Lo scanner

Lo scanner appartiene alla classe dei dispositivi optoelettronici e sono fra i più diffusi strumenti di digitalizzazione.
In generale lo scanner permette di ottenere contemporaneamente una risoluzione molto elevata e una grande precisione geometrica. Solitamente i sensori utilizzati sono costituiti da elementi allo stato solido che operano la trasduzione del segnale luminoso in segnale elettrico.

Schema di funzionamento:


Schema di funzionamento L'immagine è posta su un supporto piano (vetro) trascinato ortogonalmente alla figura, mentre la scansione è effettuata dal raggio luminoso riflesso fornendo così l'intensità. Questo semplice schema di scanner del tipo a "punto luminoso mobile" può essere generalizzato con quello del tipo a "colonna luminosa mobile". Per immagini in b/n è sufficiente un fotomoltiplicatore, mentre per immagini a colori sono necessari 3 fotomoltiplicatori, uno per ogni canale R,G,B.
Nell'operazione di scanning s'introducono sempre delle degradazioni dovute alla dispersione dell'energia luminosa (scattering).

Sistema RGB sintesi additiva

Sistema RGB Lunghezza d'onda in nano-metri

per es. con una miscela nei rapporti:
1:4,6:0,006
si ottiene il colore bianco.
R = Rosso700 nm
G = Verde 56 nm
B = Blú435 nm

In generale il colore C è dato da:

C = a R * R + a G * G + a B * B

Dove a R, a G, a B sono le frazioni di ogni canale;
il segno = va inteso come equivalenza percettiva;
il segno + va inteso nel senso di miscela (e non come addizione aritmetica).

Spazio RGB Il nero è rappresentato dall'origine degli assi, mentre al bianco corrisponde il punto di coordinate (1,1,1). I livelli di grigio sono posti nella diagonale (tratteggiata) che li congiunge. I colori della Sintesi additiva sono posti agli estremi dei segmenti unitari sui tre assi, mentre quelli della Sintesi sottrattiva (giallo, magenta, ciano) occupano i vertici residui del cubo.

Lo spazio RGB è stato sviluppato sulla base delle necessità specifiche della sintesi additiva su terminali grafici e televisivi. Il più familiare spazio a sintesi sottrattiva (giallo, magenta, cromo) viene invece utilizzato in fotografia (e in pittura!)

Processo di digitalizzazione

L'operazione di scanning converte il segnale analogico originale, ad es. una fotografia, in un segnale digitale (matrice numerica) attraverso due passi consecutivi:
  • il campionamento e la
  • quantizzazione.
    Per un segnale mono-dimensionale lo schermo è il seguente:

    Processo di digitalizzazione

    Per poter rappresentare il segnale analogico (funzione continua) in un elaboratore è necessario prendere un numero limitato di campioni e procedere poi alla loro quantizzazione al fine di poterli rappresentare con un numero limitato di cifre.

    Pixel Il procedimento si può estendere ad immagini bidimensionali: si misura l'intensità luminosa media in ogni quadratino di una griglia sovrapposta all'immagine da digitalizzare. L'insieme di tali valori medi, posti come valori rappresentativi della luminosità del baricentro dei quadratini stessi, rappresenta a tutti gli effetti l'equivalente numerico dell'immagine in esame. Tali quadratini vengono denominati pixel (picture element).
    Empiricamente si è portati a scegliere la dimensione del lato del pixel eguale alla dimensione dei più piccoli dettagli di oggetti di cui si vuole conservare traccia nell'immagine digitale.
    Quantitativamente è necessario che i passi di campionamento in ciascuna direzione (x, x) siano eguali alla metà delle corrispondenti dimensioni dei più piccoli oggetti presenti.
    Se non si segue questo criterio si può incorrere nell'effetto scacchiera.

    Quantizzazione

    In una foto in b/n si ha una intensità luminosa che corrisponde ai livello di grigio. L'operazione di quantizzazione consiste nello stabilire dei livelli di decisione d 1, d 2..., d n e rappresentare ciascuno campione mediante il livello più vicino.
    Internamente al computer si usano interi compresi tra 0 e una potenza di 2:
    => il valore massimo dell'intensità è d n = 2 m
    m = numero di bit utilizzato per rappresentare i campioni.

    Tanto maggiore è m e tanto minore è l'errore commesso della quantizzazione. Di solito è sufficiente
    m = 8 => 2 8 = 256 livelli di grigio.
    A mano a mano che m diminuisce aumenta il fenomeno dei falsi contorni cioè nelle zone dove l'intensità luminosa varia con gradualità si hanno salti nei valori dell'intensità quantizzata).
    m = 1 => 2 1 = 2 soli livelli b/n

    Tecniche di elaborazione puntuale

    pixel per pixel

    Le tecniche di elaborazione puntuale vengono operate per migliorare la qualità visiva delle immagini digitali.

    Questa tecniche si rendono talvolta necessarie in conseguenza di distorsioni introdotte da operazioni precedentemente effettuate ad es. trasmissione, copia, conversione analogica-digitale. Si chiamano puntuali perché la modifica del livello di grigio in ogni piccolo pixel dipende solo dal livello di grigio nel pixel stesso e non da quello nei pixel adiacenti.

    Aumento del contrasto

    molto spesso le immagini in b/n presentano in fase di visualizzazione una scarsa qualità visiva (piattezza) cioè una mancanza di contrasto fra le zone a diversa luminosità. La causa è che i valori effettivi dell'intensità luminosa dell'immagine occupano un intervallo troppo ristretto rispetto all'intervallo dinamico, ossia all'intera gamma di valori possibile sul dispositivo di visualizzazione. Il rimedio è procedere ad un'opportuna ridistribuzione dei valori dell'intensità luminosa; si migliora così la qualità visiva dell'immagine.

    La più semplice trasformazione percentuale ha una relazione lineare:

    y = ax + b

    dove
    x = rappresenta i livelli di grigio dell'immagine originale;
    y = rappresenta i livelli di grigio dell'immagine trasformata;
    a = coefficiente angolare;
    se a > 1 => il contrasto aumenta;
    se a < 1 => il contrasto diminuisce;
    b = alza o abbassa la luminosità globale dell'immagine trasformata.

    Trasformazione lineare al tratto <=trasformazione lineare al tratto.
    Caso limite <= caso limite per l'ottenimento di due soli livelli

    Legalese :

    • Pagina web realizzata da P.Taroni ptaroni@racine.ra.it
    Appunti scolastici di Luca Dall'Olio dalloliol@bigfoot.com

    ver. 1.00

    Questo documento è reperibile all'URL: http://www.ptaroni.com