Dithering: differenze tra le versioni

Versione delle 09:00, 11 apr 2017

Versione delle 21:56, 4 giu 2017

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Di fondamentale importanza per lo sviluppo delle teorie legate al dithering è un secondo lavoro in cui vengono dimostrati due [[teorema|teoremi]] che illustrano come la somma di rumore con una certa [[distribuzione (matematica)|distribuzione]] al segnale quantizzato possa essere considerata in modo analogo al filtro [[antialiasing]] usato nel processo di campionamento temporale dei segnali.<ref>B. Widrow, “Statistical analysis of amplitude quantized sampled-data systems” Trans. AIEE, Part. II, Vol.79, no. 52, pp.555-568, Jan. 1961</ref>

[[Immagine:Dither def 1788.png|thumb|upright=1.6|Definizione provinciale di ''dither'' <ref>tratta da ''The Rural Economy of Yorkshire: Comprizing the Management of Landed Estates, and the Present Practice of Husbandry in the Agricultural Districts of that County'', scritto da Mr. Marshall (William), Vol. II, Londra: T. Cadell, 1788.</ref>]]

Il concetto di dithering viene ulteriormente approfondito da Lawrence G. Roberts nella sua [[dottorato|tesi di dottorato]] nel [[1961]], presso il [[Massachusetts Institute of Technology|MIT]],<ref>Lawrence G. Roberts, ''Picture Coding Using Pseudo-Random Noise'', MIT, tesi di dottorato, 1961 [http://www.packet.cc/files/pic-code-noise.html online]</ref> nonostante egli non abbia usato il termine ''dither''.

== Origine del termine "dither" ==

[[Immagine:Didder def 1707.png|thumb|La prima definizione in un dizionario di ''didder''<ref>[[Thomas Blount]], ''Glossographia Anglicana Nova: Or, A Dictionary, Interpreting Such Hard Words of whatever Language, as are at present used in the English Tongue, with their Etymologies, Definitions, &c. Also, The Terms of Divinity, Law, Physick, Mathematics, History, Agriculture, Logick, Metaphysicks, Grammar, Poetry, Musick, Heraldry, Architecture, Painting, War, and all other Arts and Sciences are herein explain'd, from the best Modern Authors, as, Sir Isaac Newton, Dr. Harris, Dr. Gregory, Mr. Lock, Mr. Evelyn, Mr. Dryden, Mr. Blunt, &c.'', Londra, [[1707]].</ref>|sinistra|178x178px]]

[[Immagine:Dither def 1788.png|thumb|upright=1.6|Definizione provinciale di ''dither'' <ref>tratta da ''The Rural Economy of Yorkshire: Comprizing the Management of Landed Estates, and the Present Practice of Husbandry in the Agricultural Districts of that County'', scritto da Mr. Marshall (William), Vol. II, Londra: T. Cadell, 1788.</ref>|209x209px]]

{{quote|...uno dei primi [usi] del dithering avvenne durante la Seconda Guerra Mondiale. I bombardieri usarono i computer meccanici per orientarsi e calcolare la traiettoria delle bombe. Curiosamente, questi computer (scatole riempite con centinaia d'ingranaggi e ruote dentate) funzionavano più accuratamente quando erano impiegati a bordo degli aerei, e meno al suolo. Gli ingegneri capirono che la vibrazione prodotta dall'aereo riduceva l'errore causato dai componenti viscosi in movimento. Invece di muoversi a scatti, si muovevano con maggiore continuità. Vennero inseriti piccoli motorini all'interno dei computer, con l'intenzione di farli vibrare, e queste vibrazioni vennero chiamate 'dither', termine preso dal verbo anglosassone 'didderen', che significava 'tremare'. Oggi, quando si dà un colpetto ad un contatore meccanico per aumentarne l'accuratezza, si sta applicando del dithering, ed i moderni dizionari inglesi definiscono "dither" come 'stato di elevato nervosismo, confusione o agitazione'. In seguito il dithering rese i sistemi digitali leggermente più analogici, nel senso buono del termine.

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Calcoliamo una serie di numeri casuali compresi tra 0 e 0.9 (ad esempio: 0.6, 0.4, 0.5, 0.3, 0.7, etc.) e li aggiungiamo al risultato della nostra equazione. Due volte su dieci il risultato verrà troncato a 4 (se 0 o 0.1 vengono aggiunti a 4.8), mentre nei restanti casi il valore diverrà 5; ognuna di queste situazioni ha una possibilità del 20% di diventare 4 e dell'80% di diventare 5. A lungo andare la media sarà 4.8 e la quantizzazione dell'errore diverrà casuale. Il ''rumore'' così ottenuto è percepito meno dall'orecchio.

[[File:Plot_small.png|centro]]

[[Immagine:plot small.png]]

Per far comprendere al meglio la funzione del dithering, vengono messi a disposizione i seguenti file audio:

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== Fotografia digitale e image processing ==

[[Immagine:Dithering example red blue.png|frame|left|Applicazione del dithering. I soli colori usati sono il rosso ed il blu ma, al rimpicciolirsi dei [[pixel]], il colore appare viola.|200x200px]]

Il ''dithering'' viene usato in [[computer grafica]] per creare l'illusione della [[profondità di colore]] in immagini dotate di una [[tavolozza (informatica)|tavolozza]] limitata (quantizzazione del colore). In un'immagine sottoposta a dithering, i colori non disponibili vengono approssimati dalla distribuzione dei [[pixel]] colorati con le tinte disponibili. L'occhio umano percepisce la diffusione come un amalgama dei colori.<ref>Per approfondire, vedi anche ''[[Colore#Percezione del colore|percezione del colore]]''</ref>

Il dithering è simile alla tecnica chiamata ''halftone'' nella [[Stampa (processo)|stampa]] in cui si usava un [[retino stocastico]]. Le immagini trattate con il dithering, particolarmente quelle in cui vengono usati pochi colori, possono spesso apparire granulari, o composte da puntini.

== Esempi di dithering ==

<div style="float:right; width: 260px; margin: 0 0 1em 1em"></div>

[[Immagine:Dithering example undithered.png|frame|Figura 1. Fotografia originale; notare la sfumatura del colore nel dettaglio.]]

[[Immagine:Dithering example undithered web palette.png|frame|Figura 2. Immagine originale a cui è stata applicata una tavolozza limitata (web-safe color palette) senza l'applicazione del dithering. Notare le ampie aree con colore uniforme e la perdita di dettagli.]]

[[Immagine:Dithering example dithered web palette.png|frame|Figura 3. Immagine originale con web-safe color palette e l'applicazione dell'[[algoritmo di Floyd-Steinberg]]. Anche se usiamo la stessa tavolozza, l'applicazione del dithering genera un'immagine più simile all'originale.]]

[[Immagine:Dithering example dithered 256color.png|frame|Figura 4. In questo caso, l'originale è stato ridotto ad una tavolozza ottimizzata a 256 colori, ed è stato applicato l'algoritmo di Floyd-Steinberg. L'uso di una tavolozza ottimizzata, piuttosto che di una preimpostata, permette di migliorare ulteriormente l'immagine.]]

[[Immagine:Dithering example undithered 16color.png|frame|Figura 5. Profondità ridotta a 16 colori (ottimizzati) e niente dithering. Il colore appare a strisce.]]

[[Immagine:Dithering example dithered 16color.png|frame|Figura 6. Stessa immagine, 16 colori ottimizzati, ma viene applicato il dithering per ridurre il banding (effetto a strisce).]]

</div>

Ridurre la profondità del colore di un'immagine spesso causa effetti collaterali indesiderati. Se l'immagine originale è una fotografia, probabilmente i colori saranno migliaia, o addirittura milioni. Limitarne il numero fa, ovviamente, perdere qualità all'immagine.

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Uno dei problemi legati all'uso di tavolozze preimpostate è dato dal fatto che molti dei colori necessari non sono presenti, e molti di quelli presenti non sono necessari; una tavolozza che contenga molte sfumature di verde è controindicata se non usiamo il verde nell'immagine, ad esempio. In questi casi è indicato l'uso di tavolozze ottimizzate. In queste tavolozze i colori vengono scelti basandosi sulla loro frequenza nell'immagine originale. L'immagine ottenuta presenta ulteriori miglioramenti rispetto alla precedente (''Figura 4'').

Il numero di colori disponibili nella tavolozza è un dato importante. Se, ad esempio, è composta di soli 16 colori, l'immagine perderà altri dettagli, oltre ad un incremento dell'effetto banding (''Figura 5''). Ancora una volta, il dithering ci aiuta ad aggirare il problema (''Figura 6'').<gallery mode="packed">

[[ImmagineFile:Dithering example undithered.png|frame|Figura 1. Fotografia originale; notare la sfumatura del colore nel dettaglio.]]

[[ImmagineFile:Dithering example undithered web palette.png|frame|Figura 2. Immagine originale a cui è stata applicata una tavolozza limitata (web-safe color palette) senza l'applicazione del dithering. Notare le ampie aree con colore uniforme e la perdita di dettagli.]]

[[ImmagineFile:Dithering example dithered web palette.png|frame|Figura 3. Immagine originale con web-safe color palette e l'applicazione dell'[[algoritmo di Floyd-Steinberg]]. Anche se usiamo la stessa tavolozza, l'applicazione del dithering genera un'immagine più simile all'originale.]]

[[ImmagineFile:Dithering example dithered 256color.png|frame|Figura 4. In questo caso, l'originale è stato ridotto ad una tavolozza ottimizzata a 256 colori, ed è stato applicato l'algoritmo di Floyd-Steinberg. L'uso di una tavolozza ottimizzata, piuttosto che di una preimpostata, permette di migliorare ulteriormente l'immagine.]]

[[ImmagineFile:Dithering example undithered 16color.png|frame|Figura 5. Profondità ridotta a 16 colori (ottimizzati) e niente dithering. Il colore appare a strisce.]]

[[ImmagineFile:Dithering example dithered 16color.png|frame|Figura 6. Stessa immagine, 16 colori ottimizzati, ma viene applicato il dithering per ridurre il banding (effetto a strisce).]]

</gallery>

== Utilizzi del dithering ==

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== Algoritmi di dithering ==

[[Immagine:Dithering algorithms.png|thumbnail|Dimostrazione delle differenze tra i vari tipi di dithering|570x570px]]Esistono molti algoritmi creati per l'applicazione del dithering. Uno dei primi, ed ancora tra i più popolari, è l'[[algoritmo di Floyd-Steinberg]], sviluppato nel [[1975]]. Uno dei punti di forza di questo algoritmo è la sua capacità di minimizzare gli artefatti visivi attraverso un processo di diffusione dell'errore; solitamente produce immagini più simili all'originale rispetto a quanto fatto da altri algoritmi similari.

Gli altri metodi comprendono:

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* Dithering di Albie (Albie dithering): metodo simile al Floyd-Steinberg, ma ottimizzato per la visualizzazione su schermi [[Interlacciamento|interlacciati]]

* Dithering di Jarvis (Jarvis dithering): vedi l'immagine a lato per un esempio

[[Immagine:Dithering algorithms.png|upright=1.4|thumbnail|Dimostrazione delle differenze tra i vari tipi di dithering]]

== Il dithering nei sistemi in fibra ottica ==

Lo ''Stimulated Brillouin Scattering'' (SBS) è un effetto ottico non lineare che limita la potenza ottica utilizzata nei sistemi in [[fibra ottica]]. Il segnale trasmesso può essere manipolato con il dithering al fine di limitare il "rumore" trasmesso.

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<references />

== FontiBibliografia ==

* {{en}} Aldrich, Nika. "[http://www.users.qwest.net/%7Evolt42/cadenzarecording/DitherExplained.pdf Dither Explained (pdf)]"

* {{en}} Aldrich, Nika. "[http://www.cadenzarecording.com Digital Audio Explained]"