Aula 6 - SAM - Imagens

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Aula 6 - SAM - Imagens

  1. 1. Sistemas e Aplicações Multimídia
  2. 2. 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.
  3. 3. 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.
  4. 4. Contatos: Prof. Guilherme Nonino Rosa guinonino@gmail.com http://guilhermenonino.blogspot.com
  5. 5. PLANO DE ENSINO E APRENDIZAGEM
  6. 6. 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
  7. 7. 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.
  8. 8. 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
  9. 9. 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.
  10. 10. Semana n°. Tema 17 Vídeos. 18 Prova Escrita Oficial 19 Exercícios de Revisão. 20 Prova Substitutiva.
  11. 11. 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.
  12. 12. 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>.
  13. 13. 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)
  14. 14. 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.
  15. 15. 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.
  16. 16. IMAGENS
  17. 17. IMAGEM Representação Digital de Imagens
  18. 18. Representação digital de imagens  A resolução espacial da visão é o parâmetro que mede quantos pontos diferentes o olho pode distinguir em uma imagem.
  19. 19. 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
  20. 20.  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
  21. 21.  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
  22. 22.  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
  23. 23.  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
  24. 24.  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
  25. 25.  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
  26. 26.  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
  27. 27.  O sistema subtrativo (CMY): Representação digital de imagens
  28. 28.  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
  29. 29.  O sistema HLS:  Hue - matiz  Luminance - luminância  Saturation - saturação  usado para especificação de cor por usuários humanos Representação digital de imagens
  30. 30.  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
  31. 31.  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
  32. 32.  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
  33. 33.  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
  34. 34.  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
  35. 35.  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
  36. 36.  O modelo CIE (XYZ) de cores Representação digital de imagens
  37. 37.  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
  38. 38.  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
  39. 39. 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
  40. 40. 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
  41. 41. 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
  42. 42. 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
  43. 43. Sistema de Cor Verdadeira Codificação das cores
  44. 44. 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
  45. 45. Sistema de Paleta Codificação das cores
  46. 46. 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
  47. 47. TIFF(simulação em JPEG de alta qualidade) GIF sem dithering (Tamanho: 02 Kb) GIF com dithering Tamanho: 08 Kb Codificação das cores
  48. 48. 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
  49. 49. 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
  50. 50.  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
  51. 51.  Exemplos de dispositivos de cópia permanente: traçadores de gráficos; impressoras; registradores de filme; gravadores de vídeo. Dispositivos gráficos
  52. 52.  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
  53. 53.  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
  54. 54.  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
  55. 55.  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
  56. 56.  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
  57. 57.  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
  58. 58.  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
  59. 59. Dispositivos de entrada gráfica  Bidimensionais  Tridimensionais Dispositivos de Entrada Gráfica
  60. 60. Scanner de Toque com Braço Mecânico Scanner 3D a Laser
  61. 61. Processamento de imagem
  62. 62. 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.
  63. 63. Processamento de imagem  Características dos formatos de arquivos de imagens:  número de cores suportadas;  resoluções;  popularidade;  grau de compressão.
  64. 64. 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.
  65. 65. 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.
  66. 66. 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.
  67. 67. 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.
  68. 68. 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.
  69. 69.  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
  70. 70.  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
  71. 71.  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
  72. 72. 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
  73. 73. Compressão de imagens  Compressão sem perdas: técnicas genéricas: ZIP, ARC, GZ; codificação entrópica: códigos de Huffman;
  74. 74. 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
  75. 75. 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.
  76. 76. 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;
  77. 77. 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.
  78. 78. 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.
  79. 79. Compressão de imagens Obs.: Não faz sentido falar em “uma imagem TIFF” e “uma imagem GIF”, como imagens diferentes.
  80. 80. 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
  81. 81. 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
  82. 82. 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
  83. 83. 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

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