Y, Z) são imaginárias e

invisíveis

qualquer cor visível pode ser expressa como

uma combinação linear de X, Y e Z

Representação digital de imagens

O modelo CIE (XYZ) de cores

Representação digital de imagens

O sistema CIE (XYZ): as cores espectrais puras são

representadas por uma curva em

forma da ferradura

a base da ferradura (reta púrpura)

representa cores não-espectrais

(sem realidade física)

o branco é um ponto no interior da

ferradura

as demais cores são também pontos

interiores (cores insaturadas)

Representação digital de imagens

Propriedades de um ponto

no sistema CIE (XYZ): a saturação corresponde à distância

do ponto dado ao branco

o matiz representado pela cor

dominante

cor espectral correspondente ao ponto onde a

reta que passa pelo ponto branco e pelo ponto

dado intercepta a curva da ferradura

a luminância corresponde ao eixo z

Representação digital de imagens

Codificação das cores

canal de cor - cada cor primária usada para representar

uma dada cor;

amostragem de cores - a intensidade de cada primária é

codificada no valor de um canal;

quantização das cores - número de bits por canal,

comumente: 1 a 8.

Codificação das cores

Codificação das cores

em sistemas de cor verdadeira, o valor do pixel é

a combinação dos valores dos canais;

em sistemas de paleta, o valor do pixel é um

índice na tabela de cores;

o canal alfa: pode ser usado para representar a

transparência de um pixel.

Codificação das cores

Quantização de cores

Reduzir o espaço de cores de uma imagem.

Seleção de um subconjunto das cores originais para

aproximar estas cores.

Problema de otimização, ou seja, qual o melhor

subconjunto (depende da aplicação) ?

Codificação das cores

Quantização das cores

8 bits para codificação de cada primária (olho humano - 256 níveis de luminância);

Sistema de 3 primárias 24 bits/pixel Sistema de cor verdadeira Reproduz cerca de 16 milhões de cores.

Alternativa mais barata (redundância de cores em sistemas de 24 bits): 5 bits/cor 15 bits 32.768 cores

codificação não simétrica - sacrificar o azul na codificação.

Codificação das cores

Sistema de Cor Verdadeira

Codificação das cores

Paletas

Usada quando a capacidade de reprodução de cores do

sistema é < a dos sistemas de cor verdadeira;

O conteúdo do pixel é enviado como índice para uma tabela armazenada em uma memória especial (não é enviado diretamente ao monitor);

Da tabela é retirado o valor para o monitor - Paleta (palette) ou tabela de cores (color look-up table);

profundidade (tamanho em bits) do pixel memória para armazenamento da imagem.

Codificação das cores

Sistema de Paleta

Codificação das cores

Paletas

Número de cores exibíveis: Determinada pela profundidade do pixel

Modos VGA e SuperVGA (8 bits) - 256 cores simultâneas.

Imagens em sistemas de 8 bits normalmente não são realistas. troca-se resolução espacial por resolução de cores;

representação de cada ponto da imagem por um grupo de pixels vizinhos (dithering).

Codificação das cores

TIFF(simulação em JPEG de alta qualidade)

GIF sem dithering

(Tamanho: 02 Kb)

GIF com dithering

Tamanho: 08 Kb

Codificação das cores

Sistemas de 15 bits

acomodados em pixels de 16 bits;

bit extra usado para codificar a transparência da imagem;

cada pixel será transparente ou opaco.

Sistemas de 24 bits

utilizando-se pixels de 32 bits, sobra um canal alfa (8 bits).

Canal alfa

permite especificar 256 gradações de transparências;

efeitos utilizados em processamento de vídeo.

Codificação das transparências

Relação entre cores e bits/pixel:

sistemas de 4 e 8 bits usam paleta;

sistemas de 15 e 24 bits são de cor verdadeira;

sistemas de 16 bits permitem 1 bit de canal alfa ou 1 bit a

mais em um dos canais;

sistemas de 32 bits permitem 8 bits de canal alfa.

Codificação das transparências

Exemplos de dispositivos interativos:

tubos de raios catódicos;

matrizes de diodos eletroluminescentes (LEDs);

matrizes de dispositivos de cristal líquido

(LCDs);

painéis de plasma.

Dispositivos gráficos

Exemplos de dispositivos de cópia permanente:

traçadores de gráficos;

impressoras;

registradores de filme;

gravadores de vídeo.

Dispositivos gráficos

Dispositivos de varredura:

a imagem é gerada por varredura

sequencial da memória de imagem e do

monitor;

quadro (“frame’’) - imagem gerada em um

ciclo de refresh;

cintilação - piscar que ocorre quando a taxa

de refresh é insuficiente.

Dispositivos gráficos

Dispositivos de varredura:

quadros são separados pelo retraço

vertical e divididos em linhas;

linhas são separadas pelo retraço

horizontal e divididas em pixels.

Dispositivos gráficos

Tipos de varredura:

progressiva - linhas são lidas em ordem

crescente, como na maioria dos

monitores;

entrelaçada - o quadro é dividido em dois

campos (linhas pares e linhas ímpares),

como na TV.

Dispositivos gráficos

Parâmetros de varredura:

frequência (de varredura) vertical =

número de quadros por segundo;

frequência (de varredura) horizontal =

número de linhas por segundo;

faixa de passagem = número de pixels por

segundo/2.

Dispositivos gráficos

Frequências Típicas de Monitores

Sistema Freqüência

vertical

Freqüência

horizontal

Faixa de

passagem

TV 30 Hz 15,75 KHz 4 MHz

VGA 60 Hz 31 KHz 11 MHz

SVGA 72 Hz 60 KHz 35 MHz

Dispositivos gráficos

Parâmetros espaciais:

a especificação de tamanho refere-se à

diagonal principal;

razão de aspecto normal dos monitores: 4/3;

razão de aspecto do pixel = razão de aspecto

do monitor (resolução vertical/resolução

horizontal).

Dispositivos gráficos

Relação entre memória, resoluções e cores:

Resoluções / Cores 16 256 32K 16M

640 480 150K 300K 600K 900K

800 600 235K 469K 936K 1407K

1024 768 384K 768K 1536K 2304K

Dispositivos gráficos

Dispositivos de entrada gráfica

Bidimensionais

Tridimensionais

Dispositivos de Entrada Gráfica

Scanner de Toque com Braço Mecânico

Scanner 3D a Laser

Processamento de imagem

Processamento de imagem

Formatos de imagens:

representação no espaço de imagens =

representação matricial (“raster”);

mapas de pixels = arranjos retangulares de

pixels;

mapas de bits = mapas de pixels com 1

bit/pixel.

Processamento de imagem

Características dos formatos de arquivos de imagens:

número de cores suportadas;

resoluções;

popularidade;

grau de compressão.

Processamento de imagem

Exemplos de formatos de imagens - nível de pixels:

Formato PCX: padrão de muitos aplicativos

DOS.

Formato GIF: padrão de intercâmbio de

imagens.

Formato BMP: padrão do Windows.

Formato TGA: padrão das placas Targa.

Processamento de imagem

Exemplos de formatos de imagens - nível de pixels:

Formato TIFF: padrão independente de

fabricante.

PCD: usado em Photo-CD, com múltiplas

resoluções.

Formato JPG: imagem no padrão JPEG.

Formato PNG: alternativa ao GIF para

distribuição de imagens comprimidas sem

perdas.

Operações sobre imagens

Tipos de operações de processamento digital da imagem:

processamento no domínio espacial:

operações feitas sobre os pixels separados;

processamento no domínio da frequência:

requerem a análise de áreas contíguas de

imagem.

Operações sobre imagens

Processamento no domínio espacial:

armazenamento e recuperação de imagens;

recorte, cópia e colagem de áreas de imagens;

conversão de formatos de imagem;

conversão de modelos de cor e separação de

cores;

combinação de imagens (composição);

retoque de imagens;

pintura sobre imagens;

redução de resolução e cores.

Operações sobre imagens

Processamento no domínio da frequência:

mudança de escala e rotação de

imagens;

transformação e distorção de imagens

(ótica digital);

filtragem, suavização e realce de

imagens;

compressão de imagens.

Existem, basicamente, dois tipos de imagens:

Geradas por Computador (Gráficos).

Armazenadas (e transmitidas) como um conjunto de

instruções (formato de programa) que geram a

imagem, ao invés de um formato de matriz de pixels

Quando uma imagem é transmitida no formato de

programa, algum esquema de compressão sem

perdas tem que ser utilizado.

Compressão de imagens

Imagens Digitalizadas (Fotos escaneadas, etc.).

Armazenadas em formato matricial (pixels).

Dois métodos de compressão (padronizados) básicos

são utilizados:

Combinação de codificação estatística e por repetição de

série (run-length) - Compressão sem perdas de documentos

digitalizados.

Combinação de codificações por transformadas, diferenças

e por repetição de série (run-length) - Caso genérico.

Compressão de imagens

Compressão: Função realizada sobre dados antes da

transmissão.

Codificador da Origem (Source Coder)

Decodificador do Destino (Destination Decoder)

Usada para reduzir o volume de informação a ser

transmitida ou reduzir a banda passante necessária para

transmissão dos dados.

Tipos: Compressão com perdas e sem perdas.

Compressão de imagens

Compressão Com Perdas e Sem Perdas

Compressão sem perdas:

busca reduzir a quantidade de informação,

no destino uma cópia exata dos dados originais é recuperada, a

compressão é reversível.

Transferência de texto, arquivos binários, etc.

Compressão com perdas:

busca permitir a recuperação de uma versão dos dados originais

que são percebidos pelo usuário como sendo parecidos o suficiente

com o original.

Transferência de imagens digitais, áudio, vídeo, pois o olho e ouvido

humanos não são capazes de perceber pequena perda de qualidade

no sinal.

Compressão de imagens

Compressão de imagens

Compressão sem perdas:

técnicas genéricas:

ZIP, ARC, GZ;

codificação entrópica:

códigos de Huffman;

Codificação Estatística

Modelos de codificação utilizam o mesmo número de bits

por valor (exemplo: ASCII).

Alguns símbolos aparecem com maior freqüência que

outros.

Símbolos que aparecem com maior freqüência podem usar

menos bits que aqueles que aparecem com menor

freqüência.

Num texto a letra A aparece com maior freqüência (probabilidade)

que a consoante ‘P’, que aparece com maior freqüência que ‘Z’…

Utiliza-se uma codificação com número de bits variável, de modo

que na média se necessita menos bits para codificar o mesmo

conteúdo.

Compressão de imagens

Compressão de imagens

Compressão com perdas:

detalhes que a visão humana não percebe,

ou percebe apenas com dificuldade;

taxa de perda é um parâmetro da

compressão:

quanto maior a perda admitida, maior

compressão se consegue.

Compressão de imagens

Compressão com perdas - algoritmos:

transformação da imagem para uma forma de

espectro:

quadro é dividido em blocos;

para cada bloco, os valores dos pixels são traduzidos

em matriz de distribuição de energia;

Compressão de imagens

Compressão com perdas - algoritmos:

coeficientes da matriz são truncados:

natureza da transformada produz muitos coeficientes

próximos de zero;

em seguida, são codificados através de

algoritmo de compressão de dados.

Compressão de imagens

A compressão JPEG:

Obtenção do espectro bidimensional da

imagem:

baseado na Transformada Discreta de Cossenos

(DCT).

Truncamento dos componentes do espectro.

Codificação entrópica dos componentes.

Compressão de imagens

Obs.: Não faz sentido falar em “uma imagem TIFF” e “uma imagem GIF”, como imagens diferentes.

GIF (Graphics Interchange Format)

Permite codificação de imagens com 24 bits por pixel (8

para cada componente RGB), embora o formato selecione

as 256 (do conjunto de 224) cores que melhor

representam aquelas presentes na imagem.

A lista de 256 cores resulta numa tabela de cores, cada

entrada contendo um valor de 24 bits de cor.

Compressão de imagens

TIFF (Tagged Image File Format)

Suporta resolução de pixels de até 48 bits (16 bits para

cada componente RGB).

Desenvolvido tanto para envio de imagens como de

documentos digitalizados.

A imagem pode ser armazenada em 5 modos distintos,

sendo o modo 1 completamente sem compressão e o modo

5 um modo comprimido através de codificação LZW.

Os modos 2, 3 e 4 são utilizados para codificação de

documentos digitalizados, com algoritmos similares àqueles

utilizados por máquinas de facsimile.

Compressão de imagens

JPEG (IS 10918) - Joint Photographic Experts Group

Padrão para compressão e armazenamento de imagens

desenvolvido por especialistas do ITU, ISO e IEC.

Define vários modos de compressão, um para cada tipo de

aplicação considerada.

Compressão sem perdas

Compressão com perdas

Compressão Sequencial com Perdas (lossy sequential mode

também conhecido como baseline mode) - tipo de compressão

mais adequada para multimídia, já que é o modo indicado para

compressão de imagens digitalizadas, tanto coloridas como

monocromáticas.

Compressão de imagens

BIBLIOGRAFIA E SITES CONSULTADOS

Paula Filho, W. de P., Multimídia: Conceitos e Aplicações, LTC Editora, 2011.

Vaughan, T., Multimedia Making it Work, McGraw-Hill, 2001.

Gibson, J. D., Berger, T., Lindbergh, D., Digital Compression for Multimedia: Principles and

Standards, Morgan Koufman, 1998.

Kerlow, I. V. The Art of 3-D Computer Animation and Imaging, John Wiley & Sons, 1996;

Kristof, R., Satran, A. Interactivity by Design : Creating & Communicating With New Media,

Hayden Books, 1995;

Vaughan, T., Multimídia na Prática, Makron Books, 1994.

http://members.fortunecity.com/andreia_bolsoni/texto.htm

http://oficina.cienciaviva.pt/~pw020/g3/historia_e_evolucao_dos_computad.htm

https://sites.google.com/a/aedu.com/alaor/sistemaseaplicacoesmultimidia

http://www.fortium.com.br/faculdadefortium.com.br/marcelo_bastos/material/Arquitetura%2

0de%20Computadore%201%20e%202-1.pdf

http://www.tecmundo.com.br/9421-a-evolucao-dos-computadores.htm