O que é dithering? Floyd–Steinberg, Atkinson e Bayer explicados

O que é dithering? Também chamado de pontilhado em português, o dithering é uma forma de mostrar mais tons do que uma tela ou impressora realmente consegue reproduzir, organizando as poucas cores disponíveis em padrões que o olho mistura. Um campo de pixels pretos e brancos espalhados parece cinza a uma distância normal de visualização. Este guia explica como funcionam os principais algoritmos, no que eles diferem e como obter resultados limpos.

Por que o dithering existe

Os primeiros computadores, impressoras e consoles portáteis tinham paletas muito pequenas. Uma tela de 1 bit tem exatamente dois valores por pixel: aceso ou apagado. Se você simplesmente arredondar cada pixel de uma foto para o valor disponível mais próximo (a chamada limiarização), todo cinza médio vira um bloco chapado de preto ou branco e a imagem se desmancha.

O dithering resolve isso trocando resolução espacial por resolução tonal. Em vez de cada pixel estar correto por si só, pequenas áreas chegam, na média, ao brilho certo. A mesma ideia funciona com qualquer paleta limitada, de 2 cores a 16 ou 256.

Difusão de erro vs. dithering ordenado

Existem duas grandes famílias de algoritmos de dithering.

• Difusão de erro processa os pixels um de cada vez, normalmente da esquerda para a direita e de cima para baixo. Cada pixel é arredondado para a cor mais próxima da paleta, e a diferença (o erro de quantização) é empurrada para os pixels vizinhos que ainda não foram processados. O resultado é orgânico e granulado, e preserva bem os detalhes.
• Dithering ordenado compara cada pixel com uma grade fixa e repetida de limiares. Nenhuma informação passa de um pixel para outro, então o resultado tem uma textura regular, com um padrão bem visível. É rápido e totalmente previsível.

Floyd–Steinberg

Publicado por Robert Floyd e Louis Steinberg em 1976, é o método de difusão de erro mais conhecido. Depois que um pixel é arredondado, o erro dele é dividido entre quatro vizinhos:

        *    7/16
 3/16  5/16  1/16

O * é o pixel atual. As frações somam 16/16, então todo o erro é repassado e o brilho geral da imagem se mantém. Por isso o Floyd–Steinberg vai bem em degradês suaves e tons fotográficos sutis, ao custo de uma granulação fina e agitada na imagem inteira.

Atkinson

Bill Atkinson desenvolveu essa variante na Apple, e ela virou a marca registrada do Macintosh original de 1984, com sua tela de 1 bit em preto e branco. Ela espalha o erro por seis vizinhos, dando 1/8 a cada um:

     *   1   1
 1   1   1
     1

Só 6/8 do erro são distribuídos; o quarto restante é descartado. Como parte do erro vai fora, áreas quase brancas tendem a assentar no branco puro e áreas quase pretas no preto puro. Você perde alguns detalhes nas altas luzes e nas sombras, mas ganha um resultado mais nítido, com mais contraste e menos ruído nas áreas chapadas.

Bayer 4×4 e 8×8

As matrizes de Bayer, que levam o nome de Bryce Bayer, da Kodak, são as grades de limiares padrão do dithering ordenado. Uma matriz 4×4 contém 16 valores de limiar:

  0   8   2  10
 12   4  14   6
  3  11   1   9
 15   7  13   5

Cada valor é ajustado à faixa de brilho, e o pixel acende se for mais claro que o limiar da sua posição na grade repetida. Uma matriz 4×4 consegue expressar 17 níveis de tom distintos e produz um hachurado cruzado grosso e marcante. Uma matriz 8×8 contém 64 limiares, o que dá 65 níveis e degradês mais suaves, com um padrão mais fino.

Qual algoritmo usar?

• Floyd–Steinberg: fotos, retratos e degradês suaves em que você quer o máximo de fidelidade tonal.
• Atkinson: gráficos de alto contraste, logos, rostos com iluminação forte e qualquer coisa que deva parecer um software clássico de Mac.
• Bayer 4×4: um visual retrô proposital, com padrão, que continua legível mesmo em tamanhos pequenos.
• Bayer 8×8: o mesmo visual com padrão, mas com degradês mais suaves.

Em vídeo, o dithering ordenado tem uma vantagem prática. Como cada pixel é comparado apenas com uma grade fixa, uma área parada fica idêntica de um quadro para o outro. Já a difusão de erro pode fazer a granulação tremeluzir, porque pequenas mudanças se propagam pela imagem.

Experimente no Gerador de Dithering

Abra o Gerador de Dithering e carregue uma imagem: faça o upload, arraste o arquivo ou cole com Ctrl+V / Cmd+V.

1. Aumente o contraste primeiro. O dithering exagera tons médios sem definição. Aumente o contraste e depois use o brilho e o gama (0,2–3,0) para levar os detalhes importantes para os tons médios.
2. Compare os quatro modos. Alterne entre Floyd–Steinberg, Atkinson, Bayer 4×4 e Bayer 8×8 na mesma imagem. As predefinições de um clique Macintosh 1984 (Atkinson) e Difusão de erro Floyd–Steinberg são bons pontos de partida.
3. Use o Inverter claro/escuro se o seu assunto for escuro sobre fundo claro e o resultado parecer invertido.
4. Exporte em PNG, nunca em JPEG. O PNG não tem perdas, então cada pixel continua exatamente preto ou branco. A compressão do JPEG borra as bordas duras em blocos cinza e artefatos, destruindo o padrão que você acabou de criar.

Tudo roda no seu navegador, então suas imagens nunca saem do seu dispositivo. Se preferir renderizar a mesma imagem com caracteres, experimente o Conversor de Imagem para ASCII, ou transforme um clipe em arte de texto com o Conversor de Vídeo para ASCII.

Onde o dithering aparece hoje

• Pixel art no estilo Game Boy. A tela do Game Boy original mostrava quatro tons, então os artistas usavam padrões de dithering para sugerir tons extras, e esse visual hoje é um estilo por si só.
• Estética de risografia e de zines. Designers usam padrões de dithering grossos para conseguir uma textura granulada, com cara de impresso, em pôsteres e zines.
• Telas de e-ink. Os leitores de e-book mostram um conjunto limitado de cinzas, por isso as imagens costumam passar por dithering para parecerem mais suaves.
• Jogos web e indie. Jogos de 1 bit e de paleta limitada usam o dithering como uma assinatura visual proposital.

Se você quer pontos que crescem e diminuem em vez de pixels espalhados, leia O que é halftone?, que compara as duas técnicas.