Conceitos de Imagem digital

::capítulo 1
o fenómeno da imagem digital

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o fenómeno da imagem digital
temas principais a abordar
ao longo das aulas teóricas iniciais, iremos compreender melhor:

• como se processa a aquisição e o tratamento de imagens digitais estáticas;
• o que é a resolução de uma imagem;
• compressão e formatos de imagem;
• modos e modelos de cor.

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compreendamos o fenómeno digital
introdução
não adianta só perceber bem como funciona uma aplicação de
edição de imagem, quando não compreendemos verdadeiramente
o que se passa no nosso mundo, analógico, para então sim, fazer a ponte para o lado
mágico da imagem digital.

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a luz no mundo analógico...
a cor nasce da luz... passos a explicar:

Numa famosa experiência conduzida
num quarto da casa de sua mãe, Newton
improvisou uma câmara escura isolando
todas entradas de luz à excepção de um
pequeno orifício;

Conduzida por um estreito feixe, a luz
era constrangida para um prisma que
dividia a luz num pequeno leque de
cores semelhante ao que vemos num
arco-íris;

Newton tinha descoberto que a luz do
sol é composta por todas as cores e
que cada cor é na realidade luz!

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a luz no mundo analógico... | o que é a cor?
Um objecto deve a sua cor à capacidade de a sua matéria absorver determinadas cores,
rejeitando outras num fenómeno a que se chama reﬂexão

É precisamente a luz reﬂectida pelo objecto que chega ao sistema ocular, que e é
responsável pela sensação da cor

Após o decisivo empurrão de Newton, outros cientistas descobriram que a luz visível faz
parte de um vasto conjunto de partículas que viajam à velocidade da luz descrevendo um
percurso ondulatório - ondas hertezianas

O que distingue uma onda de luz vermelha de uma azul é o mesmo que separa as ondas
rádio das de luz visível, o comprimento de onda.

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O nosso sistema ocular apenas é sensível a uma pequena banda em todo o espectro
electromagnético. Mais precisamente o espectro de luz visível é composto pelas
partículas de luz que oscilam em ondas que medem entre 0,0004 milímetros e os 0,0007
milímetros. Ou mais usualmente, a luz com um comprimento de onda entre os 400 e os
700 nanómetros.

12


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Ondas hertezianas... ok, mas como é que viajam e se propagam essas ondas?

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analógico vs digital
• A informação pode ter uma natureza analógica ou digital;
• Dizemos que um relógio de corda ou o negativo de uma foto é analógico;
• Em contrapartida um relógio electrónico ou uma foto do telemóvel é digital;
• No primeiro, é impossível conhecer com rigor o segundo que o relógio marca,
porque o ponteiro desloca-se entre dois segundos de uma forma continua;

• No mostrador do relógio electrónico apenas pode ser mostrado um segundo de
cada vez;

• Então, a diferença entre a natureza analógica e a digital é que, na primeira
todas as situações são intermédias, na última, pelo contrário toda a
realidade mostra-se compartimentada e deﬁnida. Assim, no digital não há
meio termo, apenas se admite que a porta esteja aberta ou fechada, mas
nunca ambas. No analógico podemos dizer que a porta está entreaberta.

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• A informação pode ter uma natureza analógica ou digital;
• Dizemos que um relógio de corda ou o negativo de uma foto é analógico;
• Em contrapartida um relógio electrónico ou uma foto do telemóvel é digital;
• No primeiro, é impossível conhecer com rigor o segundo que o relógio marca,
porque o ponteiro desloca-se entre dois segundos de uma forma continua;

• No mostrador do relógio electrónico apenas pode ser mostrado um segundo de
cada vez;

• Então, a diferença entre a natureza analógica e a digital é que, na primeira
todas as situações são intermédias, na última, pelo contrário toda a
realidade mostra-se compartimentada e deﬁnida. Assim, no digital não há
meio termo, apenas se admite que a porta esteja aberta ou fechada, mas
nunca ambas. No analógico podemos dizer que a porta está entreaberta.

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analógico vs digital | mundo analógico
medidas físicas que variam continuamente no tempo e/ou no espaço contínuos em todo o
espectro de medidas

exemplos de grandezas analógicas

• intensidade eléctrica
• temperatura
• pressão
• humidade

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analógico vs digital | mundo digital
sequência de valores codiﬁcados em formato binário, dependentes do tempo ou do
espaço, que resulta da transformação de um sinal analógico;

variam de forma discreta (descontínua), de acordo com valores binários, ao longo do
tempo/espaço

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analógico vs digital | vantagens do digital
• Maior precisão
• Armazenamento eﬁciente
• Transferência rápida
• Replicação absoluta sem restrições
• Compressão
• ...

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aquisição (digitalização) da informação
existem 3 fases essenciais no processo de transformação de um sinal (imagem) analógica
em digital:

1. amostragem

2. quantização

3. codiﬁcação

!

20

aquisição (digitalização) da informação | o CCD
Uma matriz de CCD (Charge Coupled Device) é constituída por pequenas células
fotoeléctricas que retêm informação da intensidade de luz que lhes atinge (número de
fotões integrado no tempo);

A organização em matriz rectangular permite identificar a localização espacial das várias
células e posteriormente quantificar a intensidade de luz armazenada individualmente;

Este processo transforma cada célula em unidades de imagem ou picture elements
(pixels);

O valor atribuído a cada pixel da imagem final está directamente relacionado com a
intensidade de luz que a respectiva célula fotoeléctrica registou durante a exposição ao
elemento a registar.

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22


!

23


! ! !

! ! !

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exercício ?
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digital | exercício

Como representar esta linha
analógica num média digital?!

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1 0 0 0 0 0

0 1 0 0 0 0

0 0 1 0 0 0

0 0 0 1 0 0

0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 0 1

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Criando um sistema de coordenadas
A B C D E F (X,Y), esta linha poderia ser
facilmente armazenada num
1 1 0 0 0 0 0 dispositivo digital!
2 0 1 0 0 0 0
Ex. A:1,0,0,0,0,0; B:0,1,0,0,0,0 ...
3 0 0 1 0 0 0
4 0 0 0 1 0 0
5 0 0 0 0 1 0
6 0 0 0 0 0 1

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digital | representação da informação
Ao desenharmos num papel uma diagonal, estamos perante um desenho
analógico. Por mais que ampliemos a diagonal nunca encontraremos uma unidade
que forme aquela recta...

A sua correspondente digital possui sempre uma unidade, conduz-nos sempre à
possibilidade de codiﬁcação binária!

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pixel - o elemento mínimo de informação

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Uma imagem digital é constituída por
pontos, ou mais correntemente, por
pixels (picture element);

O pixel é um conceito simbólico mas
pode assumir a forma de um
quadrado (maior ou mais pequeno)
para melhor compreensão;

Não existe na imagem qualquer
elemento que possua um maior !
detalhe do que ele;

Digamos que o pixel é a unidade com
a qual todas as formas da imagem se
formam!

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Assim, se ampliarmos consecutivamente uma imagem digital num programa de tratamento
de imagem, iremos ver algo semelhante a esta ﬁgura:

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pixel | a resolução
A qualidade (em termos de detalhe) da imagem digital depende do número de pontos,
pixels, que encontremos numa superfície definida. A esta medida chamamos de
resolução, que se traduz por um rácio (uma relação), e não por um valor absoluto. Por
este motivo, deve ser definida como uma densidade;

É comum a resolução ser expressa em DPI (dots per inch) ou em português PPP (pontos
por polegada);

Cada imagem possui apenas uma resolução para toda a sua área, mas diferentes imagens
podem e têm uma resolução diferente;

Podemos então definir a resolução de uma imagem como o número de pontos ou pixels
que ela contém numa polegada. Por inerência quanto maior for, maior será a qualidade
da imagem e o seu detalhe. A dimensão do pixel será por sua vez mais reduzido, uma vez
que na mesma superfície encontramos mais pontos.

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272 × 416 136 × 208 68 × 104

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pixel | a resolução | tamanhos standard de matrizes de pixels
Os pixéls dum monitor de 17 polegadas com resolução 800×600 são maiores que os de
um monitor do mesmo tamanho com resolução 1024×768! Imagine portanto o tamanho de
cada pixel num monitor ou televisão FULL-HD (1920x1080)!

Eis alguns tamanhos padrão da matriz que poderemos usar (largura x altura)

4 por 3 (ecrã) 16 por 9 / wide / panorâmicos (ecrã)

• 800x600 (4-3); • 1280×720;
• 1024x768 (4-3); • 1920x1080;

Dependendo do média onde a imagem será apresentada, deveremos ter o cuidado de
especiﬁcar coerentemente a resolução:

• ecrã de computador (apresentações, webpages, etc.) >> 72 dpi
• impressão em papel >> 300 dpi

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Os pixéls dum monitor de 17 polegadas com resolução 800×600 são maiores que os de
um monitor do mesmo tamanho com resolução 1024×768! Imagine portanto o tamanho de
cada pixel num monitor ou televisão FULL-HD (1920x1080)!

Eis alguns tamanhos padrão da matriz que poderemos usar (largura x altura)

4 por 3 (ecrã) 16 por 9 / wide / panorâmicos (ecrã)

• 800x600 (4-3); • 1280×720;
• 1024x768 (4-3); • 1920x1080;
Dependendo do média onde a imagem será apresentada, deveremos ter o cuidado de
especiﬁcar coerentemente a resolução:

• ecrã de computador (apresentações, webpages, etc.) >> 72 dpi
• impressão em papel >> 300 dpi

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exercício ?
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pixel | a resolução | exercício 1/2
Imagine que um amigo seu lhe envia uma fotograﬁa das férias copiada directamente da
máquina fotográﬁca digital... como agora anda entusiasmado(a) com os conceitos de
imagem digital, daí a ir saber mais sobre a mesma foi um ápice. Com base na informação
apresentada, consegue calcular quantos megapixels teria o CCD da máquina do seu
amigo?

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pixel | a resolução | exercício 2/2
Imaginando agora que o ﬁcheiro era-lhe enviado em formato bitmap sem qualquer
compressão, e sabendo que a profundidade de cor seria de 24bit, qual seria o tamanho
aproximado do ﬁcheiro enviado? (hipótese meramente académica!...)

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pixel | a resolução | qualidade da imagem
resolução espacial e resolução tonal ou de cor (ou ainda profundidade de cor), são os
dois parâmetros fundamentais em termos de identiﬁcação de qualidade técnica de uma
imagem digital:

• o primeiro dita a quantidade de pixels que é utilizado para registar
morfologicamente um determinado elemento de imagem por unidade de
medida. Quanto maior este valor mais rigor existe no registo morfológico digital
do correspondente elemento analógico;

• o segundo parâmetro está associado à qualidade com que é registada a cor em
cada ponto discreto da imagem digital. Quanto maior a escala de
representação mais rigor existirá na representação discreta da cor especíﬁca
de cada ponto de imagem.

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formatos e compressão

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compressão
Parece obvio agora que quanto maior for a resolução de uma imagem digital, maior será o
tamanho que esta ocupará em memória ou quando armazenada em qualquer suporte...

Para dar a volta a este fenómeno, existem diversos algoritmos de compressão que
vieram de forma transparente ao utilizador, facilitar-lhe a vida no momento de armazenar
as suas fotos!

Imagine-se um lindo dia de céu limpo. Nós sabemos que este é composto por dezenas ou
centenas de variações de tons de azul e branco. Mas, se nós acreditamos que o céu é
limpo, porquê representar TODOS os tons de azul de forma completamente exacta?

Então, a matriz de armazenamento da imagem não conterá exactamente todos os tons
desse azul, mas apenas o principal, e os que apresentam maior contraste. Os que ﬁcam
demasiado próximos entre si, são assumidos pelo algoritmo como sendo iguais,
poupando-se assim memória.

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compressão

! !

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tipologia de ﬁcheiros de imagem
Existem dois tipos de ﬁcheiros de
imagem essenciais

1. bitmap ou raster

2. vectoriais

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tipologia de ﬁcheiros de imagem | bitmap/raster
tratam-se de imagens formadas por pixels (pontos) de uma determinada dimensão
(resolução) e com um determinado valor cromático.

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tipologia de ficheiros de imagem | bitmap/raster
as imagens bitmap ou raster quando comparadas com as imagens vectoriais:

• por serem baseados na informação acerca de cada pixel que compõe a
imagem, ocupam mais espaço de armazenamento;
• perdem qualidade ao serem ampliadas;
• não têm a possibilidade de isolar objectos;

os formatos mais conhecidos deste tipo de imagem são:

• JPEG - usado extensivamente em fotografia; usa compressão com perda de
informação; a qualidade pode variar imenso dependendo das definições de
compressão;
• PNG - bitmap comprimido sem perdas de informação, designado para substituir
o uso de GIF na web;
• BMP - Windows Bitmap (formato predefinido do famoso Paint);
• GIF - usado extensivamente na web; suporta imagens animadas, 8 bits de cor
e transparência (alpha).

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tipologia de ﬁcheiros de imagem | vectorial
Uma imagem vectorial é composta por curvas, elipses, polígonos, texto, entre outros
elementos, utilizando assim vectores matemáticos para a sua descrição.

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tipologia de ficheiros de imagem | vectorial
as imagens vectoriais:

• por serem baseados em vectores, esses gráficos são geralmente mais
“leves” (ocupam menos espaço de armazenamento);

• não perdem qualidade ao serem ampliadas;
• possibilidade de isolar objectos e zonas, tratando-as independentemente;
os formatos mais conhecidos deste tipo de imagem são:

• SVG – Padrão para gráficos vectoriais recomendado pela W3C;
• CDR - Formato proprietário da Corel;
• AI – Formato Adobe Illustrator;
• EPS – Encapsulated PostScript;
• WMF – Windows Meta File (Meta-arquivo do Windows).

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o contraste

51

o contraste
Reﬂecte a capacidade dos sistemas de detecção e registo de imagem conseguirem
distinguir entre a intensidade de luz de dois pontos vizinhos;

Os sistemas de captura digitais não são muito bons a distinguir vários níveis de
intensidade de luz. Com gamas dinâmicas baixas, as sombras podem perder detalhe e as
zonas saturadas do objecto a registar transformam-se em manchas uniformes na imagem
digital ﬁnal.

!

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o contraste
Um dos instrumentos de análise do tratamento de imagem é o contraste;

O contraste deﬁne a diversidade de tons, e como se distribui a luminosidade numa
imagem;

Uma imagem, a não ser que o pretendamos, não deve ter muito nem pouco contraste;

Tanto as imagens que apresentam muito contraste como as de pouco contraste participam
de uma reduzida diversidade de tons, são constituídas por um número de pixels diferentes
muito reduzido.

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o contraste | tipos de contraste
No entanto na imagem com elevado contraste os poucos tons que a deﬁnem são opostos
em luminosidade, próximos do branco e do negro.

Ao contrário da última, na imagem com pouco contraste os pixels que a deﬁnem
apresentam tons muito próximos e semelhantes.

Deveremos manipular a imagem até encontrarmos um bom nível de contraste (rico), que
não é muito elevado, nem muito reduzido. Apenas essa imagem exibe uma grande
variedade e riqueza de tons entre as formas e os seu elementos.

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Sempre que aumentamos o contraste a uma imagem, o número de pixels próximos do
negro e do branco aumenta.
Podemos aﬁrmar que os pixels que assumiam tons intermédios diminuem.

Por outro lado, o número de intermédios aumenta sempre que reduzimos o contraste a
uma imagem, já que estaríamos a escurecer tons próximos do branco e a tornar mais
luminosos os tons muito escuros.

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o contraste | o histograma
O histograma é um gráﬁco que cruza o
número de pixels com os níveis de
luminosidade de uma imagem;

Mostra a distribuição dos valores de pixels
numa imagem;

é a medida de contraste de uma imagem.

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exercício ?
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o contraste | tipos de contraste - acertou?

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a profundidade de cor / resolução tonal

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a profundidade de cor (resolução tonal)
A profundidade de cor é independente da resolução e deﬁne-se pela quantidade de cores
que um pixel numa imagem pode assumir.

Como unidade de medida usamos a memória atribuída a cada pixel e que será usada para
lhe conferir uma cor.

Sabemos da informática que um byte é constituído por 8 bits. O bit (binary digit) só pode
assumir 2 valores, 0 ou 1. Com 8 bits podemos construir 256 combinações de 0s e 1s.
Desta forma um byte não é mais do que um número entre 0 e 255.

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a profundidade de cor (resolução tonal) | 2 níveis (1 bit)

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a profundidade de cor (resolução tonal) | 16 níveis

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a profundidade de cor (resolução tonal) | 256 níveis (8 bit)

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a profundidade de cor (resolução tonal) | 16M níveis (24 bit)

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a profundidade de cor (resolução tonal)
Uma imagem que use 1 byte de memória para deﬁnir cada um dos seus pixels terá uma
profundidade de cor de 1 byte. Será igualmente correcto dizer que a sua profundidade de
cor é de 8 bits ou ainda de 256 cores!

tipos de imagens comuns espaço ocupado

preto e branco (bitmap) 1 bit

256 escalas de cinza 1 byte ou 8 bits

256 cores 1 byte ou 8 bits

milhares de cores 2 byte ou 16 bits

milhões de cores 4 byte ou 24 bits

milhões de cores + máscara (alpha) 5 byte ou 32 bits

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formação da cor | os modelos

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formação da cor | os modelos
Existem DIVERSOS modelos de cor... os mais conhecidos são:

• modelo aditivo (RGB)
• modelo subtractivo (CMYK)
• modelo HSB (ou HSL)

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formação da cor | os modelos | aditivo - RGB
RGB red, green, blue
cores primárias aditivas

uma cor particular pode ser descrita pelas
proporções de vermelho, verde e azul que
contêm;

produção da cor pela adição de intensidade de
cores primárias;

cada cor é representada por 3 valores de R, G e B
por exempo (100%, 0%, 0%) ou (255, 0, 0);

modelo mais importante de representação da cor
no contexto do multimédia;

corresponde à forma como a cor é produzida e
mostrada nos monitores e detectada pelos
scanners

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formação da cor | os modelos | aditivo - RGB

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formação da cor | os modelos | HSB (ou HSL)
HSB
Hue, Saturation, Brightness

Este modelo produz a cor através da
especiﬁcação da:

hue: espectro cromático (ou roda da
cor) - medido em graus (º);

saturation: quantidade de cinza na cor
(concentração) - medida em
percentagem;

brightness: nível de luminosidade (do
preto ao branco) - medida em
percentagem.

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formação da cor | os modelos | CMYK
CMYK
cyan, magenta, yellow + black
cores subtractivas

o K adicional no modelo de cor CMYK permite
apresentar pretos e cinzentos mais puros do
que a combinação de CMY (3 cores juntas
nunca dão um preto puro); Y

a cor é produzida pela subtracção de M
K
intensidade de cor complementares;

modelo utilizado na impressão;

o papel reﬂecte a luz -> para imprimir uma C
determinada cor numa folha de papel branca
deve-se aplicar uma tinta que subtraia (absorva)
todas as cores excepto a que se deseja reﬂectir.

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Conceitos de Imagem digital

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