L'IMMAGINE DIGITALE 
 
(SEGUITO - PAG.2/3)
 
 

Un'immagine simile a quella della figura 2B è stata qui schematizzata come una specie di scacchiera. Ciascuna casella può assumere un certo numero di valori tra lil nero e il bianco. E' la scala dei grigi. Qui vi sono venti caselle. Se ciascuna può assumere 16 valori di grigio, si devono gestire (20 x 16 = )320 informazioni. 

 

La quantità di misurazioni che si devono gestire varia sia in funzione del numero di aree elementari che si trovano in ciascuna immagine, sia in funzione del numero di valori che può assumere ciascuna misurazione. Qui sopra, le caselle sono state ridotte da 20 a 9. Il numero di informazioni (sempre con una scala di 10 valori di grigio) diviene 60 al posto di 320, ovvero circa 5 volte di meno. 

 
 

Quindi, la quantità di informazioni scende anche se (a parità di numero di aree) si riduce la scala dei grig(=valori di grigio per area). Se si usa una risoluzione di 20 pixel (=20 caselle) con solo 3 valori di grigio (0,1,2) ecco che il numero massimo di informazioni da gestire scende anche qui a 60 anzichè a 320. Aumentando il numero di grigi, la quantità di informazioni aumenta enormemente. 

 
 

   

Il professionista della grafica  -non lo si ripete mai abbastanza- deve fare attenzione a diversi parametri, e non concentrarsi (è un'errore molto comune) solo sulla risoluzione ( o definizione) pura e semplice. 
Il sistema televisivo PAL prevede l'uso di una risoluzione verticale di 625 linee, ma non tutte sono usate effettivamente dall' immagine vera e propria. La risoluzione orizzontale tipica del PAL potrebbe teoricamente aggirarsi sulle 800 linee; infatti, avendo il teleschermo attuale una forma 4:3, si ha che 3:625=5:833. Ma in pratica, sia la risoluzione verticale che quella orizzontale non possono essere usate per intero, in quanto occorre trasportare anche altri dati, e considerare dei tempi morti che vi sono tra una riga e l'altra (portano via risoluzione orizzontale), e tra un'immagine e la 
successiva (portano via risoluzione verticale). In pratica, viene considerata ottimale un'immagine digitale che (nel caso del PAL) trasporti una risoluzione verticale di 576 linee e una orizzontale di 720-760 linee. A questi livelli non va persa nessuna informazione relativa all'immagine vera e propria. 

Uno standard dominante per la digitalizzazione dell'immagine in studio televisivo, è basato sulla misura di 576 aree in senso verticale, e 720 in senso orizzontale. Quindi, si dovrebbero misurare oltre 400.000 aree per ciascuna immagine. In effetti oggi vi sono dei sensori in grado di avvicinarsi a questa risoluzione. Nelle comuni videocamere i sensori (magari da 470.000 elementi ciascuno) sono distribuiti nei diversi colori, ma nelle videocamere professionali (che fanno uso di 3CCD, uno per ciascun colore primario, rosso, verde e blù) la risoluzione può essere completa. 

Qui siamo arrivati ad un punto cruciale: non ostante si sia eliminata parte della risoluzione teorica (si è passati ad esempio da 625 linee a 576) per ciascuna immagine si è ad oltre 400.000 elementi, che (per 25 immagini) fanno oltre 10 milioni di elementi per ciascun secondo di programma. Una bella cifra, che richiederebbe una velocità di trasmissione, di trasferimento enormi; e una capacità del disco o del nastro tali da mettere in crisi anche i supporti più moderni. A questi livelli un CD-ROM (l’equivalente informatico “di riferimento” del compact disc audio) potrebbe contenere meno di mezzo minuto di immagini. 
C’è una tecnologia che aleggia su tutto il mondo digitale, quello della compressione dei dati, dove oggi si stanno facendo dei veri miracoli. Ma prima di entrare in questo argomento, voglio richiamare la vostra attenzione su alcuni aspetti della digitalizzazione in generale, e che poi diverranno utili. 
Si è già accennato in un precedente capitolo al fatto che le misurazioni devono essere molto frequenti, perché si evitino delle grosse cantonate. Osserviamo la figura 5. Si vede che un basso numero di misurazioni porta a conservare un'immagine errata: qui c'è un bastone che non viene "visto" perchè cade tra una misurazione e l'altra. Aumentando il numero delle misurazioni quel bordo scuro invece viene letto. Ma non si può aumentare indiscriminatamente il numero di misurazioni, perchè aumenterebbe enormemente la massa di dati da conservare. Con più informazioni sullo stesso supporto, ci starebbe meno qualità o meno durata del programma registrabile. Da qui l'interesse per il numero minimo di misurazioni che possa raccogliere tutta l'informazione dell'immagine. Si incontra qui la legge di Shannon: dice che la frequenza delle misurazioni dev' essere doppia rispetto  alla massima frequenza che si vuol conservare. In ciascuna immagine l'andamento della luminanza (delle letture che rivelano la differenza di ciascun elemento tra il bianco e il nero) può essere rappresentata come un'onda, e quindi come una frequenza. Ebbene, la legge di Shannon ci dice che per raccogliere le informazioni corrispondenti ad una certa frequenza, occorre un numero di misurazioni al secondo (=ovvero una frequenza di misurazioni) che sia almeno doppio. Quindi, servono 1000 misurazioni al secondo per un segnale video che porta 500 variazioni di luminosità al secondo, 50.000 misurazioni al secondo per un segnale che trasporta 25.000 variazioni al secondo. E' importante notare che la legge di Shannon vale anche per l'audio: per offrire una risposta in frequenza che arrivi a 20.000 Hz, occorrono almeno 40.000 misurazioni al secondo. Ed in effetti i convertitori per i compact disc  utilizzano delle frequenze di misurazione (o di  "campionamento",  parola equivalente di "misurazione") superiori a questo valore. Anche le piste audio digitali (es.,le piste dell' 8mm) cadono sotto la legge di Shannon, e "misurano" il segnale audio letto dal microfono con una frequenza almeno doppia rispetto alla frequenza audio massima stabilita dallo standard. L'estensione sugli acuti nel compact disc è di 20.000 Hz, e quindi  il numero di campionamenti tipici del CD è di oltre 40.000 Hz  (ovvero, oltre 40.000 misure al secondo).

 
 

 

         
  nota 
 
LINEE E RISOLUZIONE 
 
 
 

La “risoluzione” corrisponde alla possibilità di “discernere” due punti o linee vicine tra di loro. Ad esempio, un’immagine stampata a bassa risoluzione permette di distinguere delle linee poste ad un millimetro l’una dall’alta, ma non le linee poste ad un decimo di millimetro. 
Per misurare la risoluzione di un sistema, si usano delle linee convergenti, che divengono sempre più piccole e meno distanti l’una dall’altra (vedi figura). Si osserva il punto in cui esse possono essere ancora distinte l’una dall’altra, e si conta (in corrispondenza di questo punto) quante linee con questo spessore e questa vicinanza stanno in un pollice. Si dice allora che quel sistema è in grado di riprodurre queste linee per pollice. Immaginiamo ad esempio di inquadrare un cartello come quello in figura, di registrare l’immagine e di visualizzarla su un teleschermo. Immaginiamo che sullo schermo si riescano a distinguere le linee fino a dove (sul cartello) vi sono 5 linee per pollice. Si può allora dire che quel sistema (=complesso telecamera più videoregistratore più nastro più lettore più TV) è in grado di riprodurre 5 linee per pollice. Notate che non ha importanza quante linee per pollice vi sono sullo schermo, ma il punto in cui (sul cartello originario) si potevano contare 5 linee per pollice. In altre parole, si deve osservare sullo schermo il punto in cui le linee divengono confuse, e sul cartello originario si deve contare il numero di linee in quel punto. 
Nella pratica televisiva, non si misura la risoluzione in punti per pollice, ma la si esprime in linee o punti, intendendo per questo numero quante linee (o punti) si vedono per tutta la larghezza o l’altezza dello schermo. Ad esempio, con un complesso come quello descritto si possono visualizzare sullo schermo 400 linee in tutta la larghezza dello schermo; se le linee aumentano, non si vede più nulla. Allora si dice che vi è una risoluzione orizzontale di 400 linee. Si può anche osservare che con lo stesso sistema si riescono a discernere più di 400 linee lungo un lato dello schermo. Se si osserva il punto in cui esse iniziano ad essere confuse, e si contano, ecco che può apparire che quel sistema ha una risoluzione lungo un lato di 570 linee. In questo caso, si dice che il sistema ha una risoluzione orizzontale di 400 linee, e una verticale di 570. 
In pratica, la risoluzione verticale è definita dallo standard televisivo (es dal PAL) e quando non si specifica altro, si fa riferimento alla risoluzione orizzontale. 
Anche qui, sarebbe indaginoso vedere sullo schermo il punto in cui le linee sono ancora distinte, e andare sul cartello, riconoscere quel punto, e contare quante linee con quelle dimensioni starebbero lungo il lato. 
Per facilitare le cose, su questo genere di cartelli si stampano dei numeri che corrispondono al numero di linee che stanno in tutto quel lato, con le dimensioni che si ritrovano ad avere in quel punto. Quindi, solo guardando il teleschermo si ha un’idea di qual’è la risoluzione. Basta leggere il numero stampato accanto al punto in cui iniziano a confondersi.  Ricordate che queste sono le linee di risoluzione per tutto lo schermo, e non quelle per pollice, come si usa nelle immagini su carta o su computer. 
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Accanto alle linee convergenti vi è  un numero: quello  del numero di linee che (a quelle dimensioni) stanno in un lato. Quindi, si guarda fin dove si vedono separate, e si ha il numero di linee orizzontali o verticali di massima risoluzione.