CIFRARE E DECIFRARE IMMAGINI A COLORI

Garro Christian

Competenze richieste:

Aver chiari i concetti di pixel e risoluzione di un’immagine: si possono seguire le attività sulla Pixel Art.

Materiale

Matite colorate o pennelli, importante che ci sia il colore nero

Per svolgere le attività si consiglia di stampare i due template forniti
–Template per l’attività di crittografia con immagini a colori (1 foglio per ragazzo)

Forbici a punta tonda o un taglierino

Età

A partire da 8 anni

Numero di giocatori

Da 8 giocatori in su

Competenze acquisite

Obiettivi di apprendimento al termine della classe terza della scuola primaria

Ambito dati e informazione
O-P5-D-2. Utilizzare simboli per rappresentare semplici informazioni strutturate (es. immagini “bitmap”, …)

Obiettivi di apprendimento al termine della classe quinta della scuola primaria

Ambito dati e informazione
O-M-D-1. Riconoscere se due rappresentazioni alternative semplici della stessa informazione sono intercambiabili per i propri scopi

Ambito dati e informazione
O-M-D-2. Effettuare operazioni semplici su simboli che rappresentano informazione strutturata (es. numeri binari, immagini “bitmap”)

Attività di cifratura di immagini

PREPARAZIONE:

Se si ritiene che gli alunni si possano fare male si consiglia agli insegnati di:

stampare i template;
generare delle chiavi da scrivere sui template (Seguire le indicazioni su come si creano per l’attività che prevede l’utilizzo dei colori!);
usare delle forbici o un taglierino per ritagliare i pixel neri e l’immagine dal foglio;
fornire agli alunni l’immagine ritagliata insieme al template da cui si è appena tagliata l’immagine.

INTRODUZIONE:

Per poter cifrare delle immagini che utilizzano i colori non utilizzeremo più la Trasformazione dei pixel vista prima o diventerebbe troppo complicato! Utilizzeremo un approccio differente. Faremo uso di altre tre trasformazioni differenti: CIFRA per cifrare l’immagine, RUOTA per ruotare un’immagine di 90° e DECIFRA per decifrare un’immagine cifrata. Da notare che la trasformazione RUOTA verrà utilizzata solo quando useremo la trasformazione CIFRA.
Attenzione! Dobbiamo vedere come sono fatte le immagini cifrate e le immagini che svolgeranno il ruolo di chiave.
Forma delle immagini cifrate: le immagini cifrate saranno delle immagini a colori con degli spazi/pixel bianchi.
In particolare, saranno le immagini ottenute a seguito della trasformazione CIFRA, che vedremo tra poco.
Forma della chiave per cifrare: per capire come deve essere formata la chiave prendiamo un foglio di carta.

PREPARAZIONE:

Disegniamo sul foglio un quadrato e dividiamolo in 16 parti uguali, come da immagine:

Ogni quadratino rappresenta un pixel. D’ora in avanti, i pixel che coloreremo in azzurro dovranno essere ritagliati, lasciando quindi degli spazi vuoti che ci permetteranno di vedere attraverso.
Per capire meglio prendiamo un foglio colorato e appoggiamo su di esso l’immagine che avrà il ruolo di chiave grigia e azzurra. Non riusciamo a vedere attraverso la chiave quadrata di che colore è il foglio sottostante:

Dopo aver tagliato e rimosso i pixel azzurri riusciamo ora a vedere attraverso gli spazi tagliati.

Per i più grandi: come creare una chiave

ATTENZIONE: per i ragazzi più piccoli potrebbe risultare complesso creare una chiave. In questo caso verranno fornite delle chiavi pronte all’uso insieme al template da stampare per svolgere l’attività. Ora che abbiamo capito come interpretare i pixel azzurri è necessario fare alcune precisazioni sull’immagine chiave:

Il quadrato deve essere di dimensione almeno 2×2 o maggiore ma sempre di dimensione pari.
Bisogna dividere l’immagine in quattro parti uguali, colorando le linee centrali. Le 4 parti uguali le chiameremo zone.
Ricordando che i pixel azzurri andranno ritagliati, bisogna riempire le 4 zone con dei pixel azzurri con un determinato criterio: guardando attraverso il quadrato, con i pixel azzurri ritagliati da 4 versi differenti riusciamo a vedere esattamente cosa c’è oltre il quadrato chiave, come se quest’ultimo non fosse presente.
Le zone sono sempre 4 e siccome in questo esempio ogni zona è composta da 4 pixel dovremmo aggiungere 1 pixel per ogni zona. Il numero di pixel azzurri che bisogna inserire nell’immagine chiave corrisponde al numero di pixel presenti in una zona.

Esempio creazione chiave:

Esempio con 1 pixel: Se coloriamo il pixel 1 di azzurro e ruotiamo in successione 3 volte questa immagine, questo pixel andrà a coprire i seguenti spazi (in trasparente sono rappresentati i pixel per cui siamo già riusciti a vedere attraverso, prima della rotazione).

NOTA: effettuare una quarta rotazione non avrebbe senso perché l’ipotetico pixel 5 andrebbe a sovrapporsi sopra al pixel 1 di cui però siamo già riusciti a vedere attraverso! Non crea problemi farlo ma è inutile ed è quindi uno spreco di tempo.

Esempio con 2 pixel: continuiamo e aggiungiamo un pixel nella seconda zona in uno dei 3 pixel grigi disponibili.

Esempio con 3 pixel: aggiungiamo un pixel alla terza zona.

Esempio con 4 pixel: aggiungiamo infine un pixel alla quarta ed ultima zona.

Vediamo ora le trasformazioni CIFRA, RUOTA e DECIFRA nel dettaglio:

Trasformazione RUOTA:

Trasformazione CIFRA:

Per questa trasformazione abbiamo bisogno di due immagini, una è l’immagine che vogliamo cifrare e l’altra è la chiave usata per cifrare.
IMPORTANTE: la chiave deve mantenere lo stesso verso con cui si è presa per utilizzare questa trasformazione.
Restituisce quattro nuove immagini che costituiranno la nostra immagine cifrata.

Vediamo con un esempio come funziona:

Creiamo 4 immagini della stessa dimensione dell’immagine da cifrare e lasciamole tutte bianche.

Sovrapponiamo sull’immagine della fragola l’immagine della chiave.

Andiamo a copiare ciò che vediamo attraverso la chiave su uno dei 4 fogli bianchi creati al punto 1.Questa sarà una delle immagini cifrate, possiamo quindi metterla da parte.

Tenendo sovrapposte le due immagini usiamo la trasformazione RUOTA_ sull’immagine della chiave. ATTENZIONE: è importante ruotare solo l’immagine della chiave e mantenere invece ferma l’immagine da cifrare!

Andiamo a copiare ciò che vediamo attraverso la chiave su uno dei 3 fogli bianchi creati rimasti al punto 1. Questa sarà una delle immagini cifrate, possiamo quindi metterla da parte.

Usare la trasformazione RUOTA_ sull’immagine della chiave. ATTENZIONE: La trasformazione andrà eseguita sulla chiave che era già stata ruotata dopo il punto 4.

Andiamo a copiare ciò che vediamo attraverso la chiave su uno dei 2 fogli bianchi creati rimasti al punto 1. Questa sarà una delle immagini cifrate, possiamo quindi metterla da parte.

Usare la trasformazione RUOTA_ sull’immagine della chiave. ATTENZIONE: La trasformazione andrà eseguita sulla chiave che era già stata ruotata dopo il punto 6.

Andiamo a copiare ciò che vediamo attraverso la chiave sull’ultimo foglio bianco creato al punto 1 rimasto. Questa sarà l’ultima delle 4 delle immagini cifrate, possiamo quindi metterla da parte e concludere l’operazione di cifratura della fragola.

Trasformazione DECIFRA:

Questa funzione prende in ingresso 4 immagini, quelle ottenute dalla trasformazione CIFRA, e restituisce l’immagine decifrata.
Come decifrare:

creiamo un’immagine tutta bianca grande quanto le 4 immagini cifrate;
copiare sull’immagine bianca del punto 1 i pixel colorati presenti nelle 4 immagini cifrate ignorando i pixel bianchi facendo molta attenzione a rispettarne la posizione. Non è importante l’ordine delle immagini. L’immagine che otterremo sarà l’immagine che abbiamo cifrato.