Tutti sanno che le immagini JPEG sono soggette a artefatti da compressione. Ciò significa che ogni volta che un'immagine viene aperta (alterata o meno) e salvata nuovamente, la struttura tonale della foto viene ricompressa utilizzando lo stesso processo distruttivo. La ricompressione dei file causa sempre la perdita di dettagli aggiuntivi. Ogni volta che un'immagine JPEG viene modificata in qualsiasi modo, i 256 livelli di colore originali vengono ridistribuiti e i dettagli vengono persi.
I file JPEG offrono vari livelli di compressione dei file e la modifica e il salvataggio ripetuti provoca un ulteriore degrado.
Ma questa è l'ultima delle limitazioni JPEG.
Prima di tutto, JPEG è un vecchio formato originariamente progettato per un'era lontana. Un gruppo di esperti fotografici (Joint Photographic Experts Group) è stato riunito nel 1986 con l'unico scopo di ridurre le dimensioni dei file immagine molto grandi:
- Per visualizzare su vecchi monitor di computer CRT (Cathode Ray Tube), in pratica vecchi televisori senza sintonizzatori di canale
- Per viaggiare in modo efficiente sulla nascente (lenta) Internet, progettata per soddisfare i migliori standard televisivi di trasmissione
- Per comprimerli per dimensioni e portabilità. La prima specifica JPEG è stata rilasciata nel 1992 e ratificata di nuovo nel 1994.
Ora, a distanza di oltre 25 anni, lo stesso formato è ancora in uso!
Il prezzo del programma
Molti elementi di un'immagine digitale vengono alterati con la compressione di file JPEG. Vero, enormi quantità di spazio su disco vengono salvate nel processo, ma altre parti significative dell'immagine vengono buttate via.
Innanzitutto, il segnale RGB completo viene convertito in uno spazio colore abbreviato utilizzato per la TV analogica, chiamato YCbCr. I display CRT sono guidati da segnali di tensione rossi, verdi e blu, ma la memorizzazione dei segnali RGB comporta dati ridondanti. Sebbene la maggior parte delle informazioni sulla luminanza (luminosità) (canale Y) vengano mantenute, i due canali di colore (rosso e blu) hanno una portata significativamente ridotta.
Le alte luci ritagliate nel processo JPEG sono ancora presenti nel file RAW.
Un'immagine della telecamera RGB originale (TIFF, PSD) contiene enormi livelli di colore; molti dei quali l'occhio umano non riesce a distinguere. Poiché l'obiettivo finale di JPEG è zero grasso corporeo, una volta definita un'interpretazione di base dell'immagine e identificati i 256 colori, quasi tutti i colori "extra" vengono rimossi, lasciando un semplice scheletro della gamma cromatica.
I colori sono caratterizzati da profondità di bit; il numero di piccoli passi misurati tra tutto il colore e nessun colore. Gli esseri umani possono percepire solo 200 livelli di ogni colore in condizioni di illuminazione ideale.
Il problema
La decisione su quali colori eliminare è predeterminata da un modello JPEG di cookie cutter, piuttosto che dalla valutazione umana della struttura tonale di ciascuna immagine. JPEG limita indiscriminatamente il colore di tutte le immagini. Un modello adatto a tutti. Le informazioni in eccesso vengono eliminate.
Fondamentalmente, la compressione JPEG è come la perdita di peso mediante l'eliminazione di parti del corpo piuttosto che la riduzione del grasso; più un'amputazione che una dieta. Come spiegherò più avanti, la produzione di un file JPEG è il formato finale ideale, ma non il più ideale per l'editing delle immagini.
JPEG fa uso di una limitazione della vista umana di base. Possiamo vedere la tonalità più di quanto non identifichiamo i singoli colori. Questo è il motivo per cui vediamo solo forme in condizioni di scarsa illuminazione. La luminosità di base viene mantenuta con i JPEG, ma gran parte del colore viene sottocampionato.
Le successive trasformazioni matematiche multistadio in questo processo diventano sbalorditive molto rapidamente, quindi diciamo solo che alcuni calcoli di matrice 8 × 8 pixel molto intricati hanno luogo sulla base dei limiti della percezione visiva. Il vero voodoo illusorio ottico è al lavoro per ridurre ulteriormente il "peso" di ogni immagine. La vulnerabilità in questo programma di perdita di peso di massa è che i colori JPEG sono più deboli nelle alte luci e possono mostrare brutti artefatti quando le immagini vengono salvate di nuovo. Tutti questi calcoli di compressione vengono eseguiti nuovamente quando le immagini JPEG vengono salvate di nuovo.
La base della compressione JPEG implica una formulazione complicata che coinvolge blocchi di 8 pixel. I valori di ciascun blocco vengono quantizzati e distillati in colori simili per eliminare le variazioni di colore che l'occhio umano ha difficoltà a distinguere.
I file JPEG in genere riducono le dimensioni del 90% rispetto al file PSD o TIFF originale con una perdita percettibile della qualità dell'immagine, purché il file rimanga invariato in termini di dimensioni e contenuto. Le immagini che contengono aree significative di tonalità simili (cieli, superfici di edifici, ecc.) traggono il massimo vantaggio da questo formato di compressione dei file.
Quantizzazione
Questo standard JPEG non è un problema di risoluzione dell'immagine tanto quanto un problema di profondità del colore. Il numero di pixel non viene ridotto, ma il numero di colori lo è. L'aspetto “pixelato” non è causato da un numero ridotto di pixel, ma da una riduzione della qualità del colore di quei pixel. La perdita visibile deriva dalle modifiche alla matrice iniziale di 8×8 pixel quando il file modificato viene salvato di nuovo.
Nel 1992 era impensabile produrre immagini con una qualità superiore a quella che potevano trasmettere i televisori, inclusa la limitazione a 256 toni e la gamma di colori sRGB. Nel 1992, questa era roba all'avanguardia e ha servito bene il settore per molti anni.
I sensori a 14 bit possono acquisire 16.000 livelli di colore in ciascun canale RGB.
Ma poi la Silicon Valley ha sviluppato sensori di immagine per fotocamere e processori in grado di gestire più di immagini a 8 bit. Ciò significava che i produttori digitali iniziarono a costruire fotocamere le cui immagini contenevano il doppio del livello di colore (10 bit o 1000 livelli di colore).
Successivamente, le immagini "deep-bit" sono state adattate da Adobe all'interno di Photoshop, il che ha cambiato tutto. Sono stati sviluppati spazi colore molto più ampi per supportare questa profondità del colore recentemente ampliata. (Tieni presente che la profondità di bit è semplicemente un modo per dividere l'intervallo di un'immagine in passaggi molto più piccoli tra zero colore e colore pieno di un pixel).
Spazio profondo (colore)
Il mio amico Bruce Fraser (il padre della gestione del colore) ha lavorato con Adobe per formulare ciò che conosciamo come Adobe RGB. Successivamente è stato sviluppato uno spazio colore più ampio chiamato ColorMatch RGB. Anche in seguito, è stato sviluppato uno spazio colore ancora più ampio, denominato ProPhoto RGB. Tutti e tre questi spazi colore superano il limite di 256 livelli di JPEG.
Ma anche se un'immagine viene modificata in uno di questi spazi colore più grandi, quando viene salvata come JPEG, viene automaticamente ridotta a 8 bit (256 livelli) per canale.
La profondità di bit è la misura dei toni tra tutto il colore e nessun colore. Le immagini JPEG influiscono sulla profondità di bit dell'immagine, non sulla risoluzione dell'immagine, come comunemente si crede. Ogni volta che un file JPEG viene salvato di nuovo, la perdita di colore aumenta e la nitidezza dell'immagine diminuisce.
JPEG della fotocamera
I file JPEG salvati sulla fotocamera sono "modellati" dalle impostazioni della fotocamera in atto quando l'immagine viene catturata. L'algoritmo applicato ai dati dell'immagine raccolti dal sensore di immagine riflette il modello di colore (sRGB, Adobe RGB e ProPhoto RGB), le preferenze di nitidezza, ecc.
Una parola sulla compressione. La compressione probabilmente non è un termine così accurato per descrivere i limiti di JPEG come potrebbe essere. La compressione suona come quella che fa tua zia Martha quando usa una cintura per comprimersi in un "contenitore" più piccolo, ma è una cosa completamente diversa. Quando è decompressa, tutta la zia Martha è ancora lì.
JPEG utilizza la compressione "con perdita", il che significa in realtà che alcune parti sono state scartate (o tagliate) per sempre. La zia Martha desidera solo che la sua cintura l'aiuti a "perdere" qualcosa in modo permanente.
Pensa alla compressione delle immagini più come un'abbreviazione. Quando un file JPEG viene salvato su disco, i dati acquisiti dal sensore di immagine della fotocamera vengono compressi in uno stampo generale, dettato dalle impostazioni del colore nella fotocamera quando viene scattata la foto.
Foto finita
Questo processo JPEG svolge efficacemente il ruolo prematuro di fotofinish, eliminando la propria interpretazione della scena. Quella che era iniziata come un'immagine di 4000-16.000 livelli per colore viene ridotta a un'immagine di 256 livelli con solo uno scheletro di colore, lasciando poco spazio prezioso per le regolazioni del tono (o del colore).
Sia i toni scuri che quelli chiari sono stati ritagliati dal modello JPEG ma recuperati dal file RAW.
Le limitazioni JPEG di 256 livelli spesso ritagliano i toni più luminosi sul bianco e i toni più scuri sul nero prematuramente (scala di grigi in alto sopra). Le immagini RAW consentono all'utente di recuperare i dettagli che sembrano persi (scala di grigi inferiore).
Se le impostazioni della fotocamera non sono state impostate perfettamente per catturare la luminosità (profondità di bit) e il contrasto (gamma tonale) della scena esistente, il rendering JPEG della foto lascia poco spazio per il recupero.
Alla fine, ogni immagine verrà ridotta a un file di 256 livelli prima di essere condivisa pubblicamente o prodotta come stampa. Questa è solo la natura della fotografia. Esistono pochissimi dispositivi di stampa in grado di riprodurre più di 256 livelli di colore e, anche se potessero, l'occhio umano non potrebbe comunque vedere quei colori extra.
Mentre le fotocamere digitali possono catturare fino a trilioni di colori, la vista umana riconosce meno di 200 singoli colori rosso, verde e blu.
Sufficienza JPEG?
Quindi, se non riusciamo a vedere più di 200 diversi livelli di ogni colore (e JPEG ne fornisce 256), perché abbiamo bisogno dei miliardi catturati come file RAW? Risposta semplice... quei livelli in eccesso offrono ampio spazio ai gomiti per spingere i livelli di colore e la saturazione nei 256 toni visivamente ideali per la stampa da stampare e per gli esseri umani da osservare. Si tratta di ottimizzare i dettagli.
La gamma dinamica della scena della spiaggia ha superato il "modello" JPEG e il dettaglio delle alte luci sembrava essere perso (a sinistra), ma è stato mantenuto nel file RAW (a destra).
Conclusione
Allora cosa possiamo togliere da questo?
Innanzitutto, JPEG è il più semplice dei formati di file fotografici ed è l'ideale (come file della fotocamera) solo quando TUTTI i fattori di illuminazione pre-acquisizione corrispondono alle impostazioni correnti della fotocamera. In secondo luogo, è sempre meglio impostare la fotocamera per registrare file JPEG e RAW di alto livello come polizza assicurativa. E terzo, i dati di immagine integrali salvati come file RAW consentono di modellare il JPEG finale (il più vicino possibile) a ciò che la tua mente ha percepito quando hai fatto clic sul pulsante di scatto.
JPEG è il formato di file digitale con cui vuoi finire, ma non è sempre quello con cui vuoi iniziare. C'è un fattore di spreco coinvolto in ogni processo di produzione e l'imaging digitale non fa eccezione. È meglio avere troppo che troppo poco. Inizia sempre con più del necessario.
Intendi perdere peso, ma fallo secondo i tuoi programmi.