Technische aspecten van digitale afbeeldingen

Doorgaans zijn de digitale afbeeldingen die in het geesteswetenschappelijk domein worden gebruikt zogenaamde raster of bitmap(-ped) afbeeldingen. Bitmapped afbeeldingen, kortweg bitmaps, zijn afbeeldingen waarbij elk beeldelement (pixel) in die afbeelding afzonderlijk is beschreven. Daarnaast bestaan de zogenaamde vectorafbeeldingen. Dat zijn afbeeldingen waarin niet elke pixel afzonderlijk wordt beschreven, maar waarbij simpele objecten in een afbeelding in een formule worden beschreven. Omdat vectorafbeeldingen nooit graduele toonafbeeldingen (zoals sepia-, grijswaarden- of kleurenfoto’s) kunnen zijn, laten we ze hier buiten beschouwing.

Bitmapped afbeeldingen zijn dus afbeeldingen waarbij elke pixel in die afbeelding afzonderlijk is beschreven. Een pixel (kort voor picture element) is een beeldpunt. Een bitmap is dus als het ware een kaart met gekleurde puntjes, te vergelijken met Ministeck. Als de puntjes maar klein genoeg zijn en de kijkafstand tot de afbeelding groot genoeg, lijkt het resultaat een vloeiend geheel.

Kleuren

In een bitmap kan elke pixel slechts één kleur bevatten. Een veelgebruikt kleursysteem om kleuren in afbeeldingen vast te leggen is het RGB (Red, Green, Blue) systeem. Met deze drie hoofdkleuren kan, in verschillende verhoudingen, elk denkbare kleur worden gemaakt. Per hoofdkleur heeft het RGB systeem 8 bits (= 1 byte) ter beschikking. Een bit heeft de waarde 0 of 1. Zo kunnen per kleur 2 ^ 8 = 256 gradaties van die kleur gemaakt worden. Omdat de kleur van een pixel is opgebouwd uit rood, groen en blauw wordt het totaal aantal mogelijke kleuren per pixel 256 x 256 x 256 = 16,7 miljoen kleuren. Dit soort 24 bits (3 x 8) afbeeldingen wordt ook wel true color afbeeldingen genoemd.

Resolutie

Resolutie is een term die het aantal gebruikte pixels in een afbeelding beschrijft. Deze zgn. pixeldichtheid hangt nauw samen met de scherpte en het detail van een afbeelding, maar ook met de grootte ervan. In feite heb je te maken met 2 resoluties, namelijk de beeldschermresolutie (uitgedrukt in pixels) en de afdrukresolutie (uitgedrukt in dpi(dots per inch)).

De beeldschermresolutie is het aantal horizontale en verticale pixels dat de afbeelding bevat op het beeldscherm, b.v. 800 x 600 of 1024 x 768. In dit geval betekent resolutie de pixelafmetingen van de afbeelding. Het aantal dpi drukt de resolutie uit in het aantal pixels per inch en wordt gebruikt om de resolutie van de afdruk op papier aan te geven.

Bij de meeste beeldbewerkingsprogramma’s kan het aantal dpi van een afbeelding aangegeven worden. Daarbij is het dus belangrijk te bedenken voor welk doel de afbeelding gemaakt wordt: voor vertoning op een beeldscherm, of om te worden afgedrukt op papier. Huidige beeldschermresoluties variëren van 72 dpi tot ca 200 dpi. Voor gebruik op het beeldscherm zijn hogere waarden dus niet noodzakelijk. Wil je de afbeelding echter ook geschikt maken voor printen, dan geldt een minimale waarde van 300 dpi.

Bij het afdrukken van een afbeelding moet je je niet laten leiden door hetgeen je op je beeldscherm of digitale camera ziet. Een afbeelding van 800 x 600 pixels die opgeslagen is in 300 dpi om afgedrukt te worden, beslaat een groot deel van het beeldscherm. Wanneer hij echter uitgeprint wordt meet hij slechts 6,75 x 5 cm, niet eens groot genoeg voor een standaard foto-afdruk. Omdat bij de meeste commerciële camera’s enkel de afmetingen en niet het aantal dpi ingesteld kan worden (zoals bij scanners) is het daarom verstandig foto’s die afgedrukt moeten worden op maximale grootte (b.v. 1600 x 1200) op te slaan.

Let op: met betrekking tot resolutie (zowel in pixels als in dpi) geldt: hoe hoger de resolutie, hoe meer detail de afbeelding kan bevatten, maar ook hoe meer opslagruimte de afbeelding zal innemen.

Compressie

True Color bitmaps met een hoge resolutie kunnen een aanzienlijk aantal kilo- of megabytes groot zijn. Dat houdt in dat ze veel opslagruimte in beslag nemen en, in geval van overzenden via netwerken, enige tijd nodig hebben om van de ene computer naar de andere te komen. Een ongecomprimeerde bitmap is te herkennen aan bestandsnaamextensies als BMP en TIFF (bijvoorbeeld image_name.tiff).

Om de bestandsgrootte van een bitmap te reduceren kun je compressie toepassen. Compressie houdt in dat de afbeelding gereduceerd wordt ofwel door simpelweg kleurinformatie uit de afbeelding te verwijderen (zogenaamde lossy compressie) ofwel door de bestaande informatie op een andere, compactere, wijze te coderen (lossless compressie). Ook een gecomprimeerde bitmap is te herkennen aan de extensie. We beperken ons hier tot de twee meest gangbare, te weten JP(E)G en GIF. Achter deze twee formaten gaan verschillende methoden van compressie schuil, te weten de reeds bovengenoemde lossy respectievelijk lossless methode:

Lossy compressie: JPG
Bij JPG-compressie vindt compressie plaats door het reduceren van de kleurinformatie die een afbeelding bevat (anders gezegd: er wordt informatie weggegooid, vandaar lossy compression). Bij dit procédé wordt de afbeelding in kleinere blokken ingedeeld. Vervolgens wordt bepaald hoe vaak bepaalde kleuren voorkomen. Door het instellen van een waarde kan vervolgens bepaald worden hoeveel van de minder vaak gebruikte kleuren mogen worden weggelaten. JPG-compressie is zeer geschikt voor graduele toonafbeeldingen (afbeeldingen met veel kleurinformatie met relatief weinig contrasten en veel nuances in de kleuren) zoals kleurenfoto’s en afbeeldingen met bijvoorbeeld veel grijstinten (ook zogenaamde zwart/wit foto's).

Let op: bij het opslagformaat JPG gaat altijd kleurinformatie verloren. Voor het gebruik op het web of in werkstukken etc. is dit meestal geen bezwaar, maar wanneer de afbeelding object is van gedetaillleerde analyse (zoals bijvoorbeeld in het project Jheronimus Bosch, de Tuin der Lusten) of als foto moet worden afgedrukt of moet worden opgenomen in een catalogus, dan moet voor een betere kwaliteit gekozen worden. De meeste musua die afbeeldingen van materiaal uit hun collectie aanbieden, doen dat ook in een hoge resolutie, zodat goed kan worden ingezoomd op details. Zie bijvoorbeeld de Digital Collection of The Metropolitan Museum of Art. Erfgoedinstellingen maken voor master copies van de afbeeldingen meestal gebruik van het ongecomprimeerde TIFF-formaat, die voor toepassing op het Web geconverteerd worden naar bijvoorbeeld jpg of gif.

Lossless compressie: GIF
GIF-compressie zoekt naar zich herhalende patronen in de pixels in het bronbestand. De afbeelding rechts kent bijvoorbeeld duidelijk een herhaling in horizontale pixels (steeds dezelfde kleur blauw en dezelfde kleur rood). De afbeelding is duidelijk geen graduele toon afbeelding met veel kleurnuances, zoals men dat bij fotografische afbeeldingen ziet, maar een afbeelding met weinig kleuren en veel contrast.

De datareductie geschiedt door niet de bits zelf op te slaan, maar de patronen plus de extra informatie die nodig is om van die patronen weer reguliere plaatjes te maken. Omdat bij dit soort compressie geen beeldgegevens verloren gaan spreekt men van compressie met behoud van informatie, ofwel lossless compression.

Het GIF-format kan maximaal 256 verschillende kleuren opslaan, dit is nog een reden waarom het niet geschikt is voor het opslaan van bijvoorbeeld fotografisch materiaal.

Overige pagina's in deze rubriek: Introductie