Immagini bitmap: profondità di colore e formato

Come ho detto l’ultima volta, i parametri che differenziano le immagini digitali di tipo bitmap tra loro sono quattro:

• dimensioni
• risoluzione
• profondità di colore
• formato

Dei primi due ho parlato nello scorso articolo, ora illustrerò gli altri due aspetti.

La profondità di colore (detta anche profondità di bit) si esprime in bit e, oltre a determinare il peso del file, definisce il numero massimo di sfumature (intervallo dinamico) o di colori che esso può assumere (espresso in potenza di 2).

Le immagini a 1 bit sono dette anche immagini al tratto o bitmap. Possono assumere soltanto due colori, generalmente bianco e nero, ma anche qualsiasi. Sono file dal peso contenuto adatti a rappresentare immagini senza sfumature.

Le immagini a 8 bit possono essere di due tipi: a mezzatinta e in scala di colore. Le prime contengono 256 sfumature di uno stesso colore (qualunque sia), ma tipicamente 256 livelli di grigio. Sono file che pesano otto volte più dei corrispondenti file al tratto e sono adatti a rappresentare immagini con sfumature di uno stesso colore.

Le immagini in scala di colore contengono 256 colori di qualsiasi tonalità, definiti in una specifica palette. Sono file che pesano 8 volte più dei corrispondenti file al tratto e sono adatti a rappresentare immagini a colori piatti o con un limitato numero di sfumature.

Alcune immagini riproducono il colore per combinazione di più canali, ognuno definito da 8 bit di informazioni, cioè 256 colori.

È il caso delle immagini a 24 bit o RGB in grado di riprodurre un totale di 16,7 milioni di colori utilizzando 3 canali di colore (red, green, blue) da 8 bit ciascuno.

I file di questo tipo pesano 3 volte più dei corrispondenti file a toni di grigio e 24 volte più di quelli al tratto e sono adatti a rappresentare immagini con un elevato numero di sfumature.

A più canali sono anche le immagini a 32 bit o CMYK in grado di riprodurre anch’esse milioni di colori utilizzando 4 canali di colore (cyan, magenta, yellow, key) da 8 bit ciascuno (K = key color = colore chiave e corrisponde al nero).

I file di questo tipo pesano 4 volte più dei corrispondenti file a toni di grigio e 32 volte più di quelli al tratto.

Le immagini ad elevato numero di colori sono definite da una profondità di bit variabile da 10 a 16 bit per pixel, cioè da 1024 a 65536 colori.

I file pesano da 4,5 a 6 volte più dei corrispondenti file a toni di grigio e da 36 a 48 volte più di quelli al tratto. Questo tipo di immagine è poco diffuso. Se questa profondità di colore si utilizza per immagini su più canali (ad esempio RGB) la profondità di colore aumenta fino a 48 bit totali (16x3) con la possibilità di riprodurre migliaia di miliardi di colori. È un numero di gran lunga superiore al numero di colori che l’occhio umano può discriminare contemporaneamente.

Alcuni tipi di immagine utilizzano canali aggiuntivi rispetto a quelli visti finora: i canali alfa (o alpha channel). Essi non contengono informazioni sul colore ma possono gestire trasparenza, maschere o tracciati di ritaglio. Anche i canali alfa occupano 8 bit di memoria.

Numerosi sono i formati (già introdotti in quest’articolo) che i programmi utilizzano per generare, importare o esportare immagini.

BMP è il formato standard per la definizione delle immagini bitmap in ambiente Windows. Supporta i metodi RGB, scala di colore, scala di grigio e bitmap; non supporta canali alfa. Per le immagini a 4 e 8 bit è possibile usare la compressione RLE.

WBMP (Wireless BitMap) è lo standard grafico utilizzato per le immagini visualizzabili sui terminali WAP ancora in via di definizione. Il WBMP di tipo 0, attualmente disponibile, è un formato molto povero, che permette la visualizzazione di piccole immagini monocromatiche. Si tratta di una versione a 1 bit (bianco e nero) del formato BMP a 8 bit.

PCX è un formato ormai in disuso ma che ha rappresentato uno standard per le applicazioni grafiche su piattaforma PC. Supporta i metodi RGB, scala di colore, scala di grigio e bitmap, ma non i canali alfa. Le immagini possono avere risoluzioni di 1, 4, 8 o 24 bit; si può usare la compressione RLE.

PICT/PICT2 è lo standard per la definizione di file grafici su piattaforma Macintosh, supporta il metodo RGB con un canale alfa e i metodi in scala di colore, scala di grigio e bitmap senza canali alfa. Efficace nella compressione di immagini che presentano grandi aree di colore uniforme e dei canali alfa. Le immagini RGB possono avere risoluzioni di 16 o 32 bit, quelle a scala di grigio 2, 4 o 8 bit per pixel.

TIF o TIFF (Tagged-Image File Format) è un formato sviluppato principalmente per essere utilizzato per programmi di impaginazione, è supportato anche dalle principali applicazioni per l’elaborazione di immagini e disegno ed è trasferibile su diverse piattaforme. Supporta i metodi RGB, CMYK, scala di grigio con canali alfa, i file LAB in scala di colore e bitmap. I file TIFF possono essere compressi usando la codifica LZW. Il formato TIFF può memorizzare la separazione dei colori CMYK all’interno di un unico file, generando automaticamente la selezione dei colori quando il file viene inserito all’interno di un documento destinato alla stampa. Può conservare un’immagine separata in livelli e supporta fino a 8 canali alfa. Tutti gli scanner possono produrre immagini TIFF. Non è supportato sul Web.

GIF (Graphics Interchanges Format) è un formato utilizzato per la definizione di immagini a mezzatinta o in scala di colore destinate ad essere utilizzate principalmente sul Web o in prodotti multimediali. Può utilizzare la compressione LZW, supporta fino a 256 colori, consente di ottenere buoni risultati con immagini a tinte piatte o al tratto contenenti un numero limitato di colori, mentre è sconsigliabile per fotografie o immagini con molte sfumature. Può includere in un unico file più immagini, in modo da creare animazioni di cui è possibile specificare la temporizzazione (GIF animate). Consente di memorizzare le immagini con una struttura tale che, all’atto della consultazione via Web, appaiano con una definizione via via migliore durante la fase di caricamento e visualizzazione (GIF interlacciate). Può assegnare una trasparenza ad uno qualsiasi dei colori della palette, in modo tale che attraverso le aree occupate da tale colore risulti visibile lo sfondo su cui l’immagine si trova (GiF trasparenti). È un formato proprietario.

JFIF (JPEG File Interchange Format) o JPEG o JPG è un formato grafico compresso secondo lo standard JPEG, largamente utilizzato per la definizione di immagini destinate alla pubblicazione sul Web o in prodotti multimediali. Utilizzabile per immagini fino a 16,7 milioni di colori, supporta i metodi RGB, CMYK, scala di grigio, ma non i canali alfa. L’algoritmo di compressione utilizzato per generare questo formato consente di ridurre drasticamente le dimensioni dei file, ma porta inevitabilmente ad una perdita di dati che ne compromette in parte la qualità. Il fattore di compressione è variabile e può essere selezionato dall’operatore nei programmi che supportano tale metodo in un range che va da un fattore 2:1 (compressione senza perdita di dati) ad un fattore di 40:1. Maggiore è il grado di compressione, minore è la qualità dell’immagine e viceversa. Una variante del JPEG è il JPEG progressivo, che fornisce più rappresentazioni della stessa immagine corrispondenti a diversi valori di compressione viavia meno elevati; all’atto della visualizzazione via Web, un JPEG progressivo appare via via più definito man mano che si procede al suo caricamento. Le immagini JPEG si decomprimono automaticamente all’apertura.

PNG (Portable Network Graphics) è un formato compresso, adatto per il Web, è open source pensato come alternativa al GIF. A differenza di quest’ultimo supporta immagini a 24 bit con una gamma fino a 16,7 milioni di colori, può produrre sfondi trasparenti di buona qualità. Supporta i metodi scala di grigio, RGB con un solo canale alfa, bitmap, e scala di colore senza canali alfa. Progettato per consentire la compressione di file grafici senza alterazioni di qualità, è adatto a qualsiasi tipo di immagine, ma non è supportato da tutti i browser.

Il RAW è un formato che garantisce un buon compromesso qualità/peso del file immagine. Non è ancora disponibile un formato RAW (estensione .raw) universalmente riconosciuto e ogni produttore propone un proprio RAW proprietario, per questo non può essere utilizzato direttamente ma deve essere prima convertito in TIFF o JPEG attraverso un software solitamente fornito dal produttore stesso. Il RAW è un formato privo di compressione che raccoglie le informazioni digitali così come sono restituite al sensore della fotocamera. È più leggero del TIFF ma molto più pesante del JPEG, tuttavia si sta imponendo tra i fotografi che desiderano ottenere il massimo della qualità dalle proprie fotografie digitali, senza scendere a compromessi imposti dal software.

I formati immagine visti finora sono universali di interscambio che possono essere esportati e importati dai più diffusi software per il trattamento delle immagini digitali. Ogni software però possiede un proprio formato proprietario che generalmente aggiunge caratteristiche proprie a quelle dei formati di interscambio: questi sono i formati proprietari (come .psd di Photoshop e .xcf di Gimp).

Le tecniche di compressione servono a ridurre lo spazio di memoria occupato dai file immagine, si suddividono in lossy (con perdita di dati) e lossless (senza perdita di dati): i primi alterano la qualità dell’immagine in modo irreversibile, i secondi no.

RLE (Run Lenght Encoding) è una tecnica lossless supportata dai formati Photoshop e TIFF, riduce le dimensioni del file fino al 50%, ideale per comprimere immagini con vaste campionature di colore uniforme.

LZW (Lempel-Ziv-Welch) è una tecnica lossless supportata dai formati TIFF e GIF, riduce le dimensioni del file fino al 50%, ideale per comprimere immagini al tratto o a tinte piatte con un numero limitato di colori.

JPEG (Joint Photographic Expert Group) è una tecnica lossy supportata dal formato JPEG che può ridurre le dimensioni dei file fino al 400%, garantisce i migliori risultati con immagini a tono continuo con molte sfumature come le fotografie.