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Immagine digitale raster

I prodotti delle operazioni di telerilevamento sono una o più immagini raffiguranti una certa area. I sistemi attuali offrono all'utilizzatore il risultato come immagine digitale raster. Dati più vecchi possono essere stati acquisiti su pellicole (es: immagini Corona) che però vengono generalmente scansite in modo da ottenere ancora un formato digitale raster.

L'immagine raster è costiduita da un gruppo di celle (pixel) ciascuna corrispondente ad una
determinata porzione di territorio. Ogni cella è caratterizzata da un numero digitale (DN: Digital Number) che rappresenta il valore medio di radiazione emessa o riflessa dalla relativa porzione di territorio.
Quando l'immagine viene visualizzata sul computer tale numero viene convertito in un valore di luminosità im modo da avere toni più chiari dove i DN sono maggiori o più scuri dove i DN sono bassi.
01.png





Una caratteristica molto importante dell'immagine digitale raster è il data type (formato di memorizzazione dei valori numerici) che determina la profondità di colore, ovvero il numero di valori intermedi (gradazioni) che possono essere distinti tra il minimo (nero) ed il massimo (bianco).
Tale profondità dipende dal numero di bit usati dall'immagine per memorizzare i DN.
Dato che i sistemi digitali lavorano in base binaria:

profondità di colore = 2 elevato N° di bit

quindi
in immagini ad un solo bit la profondità è 2^1 = 2, per cui sono possibili solo due valori (bianco e nero);
in immagini a 8 bit la profondità è 2^8 = 256, per cui sono possibili 256 valori (bianco, nero e 254 gradazioni intermedie di grigio).

02.png


I valori più comuni sono:

DATA TYPE
TIPO
BIT
BYTE
RANGE DEI VALORI
boolean
boolean
1
-
da 0 a 1
(u)int8/TinyInt unsigned tiny integer
8
1
da 0 a 255
sint8/TinyInt
signed tiny integer
8
1
da -128 a +127
(u)int16/ShortInt
unsigned short integer 16
2
da 0 a +65'536
sint16//ShortInt signed short integer 16
2
da -32'768 a + 32'767
(u)int32
unsigned integer 32
4
da 0 a +4'294'967'296
sint32
signed integer 32
4
da -2'417'483'648 a +2'417'483'647
(u)int64/LongInt unsigned long integer 64
8
da 0
a +18'446'744'073'709'551'616
sint64/LongInt signed long integer 64
8
da -9'223'372'036'854'775'808
a +9'223'372'036'854'775'807
float32
floating point
32
4
da 1.4e-45 a 3.4e-38 (+o-)
float64/double
floating point / double
64
8
da 4.94e-324 a 1.79e-308 (+o-)






   Colorazione

Nel modo sopra descritto i DN vengono convertiti in diverse intensità di luce bianca per cui si ottiene un'immagine in scala di grigi. Per ottenere immagini a colori ci sono essenzialmente due strade:
- scala di colori (graduale o definita da una tavolozza);
- sintesi additiva dei tre canali rosso, verde e blu.



   Scala di colori

Consiste nel convertire i DN in colori invece che in luce bianca.

Nel caso di una scala di colori graduale abbiamo due o più colori che corrispondono a due o più DN. Per i DN intermedi viene calcolato il rispettivo colore lungo una sfumatura cromatica. Questo metodo di colorazione viene usato generalmente per immagini raster che rappresentano parametri con variazioni continue, ad esempio immagini all'infrarosso termico indicanti la temperatura (> infrarosso termico) o DEM contenenti la quota di un'area (> DEM, > colorazione altimetrica)

scala graduale tra 2 colori
scala graduale tra 6 colori
  

Se invece attribuiamo ad ogni DN un colore univoco secondo precise corrispondenze (definite da una tavolozza o mappa di colori) otteniamo quella che si chiama immagine indicizzata. Rimane valida la regola
   numero di colori = 2 elevato N° di bit
per cui tali immagini hanno senso soprattutto quando i colori sono pochi, di conseguenza possiamo usare un basso numero di bit ottenendo un file immagine più leggero.





   Sintesi additiva

I colori che vediamo sugli schermo dei pc sono ottenuti tramite sintesi additiva (R, G, B), ovvero si usano tre colori fondamentali rosso (R), verde (G=green) e blu (B) dalla cui combinazione derivano gli altri:
 rosso + verde = giallo (Y=yellow)
 verde + blu = ciano (C)
 blu + rosso = magenta (M)
 rosso + verde + blu = bianco
Se i tre colori fondamentali hanno valori bassi ne deriva una tonalità scura; aumentando i valori aumenta la lumisosità fino al bianco (quando i tre valori R, G, B sono tutti al massimo). Se i tre valori sono simili si ottiene una gradazione di grigio; diversificando i valori aumente la saturazione verso il colore prevalente.

(Si chiama sintesi additiva poichè si parte da uno sfondo nero a cui si aggiungono i tre valori R, G, B per ottenere il colore desiderato. Si contrappone alla sintesi sottrattiva (usata nella stampa) dove si parte da uno sfondo bianco, come un foglio di carta, su cui si applicano inchiostri che producono colori Y, C, M (giallo, ciano e magenta) sottraendo dalla riflessione del foglio il colore complementare; dalla combinazione dei tre colori si ottengono gli altri e più inchiostro si usa più scuro sarà il colore. In genere non si riesce ad annullare completamente la luminosità solo usando solo gli inchiostri colorati quindi per ottenere il nero dev'essere aggiunto il rispettivo inchiostro (K); per questo tale modalità è indicata come CMYK.)



Qindi nella sintesi additiva l'immagine è composta da tre canali R, G, B che si sommano per dare l'aspetto finale. Ogni canale è praticamente un'immagine i cui DN vengono convertiti in una scala che non va dal nero al bianco ma dal nero al rispettivo colore R, G o B.

R

+
G

+
B

=


Il numero di colori possibili è dato dalla moltiplicazione dei possibili valori di ogni canale ed equivale a sommare il numero di bit,
ad esempio in una classica immagine digitale con 8 bit per canale (24 bit totali):
   numero di colori = 2^8 x 2^8 x 2^8 = 256 x 256 x 256 =   16777216   = 2^24 = 2^(8+8+8)















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Luglio 2015
Alessandro Perego