Digitalisering av kulturarvet Bilddigitalisering: Tekniska förutsättningar Introduktion

1. Digitalisering av kulturarvet Bilddigitalisering: Tekniska förutsättningar Introduktion Vektor- och punktgrafik Färgdjup Principer för färgvisning Bildpunkter och upplösning Filformat Jan Buse 2007 jan.buse@hb.se 033-16 40 75

2. Introduktion till den digitala bilden Att en bild är digital innebär att den är lagrad som siffror, ettor och nollor (eg elektrisk spänning). 1110110010100011101001110 (o s v..) = För att en digital bild skall kunna ses krävs programvara som kan koda om siffrorna till synliga bildelement. Hur den digitala bilden framträder påverkas i stor omfattning av inblandad utrustning, hård- och mjukvara.

3. Introduktion till den digitala bilden, forts.. Det finns många olika typer av digital grafik – fotografier, målningar, teckningar, film och andra animerade rörliga bilder. En digital bild behöver inte vara tvådimensionell, vanliga är även simulerade tredimensionella bilder. Föreliggande presentation beskriver enbart tvådimensionella bilder.

4. Teknik bakom digitala bilder • Det finns endast två typer av tekniker vid skapande av digitala bilder: • Vektorgrafik (eller objektgrafik) • Punktgrafik (eller rastergrafik, ”bitmaps”) Alla digitala bilder är gjorda antingen i den ena, eller andra tekniken, eller både och. De två metoderna styr i hög omfattning den digitala bildens egenskaper, och används därför för olika syften.

5. Vektorgrafik Bilder i vektorgrafik är uppbyggda av kurvor och linjer s k vektorer. Dessa beskrivs och definieras matematiskt av ritprogrammet. Noder Linje Kurva Vid ritning i ett grafikprogram, översätts det gjorda till noder och koordinater, och lagras därefter som en matematisk formel i datorn.

6. Typiskt för vektorgrafik Den tar litet minnesutrymme, då bilden ”egentligen” är en matematisk formel. Konturer på bilder är helt skarpa, inga taggiga kanter*. Kan förstoras, förminskas och förändras hur som helst utan att kvaliteten försämras = Behöver inte i förväg bestämma slutgiltig storlek, bra format att jobba i t ex vid skissering. Vektorgrafiken är också användbar när man vill skapa en markering, t ex runt en inskannad bild. Tekniken lämpar sig väl till bilder med hela ytor i samma färg, som loggor, teckningar och annan grafik. Tekniken används vanligtvis när originalgrafik skapas. Vektorgrafik är särskilt nödvändig till bilder som skall skrivas ut på papper, för att få skarpa kanter.

7. Punktgrafik Bilder som är uppbyggda med punktgrafik består av en mängd punkter, s k pixlar. Bildens minsta beståndsdel är alltså pixeln. En bild som skapas med punktgrafik kan liknas vid att måla en bild på rutat papper genom att fylla de olika rutorna med färg. pixel

8. Punktgrafik, forts.. En bild i punktgrafik beskrivs inte med en matematisk formel, utan genom hur många pixlar den totalt består av. 3000 pixlar Bildens format är 3000 X 3000 pixlar = pixelmåttet. Bildens totala pixelmängd är 3000 X 3000 = 9 miljoner pixlar. Ofta är ett viktigt värde också hur tätt pixlarna sitter. Detta anges i pixels per inch (tum), ppi, eller som dots per inch, dpi. 3000 pixlar

9. Typiskt för punktgrafik Minsta beståndsdel är pixeln, vilket lätt ger konturer med taggiga kanter. Kräver mycket minne då information om varje pixel lagras. Redigering försämrar bildens ”kvalitet”, vilket innebär att... En pixelbild behöver i förväg noggrant anpassas till var den skall publiceras, på nätet, i tryck, eller utskrift. Tekniken är nödvändig för fotografier, och andra typer av bilder med jämna tonövergångar. I princip alla typer av inskannat material, och alla digitala fotade bilder (stillbild och film), samt bildmaterial på webben är i punktgrafik.

10. Färgdjup När en bild digitaliseras delas verklighetens oändliga valörskala upp i ett antal bestämda steg. För att dessa skalsteg inte skall synas, måste skillnaderna mellan varje steg vara så liten att de inte uppfattas av ögat. Ett svartvitt foto kräver minst 200 gråskalesteg mellan svart och vitt. Verklighet/originalbild, miljontals toner Digitaliserad bild i bestämda tonsteg Begränsad valörskala, ibland bara 100-tals toner Vid digitalisering för kulturarvsbevarande är kraven mycket höga på trovärdig återgivning av förlagans hela ton- och valörrikedom i kopian.

11. Färgdjup, forts.. Den minsta enhet som något kan lagras i, en etta eller nolla, kallas för bit. Strängar av ettor och nollor fungerar som koder, och översätts i olika programvaror, till t ex en bokstav eller en färg: 11100100 Ju fler kombinationsmöjligheter av ettor och nollor som går att göra, desto fler olika tecken eller färger kan kodas. För att skriva text behövs ofta 8 bitar. Då kan varje ”nödvändigt” tecken i en text översättas till ettor och nollor: = 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2= 256 Ett binärt tal med åtta bitar ger alltså 256 möjliga kombinationer (sk åtta bitars färgdjup). Antalet färger en punktuppbyggd bild maximalt kan ha bestäms således av antalet tillgängliga bitar i en dator.

12. Färgdjup, forts.. Det vanligaste färgdjupet när man arbetar med enklare grafik är 8 bitar/bildpunkt = 256 färger. 1 bit/bildpunkt, 2 färger 4 bitar/bildpunkt, 16 färger 8 bitar/bildpunkt, 256 färger Varje färg i bilden hämtas från en palett. Färgerna är s k indexerade. Varje kombination av ettor och nollor pekar i själva verket på en bestämd position i paletten. Om positionens färg ändras, ändras samma färg i bilden.

13. Färgdjup, forts.. Det minsta rekommenderade färgdjup för att hyfsat troget återge fotografiers färg- och tonskala är 24 bitar. = 16, 7 miljoner färger En 24 bitars bild består av tre färgkanaler: rött, blått, grönt (det skRGB-färgläget).Varje kanal förfogar över åtta bitar för att återge dess kanals färgrymd. Åtta bitar = = 256 toner rött 16, 7 milj. toner Åtta bitar = = 256 toner grönt Åtta bitar = = 256 toner blått Vid digital arkivering av kulturarv, och för att kunna göra kopior av faksimilkvalité, är det vanligtvis nödvändigt med mer än åtta bitar per kanal. Vanligen rekommenderas 12, 14 eller 16 bitar per kanal. Men en bild i 16 bitar blir dubbelt så stor som en i 8 bitar...

14. Principer för färgvisning Det finns olika metoder för att översätta naturliga färgers kontinuerliga valörskala, till begränsade valörskalor med bestämda steg. Metoderna kallas färglägen eller färgmodeller, och är oftast anpassade till speciella typer av bilder och publiceringssätt. En bilds färgläge påverkar hur många, och vilka, färger som kan återges, och styr även bildens filstorlek. Vanliga färglägen är: NMI, RGB, CMYK, Indexerad färg, Lab-läge. Lab RGB CMYK

15. Principer för färgvisning, forts RGB och CMYK är de mest vanliga färglägena för digitala färgbilder. RGB-läget är anpassat för visning på skärm. Alla typer av bildmaterial (foton, film mm) som projiceras på skärm (dator, tv, filmduk) är i RGB-färgläget. CMYK-läget är utvecklat för bilder som skall skrivas ut eller tryckas. Additiv färgblandning: RGB-färgläget Vid färgblandning på skärm är ”utgångsfärgen” svart, d v s inget ljus. Olika kulörer uppstår när man ökar ljusstyrkan på skärmens tre färgkomponenter tills rätt kulör och ljusstyrka uppnås. Subtraktiv färgblandning: CMYK-färgläget Vid färgblandning i tryck är utgångspunkten vitt papper och en ljuskälla som avger vitt ljus. Olika kulörer uppstår när delar av ljuskällans spektrum filtreras bort av de transparenta tryckfärgerna.

16. Principer för färgvisning, forts Både RGB och CMYK är enhetsberoende. Det betyder att färger kan variera mellan olika enheter (som skannrar, skrivare, skärmar, kameror). Detta innebär att det inte finns några absoluta, eller fixerade, RGB- eller CMYK-färger. Lab är däremot en enhetsoberoende teoretisk referensfärgrymd. • A. Ljusstyrka = 100 (vitt) • B. Grönt till rött • C. Blått till gult • D. Ljusstyrka = 0 (svart) Lab-färgmodellen

17. Principer för färgvisning, forts Lab är anpassad efter människans förmåga att uppfatta färger, och utifrån faktumet av vi förmår uppfatta betydligt fler färger än vad någon färgmodell kan återge på papper, eller på skärm. Vid all avancerad färghantering måste RGB och CMYK-färger jämföras med Labfärgrymden: i Photoshop översätt t ex CMYK- och RGB-läget till varandra via Lab. Liknande typer av konverteringar mellan olika in- och utenheter är mycket vanlig, och ofta helt nödvändig, vid professionell bildhantering. Vid sk ”karakterisering” får man bl a genom Lab:s referensfärgrymd reda på hur en given enhet tolkar färger. En profil över enhetens individuella färgegenskaper skapas. Profilen anpassar sedan färgerna så att det blir rätt vid utskrift, skärmvisning eller inläsning.

18. Bildpunkter och upplösning En digital bilds egenskaper och kvalitet, styrs i hög grad av antalet bildpunkter, eller pixlar, den består av. Vid digital fotografering och skanning bestäms hur många pixlar en bild skall ha. Och vid skanning bestäms också vanligtvis hur tätt pixlarna skall sitta. Schematisk illustration över inläsningskvalitet vid bildfångst Publicering på skärm kräver betydligt mindre antal pixlar än utskrift eller tryck på papper. Vid kulturarvsbevarande digitaliseringen, vill man naturligtvis att bilden skall innehålla så mycket information som möjligt. Och ju mer pixlar en bild består av desto mer information kan teoretisk rymmas i den.

19. Bildpunkter och upplösning forts.. Bilden är fotograferad med pixelmåttet 2448 x 3264. Den totala pixelmängden är således 7 990 272. Bilden är fotograferad med pixelmåttet 480 x 640. Den totala pixelmängden är således 307 200.

20. Bildpunkter och upplösning, forts.. Men, det är en dålig idé att för alla slutändamål använda maximalt antal pixlar vid bildfångst. Ju fler pixlar en bild innehåller desto större minnesutrymme behövs, och ju mer krävande för datorn är det att hantera den. Inskannat glasnegativ, minnesåtgång 50 Mb Foto med tydligt brus (de ljusa prickarna) Om man dessutom pressar bildfångstenheter genom att välja maximalt antal pixlar uppstår ofta ”brus”, d v s oönskade s k bildartefakter.

21. Bildpunkter och upplösning, forts.. En god regel är att alltid välja en pixelmängd vi bildfångst som är lämpligt för det tänkta publiceringssättet. Några riktvärden för publicering på papper: Tryckning Dagstidningspapper: 85-100 lpi Veckotidning o enklare boktryck: 133 lpi Högkvalitativt magasin- och boktryck: 150-200 lpi (Faktor 1,5-2 mellan lpi och dpi, vilket innebär att en bild i boktryckskvalité helst bör ha upplösningen 300 dpi ) Skrivare Bläckstråleskrivare: ca 200-300 dpi Färglaser: ca 200 dpi Sublimeringsskrivare: upptill 300 dpi Pictrograph: 300-400 dpi Digital fotokemisk utskriftsteknik på fotopapper: ca 200 dpi (Exakta rekommendationer ges i respektive skrivares manual.)

22. Bildpunkter och upplösning, forts.. Publicering på skärm Pixelmåttet, d v s höjd- och breddmåttet, visar hur många pixlar som används för att återge en bild i punktgrafik. Bildens visningsstorlek på en dator- eller tvskärm avgörs av bildens pixelmått samt av skärmens storlek, och inställningar. Ex: En bild med pixelmåttet 800 x 600, framträder i olika storlek beroende på skärmens upplösning och storlek. 15 tums skärm med skärmupplösning 800 x 600 15 tums skärm med skärmupplösning 1024 x 768 15 tums skärm med skärmupplösning 640 x 480

23. Bildpunkter och upplösning, forts.. En god regel när man publicerar bilder på skärm är att i första hand anpassa dem till visning på (17 eller) 19 tums skärmar, med skärmupplösning på 800 x 600 (eller 1024 x 800). Då ryms bilderna på skärmen hos nästan alla användare.

24. Filformat • Formatet som en digital bild lagras i (filformatet) har en avgörande betydelse för dess egenskaper och kvalité. • De vanligaste, och mest använda, filformaten idag är: • TIFF (Tagged Image Format File) • JPEG (Joint Photographic Expert Group) • RAW (svenska ”rå”, beskriver att bilden är obehandlad) • GIF (Graphics Interchange Format) • PNG (Portable Network Graphics) • Vid sidan av dessa format finns en rad andra, med olika egenskaper och användningsområden. Det kan röra sig om format som tillåter panorering och zoom (t ex FlashPix, MR SID, DjVu), som är anpassade för vektorgrafik (t ex SVG), som innehåller en rad komprimeringsalternativ (t ex JPEG2000, SPIFF, FlashPix, ), som är anpassade för speciella programvaror (t ex Photoshop .psd, • Illustrator .ai).

25. Filformat forts.. TIFF (Tagged Image Format File) • TIFF (TIFF 6.0) är i nuläget det rekommenderade formatet för professionell arkivering av bilder, och är även lämpligt utbytesformat. • Formatet är universiellt, och stöds av många plattformer och programvaror som Mac, Windows, Unix. • Det stödjer upp till 48 bitars färgdjup, och kan hantera de flesta färgsystem som RGB, CMYK, Lab, YCbCr. • ”Tag” översätts till ”indexnummer”. Med TIFF-formatet sparas inte bara uppgifter om pixlars tonvärden, utan även sk produktionstekniska metadata, t ex ICC-profiler, uppgifter om gjorda inställningar vid fototillfället. • TIFF tillåter förlustfri komprimering. • Formatet tar mycket minnesutrymme. • - Bilder blir efterbehandlade vid fotografering.

26. Filformat forts.. JPEG (Joint Photographic Expert Group) JPEG-formatet är anpassad till fotografier och till andra typer av bilder med en kontinuerlig tonskala. Formatet är inte ett lämpligt arbetsformat, men är bra vid överföring, lagring och visning (på skärm). JPEG stödjer 24 bitar per bildpunkt, och används för bl a färglägena RGB, CMYK och gråskala. Formatet komprimerar bilden genom att bilden delas in i block, och inom varje block plockas information bort. Komprimeringen är alltså bildförstörande. Vid sparande går det att bestämma hur mycket bilden skall komprimeras: Kraftig komprimering liten filstorlek och dålig bildkvalitet. Liten komprimering större filstorlek och ingen synlig kvalitetsförlust.

27. Filformat forts.. Bild sparad i TIFF-formatet Bild sparad tre gånger i Jpeg-formatet, med hög komprimering. Karaktäristiskt blockmönster

28. Filformat forts.. Bild i TIFF, 20,2 MB Om kraven på bildkvalité inte är extrema, duger Jpeg-formatet ofta utmärkt. Bild i Jpeg i hög kvalitet, 860 KB

29. Filformat forts..RAW RAW-filer innehåller alla data som kamerans bildsensor har registrerat. Det är ett okomprimerat bildformat, och fotot lämnar bildsensorn utan någon efterbehandling t ex i form av komprimering, skärpa, vitbalans eller färgmättnad etc. Formatet liknas ofta vid oframkallad negativ film p g a av att det är helt obearbetat. RAW är inget universellt standardformat, och är därför olika beroende på t ex kamera- och programvaruföretag. I vanliga bildbehandlingsprogram går det normalt inte läsa RAW-filer. RAW-format börjar bli mer och mer populärt eftersom det innehåller mest bildinformation av alla format, och tar mindre plats än TIFF-filer. Adobe Photoshop har nyligen börjat lansera ett eget RAW-format, DNG (Digital Negative) som man hoppas bli en universell standard i kameror, bildbehandlingsprogram mm.

30. Filformat forts.. GIF (Graphics Interchange Format) GIF-formatet passar enklare grafik med få färger (eller i gråskala) och enhetliga färgytor. Formatet rekommenderas således inte för t ex offsettryck, eller visning av foton på webben. Formatet kan maximalt återge färger med 8 bitar per bildpunkt, dvs maximalt 256 färger. GIF tillåter transparens (GIF89a), vilket innebär att det går att göra bilder med skenbart oregelbunden form. Är möjligt att göra enklare animering med GIF. Formatet tillåter komprimering som är icke-förstörande, bilden kan således återskapas till 100 %.

31. Filformat forts.. PNG (Portable Network Graphics) PNG-formatet är framför allt lämpat för visning av bilder på skärm, men funkar också för trycksaker. Formatet kan hantera 8, 24 och 48-bitars färgdjup i RGB. Det mest speciella med PNG är dess justerbara förlustfria komprimering, som i särskilda fall är ca 30 % mer effektiv än t ex GIF. Formatet tillåter lagring och sökning av metadata i form av både enstaka ord som hela textsträngar. Formatet tillåter gradvis genomskinlighet i 256 steg. Stödjer inte animeringar. Har spåtts ersätta GIF-formatet inom en snar framtid. Har dock ännu ingen större spridning och stöds inte av alla webbläsare.