Este texto aqui (baseado nos conceitos desenvolvidos em um trabalho de Rodenacker e Bengtsson (2003)) eu tenho copiado/colado em vários outros trabalhos depois que escrevi para a minha dissertação de mestrado. O alto nível de reciclagem indica que ele é extremamente útil, por isso resolvi publicá-lo aqui (com as devidas adaptações).

Extração de Características

Rodenacker e Bengtsson (2003) publicaram um estudo sobre técnicas de extração de características que, embora tenha sido motivado pela pesquisa em citologia, serve como referência para quaisquer aplicações de análise de imagens. Nele os autores apresentam um sistema de taxonomia para as características que podem ser extraídas das imagens digitais. O sistema usa padrões claros de nomenclatura e definição de características, e eu acabei adotando de modo generalizado.

As características são agrupadas em quatro grandes categorias:

a) Características Morfológicas

São as medidas da forma dos objetos que compõem a imagem. Elas não levam em conta a intensidade dos pixels e podem ser calculadas sobre imagens binárias que resultam do processamento das imagens coloridas.

Circularidade, área, largura, etc.

b) Características Cromáticas

São as que descrevem a cor, ou composição espectral da radiação emitida ou refletida dos objetos, quantificada pela intensidade dos pixels em diferentes bandas espectrais (que significa… cor).

Medidas estatísticas das intensidades, como média, mediana, desvio-padrão, e outras, são usadas para caracterizar os pixels pertencentes a cada objeto. Estas características podem ser extraídas diretamente de cada banda que compõe a imagem.

c) Características Texturais

São medidas que caracterizam a variabilidade local das intensidades dos pixels. Dentre as várias formas de medir texturas, há os métodos que utilizam a de matriz de co-ocorrência, dos quais já falei aqui no blog.

d) Características Estruturais ou Contextuais

Estes descrevem a relação entre um ou mais objetos que compõem a imagem, com por exemplo, a posição do núcleo de uma célula com relação à sua membrana. Lembro que este conceito foi o mais difícil de entender quando tive esta aula, mas pode ser que um exemplo sirva para amenizar a confusão.

No post da semana passada, que analisava um caso de segmentação em uma imagem de um pino em um dente, precisamos segmentar apenas as áreas que estavam dentro de uma camada. Para isso precisamos identificar a camada em questão e as áreas de cor branca. Eram necessários dados de duas regiões para decidir se uma delas seria incluída na amostra – isto marca uma característica estrutural.

Na prática

Na prática percebi que esta classificação não tem só o sentido semântico bem organizado – ela ajuda na implementação da classificação também.

C. Morfológicas podem ser obtidas usando só o perímetro de uma área; as Cromáticas precisam das 3 bandas da imagem; Texturais são normalmente de processamento mais lento (só use-as quando nada mais funcionar); e as Estruturais usam informações já calculadas dentro dos outros grupos de características.

Referência:

Rodenacker K, & Bengtsson E (2003). A feature set for cytometry on digitized microscopic images. Analytical cellular pathology : the journal of the European Society for Analytical Cellular Pathology, 25 (1), 1-36 PMID: 12590175

Como funciona

Exemplo de exame com várias imagens.

Nos equipamentos de exame mais complexos, com o de Tomografia e o de Ressonância magnética, cada exame é composto de várias imagens. Na maioria das vezes são imagens de secções (fatias) do corpo do paciente. Além da imagem, o arquivo também guarda informações sobre o ângulo, orientação e outras formas de localizar cada secção quando as imagens forem analisadas.

Estas imagens ficam organizadas em uma hierarquia que pode ser vista como o sistema de pastas que usamos normalmente (e é representada por pastas na maior parte dos visualizadores).

Cada exame é um estudo (study), e é o equivalente ao diretório raiz daquele exame. Todas as imagens de um mesmo estudo possuem o mesmo valor na tag Study Instance UID (0020,000D).

Hierarquia de um estudo (exame) em DICOM.

Alguns exames requerem a obtenção de imagens em várias posições, ou níveis de exposição. Neste caso, o estudo é dividido em séries (series), sendo que cada série corresponde a uma posição, por exemplo. Todas as imagens da mesma série possuem o mesmo valor na tag Series Instance UID (0020,000E).

Cada série contém um número de imagens, ou fatias (slices). Cada uma das imagens é um DICOM Information Object (vou traduzir como Objeto-informação). Cada objeto contém informação suficiente para que se saiba a que estudo e paciente ele pertence, mesmo que seja separado dos outros. Cada objeto possui um identificador único, na tag Instance UID (?ver número da tag), capaz de determinar se um objeto (imagem) já existe ou não em um determinado banco, evitando duplicações.

Na página do Osirix tem estudos completos para baixar e usar como exemplo. E se você tem um Mac pode usar o Osirix para ver as imagens.

Software

Procurei por semanas um software que funcionassem no Ubuntu e fosse capaz de abrir estudos inteiros e me deixar visualizar as imagens em séries…

O Aeskulap viewer parece fazer isso, mas por alguma razão obscura não funcionou no meu computador.

ImageJ (de novo)

Mosaico construído com o ImageJ, de uma série de um dos exames disponíveis para download na página do Osirix.

Semanas depois descobri um programa capaz de abrir uma série em cada janela, como um conjunto de stacks: Adivinhe se puder:
o ImageJ.

É só ir no menu File –> Import –> Image sequence… e escolher uma série. Não clique sobre nenhum arquivo, apenas coloque um asterisco na caixa de texto onde deveria ficar o nome do arquivo. Vai abrir uma janela com algumas opções de seqüencia de imagens. Se não tiver preferências em específico, clique OK.

As imagens abrem na mesma usada para os stacks, e é possível passar as imagens manualmente, exibir como filme ou gerar mosaicos. Mas o ImageJ não abre imagens compactadas.

Existe um plugin chamado Tudor DICOM que funciona como um visualizador DICOM dentro do ImageJ, e até tem uma versão “stand alone”, mas por algum motivo bizarro (de novo) não consegui fazer funcionar. Entrei em contato pela lista, mas ninguém pôde me ajudar, já que parece ser um problema meio incomum.

Outros

Neste fórum, encontrei o 3D Slicer. Estou baixando ele neste momento e pretendo instalar e testar nesta semana.

Alguém conhece outro bom visualizador DICOM que funcione em Linux? Por favor envie um comentário. Ainda quero fazer uma lista com estes recursos todos aqui no blog.

(Créditos: A primeira imagem é um PET scan, uma técnica de medicina nuclear, de Reigh LeBlanc.)

Até mais!

Da definição do próprio documento do padrão (PS3.10, pagina 11):

DICOM file format: The DICOM file format provides a means to encapsulate in a File the Data Set representing a SOP Instance related to a DICOM Information Object.

“the Data Set” é um conjunto de dados (que normalmente envolve uma ou mais imagens e várias outras informações relacionadas.

Exame de ressonância magnética.

Crédito da imagem: Gaetan Lee.

“a SOP Instance related to a DICOM Information Object“: SOP é a sigla para Service Object Pair (par serviço-objeto). Um serviço do padrão DICOM é uma norma para um procedimento, como armazenar, imprimir, recuperar do banco de dados, entre outros. Os objetos são as modalidades descritas no padrão, que representam as técnicas médicas para obter cada exame, como Ressonância Magnética, Tomografia Computadorizada, Ultra-som, entre outros.

Como exemplo, uma SOP Instance equivale à instrução: armazene este Ultra-som. Onde Armazene é o serviço Store, Ultra-som é o objeto e “este ultra-som” é a instância do objeto.

Agora em português: O arquivo é uma forma de armazenar um conjunto de dados relativo a um procedimento médico. Por isso não é permitido armazenar só a imagem (que é apenas uma parde da informação), e é obrigatório o armazenamento do TODO o conjunto de dados.

Cada arquivo só pode conter informação associada e uma SOP Instance, ou seja, não se pode misturar exames de mais de uma modalidade (ultrassom com raio-X) ou de vários pacientes num mesmo arquivo.

Nomes dos arquivos

O padrão define que os nomes dos arquivos devem ter no máximo 8 caracteres. Todos os exemplos que aparecem no documento têm todos os caracteres maiúsculos, sem nenhuma extensão e não há nenhuma menção à extensão .dcm. No entanto, a maioria das imagens disponíveis para download em outros sites, vêm com esta extensão, além de ultrapassarem o número de 8 caracteres. ??

Cabeçalho (Header)

Um arquivo DICOM é formado por um cabeçalho padrão e o conjunto de dados.

Screenshot do diálogo do ImageJ que mostra as informações textuais gravadas no arquivo DICOM.

O cabeçalho e formato por três partes. A primeira é um preâmbulo de 128 bytes. Este espaço não é usado pelo padrão DICOM – é um convite à compatibilização com outros formatos. Uma aplicação pode salvar aí um cabeçalho que permita a visualização da imagem e/ou do conjunto de dados por um programa qualquer.

A segunda parte é a seqüencia de caracteres “DICM”.

A terceira parte é um conjunto de Meta Elements, com Tags e comprimentos definidos no PS 3.10 do padrão. São as tags do grupo 0002.

Tags são compostas de 4 dígitos hexadecimais (gggg,eeee), onde gggg representa o grupo, e eeee, o número do elemento dentro do grupo.

Conjunto de dados do corpo do arquivo

O corpo do arquivo é uma lista de tags e atributos. Eles reúnem informações sobre o paciente, o procedimento realizado (exame), equipamento de imageamento médico, condições de aquisição da imagem, entre outros. O conjunto de informações que deve aparecer no arquivo é definido de acordo com a modalidade, que também é declarada em uma das Tags.

Os equipamentos de imageamento que produzem informações no padrão DICOM, estão programados para atender o padrão, enviando as informações necessárias para a transmissão (para o servidor) e/ou armazenamento local.

Imagem(s)

A imagem faz parte do corpo do arquivo e é armazenada com a Tag (7FE0,0010).

Esta imagem é distribuída, como exemplo, com o ImageJ.

O padrão define que cada arquivo só pode ter uma imagem, mas não limita o número de frames (camadas de imagem). O que significa que um número ilimitado de imagens pode ser armazenado, desde que tenham mesmo tipo e tamanho. É regra converter imagens geradas como vídeo (como em angiografias) em um conjunto de múltiplos frames, que serão tratados como uma série temporal. Alguns visualizadores são capazes de reconstituir o vídeo, através de uma animação.

O padrão define alguns formatos para a imagem. Há um formato sem compressão (o ImageJ só abre este), e vários tipos de compressão aceitos (JPEG 2000, Run Lenth, entre outros), tanto sem perda, quanto com perda de informação. No caso de usar compressão com perdas, essa informação é adicionada ao arquivo, com a Tag 0028,2110 seguida pelas informações sobre o método e a taxa de compressão, nas tags 2112 e 2114, do mesmo grupo.

Software

O ClubPACS tem uma lista de visualizadores DICOM gratuitos. Com eles é possível ver as imagens geradas pelos equipamentos. Não é possível salvar qualquer imagem como DICOM e, na maioria dos programas, também não é possível fazer alterações nas imagens. Estas tarefas obedecem a protocolos específicos. Somente equipamentos de radiologia (e alguns simuladores) podem produzir imagens DICOM.

Ufa!

Digite a sigla dicom no google e você recebe mais de 3 milhões de respostas. Informação confiável? Útil? Haha! Para escrever este post arregacei as mangas (e coloquei os óculos) para ler o PS 3.10, além de partes do PS 3.3 e PS 3.5 do padrão. A vantagem é que saiu direto da fonte, sem intermediários.

Ajudaram também Uma introdução não-técnica ao padrão DICOM (em inglês) e a velha amiga Wikipédia. Aqui tem alguns exemplos de imagens DICOM, em tipos diferentes de compressão.

Esta informação ajudou? Inscreva-se para receber todas as atualizações: RSS feed do ImageSurvey!

Foi criado por um comitê formado a partir da união entre American College of Radiology (ACR) e do National Electrical Manufacturers Association (NEMA), com a finalidade de solucionar o problema da babel de formatos de arquivos, imagens e informações gerados por equipamentos e fabricantes diferentes, dentro das aplicações de imageamento médico. O grupo trabalhou desde 1983, produzindo 3 padrões. O terceiro é o DICOM, publicado em 1992 e usado até hoje.

A página oficial foi a que menos contribuiu nesta pesquisa. O artigo da Wikipedia em inglês ajudou bastante, com histórico e informações gerais. Já o artigo da Wikipedia Lusófona tem um aviso de inconsistência, que eu pretendo resolver enquanto faço minha própria pesquisa (mais artigos virão, aguarde…)

A versão mais atual, oficialmente, é a de 1992, ainda. Mas houve várias atualizações de lá para cá. O site oficial mantém um conjunto de arquivos pdf atualizados (aparentemente ano a ano). A situação em termos de propriedade intelectual também pode ser encontrada no site oficial.

Imagem de mecredis.

O padrão

Como o seu nome completo faz suspeitar, DICOM não é só um formato de arquivo. É um padrão para comunicação e imagens em medicina. Na prática, o padrão DICOM especifica vários serviços, que incluem os procedimentos que o comitê considerou necessário para o atendimento de todos os procedimentos necessários para o atendimento das rotinas presentes no exercício da medicina, que passem pela geração e análise de imagens.

Para tanto, o comitê padronizou as ações, dividindo-as em serviços.

Serviços DICOM

A seguir estão alguns dos serviços inclusos no padrão:

DICOM Store, ou Armazenamento DICOM
Serviço usado para enviar imagens ou outras informações, como relatórios, informações do paciente, para um sistema de PACS.

DICOM Storage Commitment, ou Confirmação de Armazenamento
Usado para confirmar que uma imagem foi armazenada permanentemente. É como um protocolo de segurança, que avisa o usuário quando ele pode, com segurança deletar os arquivos em sua estação de trabalho local.

Lista por sunshinecity.

Query/Retrieve, ou Busca e Recuperação
Permite a uma estação de trabalho localizar listas de imagens, entre outros, e recuperá-lo a partir do PACS (ou banco de dados) em que estão armazenados.

Modality Worklist, ou Lista de Tarefas
Habilita um equipamento de imageamento médico (chamado pelo padrão de modality) a obter detalhes de pacientes e exames agendados eletronicamente.

Modality Performed Procedure Step, ou Procedimento Realizado por Equipamento
É um serviço complementar ao worklist que habilita um equipamento a enviar relatórios sobre um exame realizado, incluindo dados de aquisição das imagens, horários de início e fim e duração do exame, assim como doses de contrastes, por exemplo.

Printing, ou serviço de impressão
Usado para enviar imagens para uma impressora de DICOM. Há um padrão de calibração para ajudar a manter a consistência entre os vários equipamentos de visualização, incluindo a impressão de cópias físicas.

Off-line Media (DICOM Files)
Este serviço corresponde ao formato de arquivo DICOM, de extenção .dcm. Ele descreve como armazenar informações e imagens médicas em uma mídia removível qualquer. É obrigatória a inclusão da “File Meta Information”, que são as informações textuais ligadas à(s) imagem(s). Alguns exames geram, por definição, várias imagens. Estas devem ser armazenadas sempre no mesmo arquivo, juntamente com a identificação do paciente. O fato de agrupar todos estes dados evita que exames possam ser trocados e atribuídos a pacientes errados.

Serviços e modalidades

O padrão também define como deve ser tratado cada um dos serviços em cada modalidade, como Raio-X, Tomografia Computadorizada, entre outros (consulte o artigo sobre o uso de imagens na medicina). Isto porque cada uma das modalidades (tipos de exames) têm suas particularidades que devem ser respeitadas e atendidas. As associações entre serviços e modalidades são referidas no padrão como SOP (Service-Object Pair).

Software e outras ferramentas

O site ClubPACS fornece uma grande variedade de links para visualizadores, aplicativos e ferramentas de desenvolvimento que atendem o padrão DICOM, assim como várias ferramentas de PACS (Sistema de Comunicação e Arquivamento de Imagens).

Na pesquisa avançada de imagens do google, deixei tudo em branco, só selecionei o tipo de arquivo, e obtive os seguintes resultados:

GIF – 389.000.000 (aproximadamente)
JPG – 337.000.000
PNG – 217.000.000
BMP – 61.600.000
TIF – 126.000

Fiquei surpresa com a vitória do GIF e comecei a examinar alguns sites dos meus bookmarks para ver se encontrava uma explicação. Claro, não demorei muito para lembrar que a grande parte dos gráficos de publicidade, assim como muitos botões, ícones e afins usam gif por causa do suporte à animação. Então isso não reflete a quantidade de arquivos usada para publicar imagens.

Foi então que reparei em outras opções da busca avançada, e fiz nova busca marcando a opção “conteúdo de fotos“. Não sei como o google separa as fotos de todo o resto, mas isso mudou o resultado da busca para:
JPG – 319.000.000
GIF – 99.800.000
PNG – 42.300.000
BMP – 20.200.000
TIF – 62.200

Imagem por aussiegall.

Vitória folgada do JPG. E não é difícil de entender. Eu mesma uso JPG no blog porque minha hospedagem tem um limite de armazenamento de dados e eu quero ficar longe dele por um bom tempo antes de ter que recorrer a um plano mais caro. O importante na internet é garantir que o leitor possa ver a imagem que você quer mostrar.

A imagem que coloquei aqui, ficou com 29,4 kB em JPG e 393 kB em PNG e 152 kB em GIF. Mas, atenção!, os gráficos que coloquei aqui estão em PNG, e ficaram com 4,37 kB. Fiz um teste com JPG e, para conseguir a mesma nitidez, teria que ficar com 25,1 kB.

Bom é usar a ferramenta certa para cada problema…

JPEG é a sigla para Joint Photographic Experts Group, grupo organizado nos anos 80, para unificar e melhorar tecnologias que tornassem possível a transmissão de imagens os terminais de texto usados na época. E conseguiram!

Tartaruga por Kaibara87.

Pense em computadores na década de 80… do que você lembra? Devagar (beeeem devagar), quase nada de memória e menos ainda de resolução na tela! Foi neste contexto que nasceu a primeira versão do padrão “ISO/IEC IS 10918-1 ITU-T Recommendation T.81″, que ficou conhecido pelo nome do grupo que o criou: o JPEG.

Mas vamos ao que interessa. O site oficial JPEG traz mais informações históricas e também sobre o grupo, mas não é onde se encontram as informações técnicas. Elas estão no texto do padrão que eu não pretendo ler, por isso a melhor fonte que tenho no momento é a wikipédia. O artigo em inglês está bem completo! A propósito, a página de discussão com muitas divergências resolvidas e um histórico de umas 100 edições até agora, são a imagem do verdadeiro espírito cooperativo que a wikipédia trabalha para ter…

Compressão

Como o objetivo do padrão JPEG sempre foi reduzir tamanho de arquivo mantendo a imagem aceitável para a visão humana, a compressão perde informação (em inglês, isto se chama lossy-compression). Sendo assim, estes arquivos não são adequados para medições por softwares de processamento e análise de imagens. No entanto, como algumas câmeras só produzem arquivos deste formato, conheço laboratórios que fazem a captura em JPG na maior resolução possível e, assim que carregam as imagens para o computador, convertem para TIFF. É arriscado, mas se não der para comprar outra câmera ainda, é a solução.

Esta imagem (minha) teve alto nível de compressão, e é possível ver os famosos quadradinhos.

O padrão JPEG define como deve ser a compressão, mas muitos softwares não a implementam completamente, o que significa que você pode obter arquivos diferentes em softwares diferentes com a mesma imagem e parâmetros. E esta é mais uma daquelas informações que não fica clara ao usuário do programa. A implementação completa do JPEG segue as seguintes etapas:

1. Conversão do espaço de cores, de RGB para YCbCr. Isto para tirar proveito de uma das características marcantes na nossa visão: prestamos mais atenção no nível de brilho do que nas cores.

2. Os dois canais Cb e Cr, que contém as cores, têm a sua resolução reduzida, ou seja, de 256 níveis, passam a ter, por exemplo, 128. O canal Y, que contém o brilho, fica intacto.

3. A imagem é dividida em quadrados de 8 x 8 pixels (esta é a origem do artefato mais conhecido: os quadradinhos). Os quadrados passam por uma operação chamada de Transformada Discreta de Cosseno. As transformadas são operações e evidenciam o domínio da freqüência, que é uma outra forma de analisar características de uma imagem, da qual pretendo falar aqui, em breve. Por enquanto, basta dizer que ela revela elementos de baixa freqüência (pequena e suave variação ao longo de uma grande área) e de alta freqüência (variações rápidas de brilho ou cor), e que nossos olhos são mais sensíveis ao segundo grupo.

A imagem original, da minha página do flickr.

4. Os elementos de alta frequência têm sua resolução reduzida por um fator que depende do nível de compactação selecionado pelo usuário ou pelo software. Dependendo do nível selecionado, eles podem até desaparecer por completo.

5. UFA! O resultado é, então comprimido com um algoritmo de compressão que não tem perda de dados.

Metadados!

Também é possível incluir metadados (informações textuais) em uma imagem JPG, a exemplo do que acontece com TIFF e PNG. A maioria das câmeras fotográficas faz isso, usando o padrão Exif

Este artigo (alemão, escrito em inglês) aprofunda o tema dos metadados no jpg, alertando sobre o fato de estarmos publicando estes metadados na internet, sem nem sabermos quais são eles. O artigo também ensina como se livrar desses dados.

OK, o que é importante aqui?

Primeiro. Se o seu objetivo for usar a imagem para medições ou processamento por software, esqueça o JPEG, porque ele destrói parte da informação que foi captada. O olho humano pode não notar a diferença, mas a sua medição pode ficar comprometida. Se o objetivo for só olhar ou publicar na internet, esse pode ser o melhor formato.

Segundo. Cada vez que você salvar uma imagem em jpg (mesmo que ela tenha vindo de um arquivo jpg) o processo acontece de novo. Isso, na maioria das vezes, gara mais perda de qualidade a cada versão do arquivo.

Mais informações nos links já citados… Até mais!

Onde

O formato PNG tem sua página oficial, que traz informações completas e (que boa surpresa!) data da última atualização no rodapé de cada página. Algumas partes do site têm data deste mês, outras permanecem como em 2006 (talvez não precisem mesmo de atualizações).

Principais usos

O objetivo, com o formato PNG, é de atender bem os seus dois principais usos: internet e edição de imagens. Não existe nenhuma intenção, por parte dos desenvolvedores deste formato, em suportar múltiplas imagens, como TIFF, ou animações, como GIF.

Recorte de uma imagem de robpatrik.

Algumas das vantagens direcionadas para aplicações web são as transparências, o gamma-correction (permite o controle de brilho em diferentes plataformas) e suporte ao progressive display (que é uma forma de abrir a imagem progressivamente do browser, para que o usuário saiba que ‘está abrindo, não está travado’). Este post do Coding Horror trata especificamente de otimização de PNG para web, o que não é objetivo do ImageSurvey.

Para a edição de imagens, ele possui outras vantagens. Diferente do JPEG, sua compactação não perde informação (é do tipo lossless), por isso a imagem se mantém a mesma, mesmo após ser salva inúmeras vezes. Diferente do TIFF, sua especificação não permite a adição de novas funções, assim o que é salvo em uma aplicação (quase) certamente será aberto em outra que suporte PNG. É preciso dizer, aqui, que apesar do PNG básico não variar, o uso de extensões à especificação é possível (ver Chunks).

Tulipa negra por aussiegall.

Chunks

Este é o nome dado aos pedaços de informação que fazem parte do formato PNG. Eles podem ser definidos pela especificação (neste caso todos os softwares devem conhecê-los) ou personalizados – neste caso o próprio chunk pode instruir os programas que não o conheçam a ignorá-lo.

Tipos de imagem

O formato PNG suporta três tipos de imagem: coloridas (3 canais de cor), níveis de cinza (um canal de cor) e paletizada (uma canal numérico ligado a uma paleta de cores). A todos estes, pode ser adicionado um canal alpha, que indica o nível de transparência para casa pixel, que pode variar entre 0 e 255 (para canais de 8 bits). Há suporte, ainda, para canais com até 16 bits.

Software

A página oficial possui também informações completas sobre o status atual do suporte, aceitação, etc. Apesar de ter sido editada pela última vez em 2006, a página traz informações úteis, assim como links para listas de software que suportam PNG. É claro que a lista pode ser aumentado em dois anos, mas é certo que não diminuiu.

Porque usar PNG para aplicações científicas?

E porque não usar? A escolha óbvia seria o TIFF, como já foi comentado neste blog, mas o PNG também é um bom candidato. Tem compressão lossless (não perde informação) e tem suporte na maioria dos softwares, independente de plataforma. Esta não poderá ser a sua opção apenas se você procura um formato para armazenar várias imagens, ou se pretende usar tags personalizadas, ou mesmo específicas do formato TIFF. O PNG também é capaz de armazenar metadados, quando um dos chunks de texto for suportado pelo software que se está utilizando.

Mais informações

Para quem precisa saber TUDO SOBRE PNG, existe um livro que pode ser baixado sem custo, no formato html.

A sua flexibilidade se deve ao uso de um cabeçalho adaptável. O programa que salva a imagem no formato TIFF pode incluir no cabeçalho do arquivo quantos campos de informações necessitar, na forma de tags.

O TIFF foi criado originalmente pela empresa Aldus e hoje pertence à Adobe. Este formato foi desenvolvido para unificar os formatos em que scanners e faxes salvavam suas imagens. No início era um formato binário (cada pixel podia ter valores de um ou zero). Com a evolução dos scanners e dispositivos de armazenamento, o formato evoluiu para níveis de cinza, cores e outros recursos.

A melhor fonte de informações que encontrei está na pagina da Aware Systems. E a documentação oficial pode ser encontrada na Adobe.

Sobre as tags

Referência para tags básicas e algumas (não sei dizer se 10 ou 90%) das tags proprietárias pode ser encontrada na Tags reference.

Curioso sobre quais tags os seus arquivos têm? É só baixar o TifTagViewer. Além de matar a curiosidade, ele é uma boa ferramenta para quem pretende desenvolver aplicativos que suportem TIFF. É como abrir um brinquedo para ver o que tem dendro… sem quebrar nada.

Imagem por josef.stuefer.

TIFF como formato para imagens científicas

Segundo o material da wikipedia sobre TIFF, foi a inclusão da tag SampleFormat, na versão 6.0 que fez com que este formato se tornasse popular em aplicações científicas. De fato, o SampleFormat permite que se armazene imagens em valores de ponto flutuante, negativos e até complexos. A tag BitsPerSample que permite que se armazene até 16 bits por pixel também é importante para quem precisa de alta resolução espectral.

Outra característica vantajosa é a possibilidade de se reunir várias imagens em um único arquivo. Infelizmente a maioria dos softwares não suporta mais de uma imagem por arquivo, o que a torna esta possibilidade quase um mito…

Compressão

Sim, pode-se usar compressão em TIFF. Veja a referência para a tag Compression para uma lista do que é possível fazer. Assim como quase tudo no TIFF, o algoritmo de compressão também é ao gosto do freguês (leia-se o software que salva a imagem). A maioria deles não informa qual a opção que usa porque os simples mortais não precisam se preocupar com isso – mas essa é uma das informações que se pode conseguir com o TifTagViewer.

GeoTIFF

Imagem por woodleywonderworks.

GeoTIFF é um padrão de metadados em domínio público, criado para armazenar informações usadas para aplicações de sensoriamento remoto, cartografia e áreas afins. O padrão permite que se armazene informações de georreferenciamento, como o sistema de coordenadas, localização, entre outros. Estas informações ficam invisíveis para programas que não suportam GeoTIFF, nestes as imagens são abertas como se fossem do formato tiff comum.

Novidades?

Difícil dizer… a última grande atualização foi em 1992!, depois disso, só pequenas adições.

Tudo que encontrei sobre novas versões do TIFF foram algumas especulações, além de uma prévia do BigTIFF, que é uma proposta para ampliar o tamanho máximo de arquivo. Hoje o tamanho máximo de um arquivo .tif é de 4 gigabytes, o que pode parecer muito para fotógrafos de celular, mas em algumas aplicações científicas isto é um limite importante.

E depois dessa pesquisa só fazendo um desabafo… bem que os portais e grandes sites poderiam datar suas páginas! Sem uma data (mês e ano seria ótimo) da última atualização, fica bem trabalhoso separar informações atuais daquelas já empoeiradas.

Conhecer formatos de imagem é uma tarefa sem fim (tive certeza disso quando vi o anúncio de um software que garante ser compatível com mais de 100 formatos de imagem). Mas vou encarar este desafio porque faço parte da equipe de desenvolvimento de um software, e esta foi uma das tarefas que me coube. Por isso provavelmente vamos ter aqui alguns posts sobre o assunto.

Quais são os formatos mais comuns?

Na web precisamos de imagens com qualidade apenas suficiente para visualização na tela (isso é pouco), e tamanho de arquivo menor possível. Isso faz com que o JPEG, o PNG e o GIF sejam os formatos mais usados. JPEG é adequado para imagens de fotografia (superfícies com variações suaves em tons e cores). Para gráficos (superfícies de cor constante e bordas bem definidas) temos o GIF e o SVG. O PNG nasceu como alternativa para o GIF, mas tem suas particularidades, sendo usado, muitas vezes, para imagens fotográficas também. Na wikipedia (em inglês) dá para encontrar informações sobre vários formatos e suas aplicações.

Imagem por mim mesma.

Para processamento e análise de imagens as prioridades são outras: qualidade é imprescindível e o tamanho do arquivo… “se puder reduzir, melhor; se não puder, compramos mais um servidor”. Nestes casos usa-se mais o TIFF, com exceção da área médica que tem seu formato próprio, o DICON. Este último foi criado especialmente para armazenar imagens médicas, podendo-se colocar um conjunto de imagens mais a informação (metadados) sobre o paciente, tudo em um mesmo arquivo. Algumas variações do TIFF, como o geoTIFF, também permitem o armazenamento de metadados junto com as imagens.

Além dos formatos “genéricos”, existem os proprietários, geralmente ligados a um programa ou fabricante de software, como os formatos do Corel e do Adobe. Estes têm a vantagem de manter as possibilidades de edição no programa ao qual pertencem. Por exemplo, o texto continua sendo interpretado como texto, e pode ser editado facilmente, assim como os objetos gráficos – linhas, formas, etc.

O que é preciso saber para escolher um formato?

Em primeiro lugar está uma informação bem simples, que não depende de nós, simples mortais. Quais formatos o programa em que você vai abrir ou editar a imagem suporta? Essa informação é fácil de se obter quando se tem o programa instalado, ou mesmo através da documentação que a maioria dos fabricantes mantém na web. Se o objetivo for abrir em todos os browsers (com é comum para webmasters), já fica um pouco mais difícil ter certeza. A saída é fazer uma lista com todos os browsers e checar a documentação de um por um, ou acreditar (como eu) na informação que a maioria dos internautas confirma: que o JPEG sempre funciona (sempre?).

Depois de saber quais formatos você pode usar, precisa decidir qual quer usar. Aí vem a primeira pergunta. Com compressão ou sem compressão? Compressão de imagens é uma forma de reduzir o tamanho da imagem. É como se resumíssemos um texto para caber em um livrinho menor. Isso é vantagem para quem tem restrição de espaço para armazenamento ou velocidade de comunicação.

Com perdas ou sem perdas? Sim, é possível reduzir o tamanho do arquivo sem perder informações, como com PNG ou o JPEG-LS, mas não tanto assim. Os formatos que não usam compressão acabam ficando bem maiores. Por outro lado, aplicações de processamento de imagens normalmente são bem prejudicadas por compressão com perdas, como fica claro no exemplo a seguir.

Exemplo do efeito da compressão da imagem no resultado de um método de detecção de bordas. Repare como o resultado da segunda imagem parece mais sujo que o da primeira. O primeiro resultado foi obtido da imagem original e o segundo, de uma versão em JPEG com 10% de qualidade. (A imagem original é minha.)

Além disso, quem pretende editar suas imagens várias vezes precisa saber que cada vez que salvar uma imagem em um formato com perdas, estará incorporando ainda mais perdas.

E mais,

É claro que isso não cobre todos os aspectos com que podemos nos deparar, mas representa a maior parte das situações. Algumas áreas de aplicação têm seus formatos consagrados, como a área médica, já citada, e a de sensoriamento remoto. Também há os que gostam de usar programas antigos (por qualquer razão, explicável ou não), aí resta conviver com o velho BMP. E não falei do PDF, que também serve para publicar coisas, texto ou imagem, na web.

Bom, esse tópico pode render muito assunto ainda, até mais!