Compreendendo as imagens e seu armazenamento em disco

Uma imagem é uma representação visual ou uma percepção visual de um objeto ou cena. No mundo digital, as imagens são frequentemente criadas e exibidas usando pixels – pequenos pontos que se juntam para formar uma imagem. Cada pixel carrega informações sobre cor e brilho, criando coletivamente a experiência visual que percebemos.

Diferentes formatos de arquivo, como JPEG, PNG, WEBP e outros, são usados para armazenar essas imagens digitalmente. Mas você já parou para pensar o que é exatamente uma imagem e como essas representações visuais são armazenadas nos discos do nosso computador?

Como as imagens são armazenadas no disco?

Quando você tira uma foto ou cria um gráfico em seu computador, ela precisa de um local para ser armazenada. É aqui que entra em jogo o conceito de armazenamento de arquivos. Uma imagem de computador é uma imagem composta por um conjunto de elementos chamados pixels.

Essas matrizes de pixels são armazenadas em discos de computador como arquivos de imagem, que podem ser unidades de disco rígido (HDDs) tradicionais ou unidades de estado sólido (SSDs) modernas. Depois que as imagens forem armazenadas, poderemos visualizá-las mais tarde. Arquivo de imagem significa um arquivo eletrônico armazenado em formatos de arquivo. Da mesma forma quando falamos em internet, as imagens armazenadas são veiculadas do servidor para o navegador e assim podemos ver as imagens nos sites.

Voltando ao assunto, as imagens são frequentemente armazenadas como uma coleção de pixels, com cada pixel representando uma unidade minúscula e discreta de cor e brilho. Esses pixels são organizados em uma grade e a combinação de suas cores e posições cria a representação visual geral. Um pixel representa uma cor. Uma imagem com resolução de 1024 por 798 pixels possui 1024 x 798 pixels (817.152 pixels). Assim, cada pixel terá suas próprias informações de cor. Mas como esses pixels são desenhados novamente para reproduzir a imagem?

Para entender isso, precisamos armazenar informações sobre a posição dos pixels, bem como o nível de brilho.

Tecnicamente, as informações sobre a resolução da imagem, altura/largura, profundidade de cor, distância focal, criador da imagem, localização geográfica e hora em que a foto foi produzida são chamadas de metadados.

Esses metadados também são armazenados junto com os dados da imagem. Podemos ainda dividir esses metadados em 2 partes;

1. Metadados Técnicos
   • Para que o computador exiba a imagem corretamente, ele precisa saber o seguinte:
     • Altura e largura da imagem – para que cada linha da imagem comece no lugar correto.
     • Profundidade de cor – para que o número correto de bits seja usado para representar a cor de cada pixel.
     • Resolução – para que a imagem seja exibida no tamanho correto.
2. Metadados descritivos
   • Todos esses metadados extras de informação da imagem. Estas são as partes essenciais dos metadados. Mas imagens coloridas ou tiradas pela câmera também podem conter outros metadados como;
     • Hora – quando a foto foi tirada
     • Geo – o local onde a foto foi tirada
     • Distância focal – distância focal da câmera
     • Criador da imagem – nome do criador da imagem
     • Legendas – legenda da imagem
     • Título - Nome do arquivo

Qual é o processo de armazenamento de imagens?

O processo de armazenamento de uma imagem em disco envolve a conversão da informação visual da imagem em um formato que pode ser salvo e recuperado.

As imagens normalmente são capturadas por dispositivos digitais, como câmeras, ou geradas digitalmente por meio de software, e cada imagem é composta de pixels, que são pequenos pontos que formam os elementos visuais da imagem.

Existem muitos formatos de imagem e cada um tem sua própria estrutura. Vamos dar um exemplo de formato JPEG para entender como as imagens são armazenadas no disco.

O armazenamento de uma imagem JPEG terá um processo para criar informações de cabeçalho, tabelas de quantização, codificação de Huffman, transformações de cores, divisão de blocos, transformação discreta de cosseno (DCT), quantização, codificação de entropia (codificação de Huffman) e marcador EOI anexado no final.

Quando uma imagem é salva, toda a estrutura, desde as informações do cabeçalho até os dados de pixel compactados e codificados, é gravada no disco. O processo inverso ocorre durante a recuperação da imagem, onde o arquivo é lido, e cada etapa é revertida para reconstruir a imagem para exibição ou processamento.

Termos envolvidos no processo de armazenamento de imagens

Pode haver muitos, mas abaixo estão alguns dos principais termos usados no processo de armazenamento de imagens

1. Formatos de arquivo: Cada imagem é salva em um formato de arquivo específico, que determina como os dados são estruturados e como a imagem é compactada. Os formatos de imagem comuns incluem JPEG (Joint Photographic Experts Group), PNG (Portable Network Graphics), GIF (Graphics Interchange Format) e muito mais.

2. Informações de Pixel: Os pixels de uma imagem carregam informações sobre cor e brilho. Numa imagem colorida, cada pixel é geralmente representado por uma combinação de três canais de cores: vermelho, verde e azul (RGB). A intensidade de cada canal determina a cor geral do pixel.

3. Compressão: Para otimizar o espaço de armazenamento, as imagens são frequentemente comprimidas. A compactação reduz o tamanho do arquivo removendo informações redundantes ou desnecessárias. Porém, é fundamental encontrar um equilíbrio, pois a compressão excessiva pode levar à perda de qualidade da imagem.

4. Metadados: as imagens também podem armazenar informações adicionais conhecidas como metadados. Isso inclui detalhes como as configurações da câmera usadas para capturar uma foto, a data e hora em que ela foi tirada e até dados de geolocalização.

5. Sistema de arquivos: O armazenamento de imagens é organizado pelo sistema de arquivos no disco. Este sistema gerencia como os arquivos são nomeados, organizados em pastas e acessados pelo sistema operacional.

6. Acesso e recuperação: Uma vez armazenadas, as imagens podem ser acessadas e recuperadas por aplicativos ou pelo sistema operacional. É assim que você pode abrir uma foto no seu computador ou visualizar imagens em um site.

Compreender os fundamentos da imagem como funciona o armazenamento de imagens fornece insights sobre como o conteúdo visual que encontramos diariamente é gerenciado por nossos dispositivos. À medida que a tecnologia continua a avançar, também avançam os métodos de captura, criação e armazenamento de imagens, moldando a forma como experienciamos o mundo visual que nos rodeia.