UNIDAD 5 Procesamiento Digital de imágenes LA IMAGEN Al igual que los órganos humanos de percepción (los ojos), existen dispositivos que se encargan de transformar señales externas como la luz, en información comprensible para la computadora. Al descomponer la luz blanca se descubre que esta formada de un espectro de señales de diferentes longitudes de onda, en el caso del color blanco es la suma de todas ellas y el negro la ausencia. Una foto, una hoja de libro, o cualquier otro objeto es visible porque cuando la luz incide en él, absorbe y refleja cierta cantidad de luz. Nuestra retina, de forma natural transforma esa información y proporciona la información al cerebro que es quién la interpreta y forma la imagen en nuestra mente. Un dispositivo digital de captura de imágenes, hace las funciones de la retina. Una matriz de sensores es capaz de capturar esas longitudes de onda que desprende el objeto y transformarlas en valores digitales. LA IMAGEN DIGITAL La imagen digital, bien sea generada por la computadora o bien creada a través de algún instrumento de captura, tal como una cámara o un escáner, supone la traducción de los valores de luminosidad y color a un lenguaje que pueda entender la computadora y los periféricos relacionados con ella, es decir, un lenguaje digital. La principal ventaja aportada por este lenguaje es la estabilidad: mientras que la emulsión de una imagen fotográfica clásica sufren una degradación química con el paso del tiempo, que repercute en la calidad de dicha reproducción, los ceros y unos que componen una imagen digital permanecen estables, con lo que la imagen no variará a lo largo del tiempo. Entre los dispositivos para capturar imágenes están los escáner, las cámaras digitales y las placas capturadoras de vídeo. Escáner Los de mas comunes y accesibles al usuario común son los de sobremesa dependiendo del área que puedan digitalizar (A4, A3,...) aumentan su tamaño considerablemente. También existen aquellos que pueden adquirir imágenes en 3D o almacenar movimientos tomados de cuerpos móviles para ser reproducidos en modelos virtuales. Al ser una tecnología muy nueva aún no están muy extendidos y su costo es muy elevado por lo que sólo se encuentran en áreas de industria e investigación. La imagen de una película fotográfica se representa electrónicamente por una forma de onda analógica continua. Una imagen digital queda representada mediante valores digitales, procedentes del muestreo de una imagen analógica. Los valores analógicos son continuos. Los valores digitales son impulsos electrónicos discretos, que se han transformado en cadenas de ceros y unos: los únicos dígitos del sistema numérico binario. Visualización Una vez transformada la imagen en formato digital es posible visualizarla en un monitor. Cómo se forma esta imagen? La mayoría de los colores visibles por el ojo humano pueden conseguirse a partir de tres colores básicos, en proporciones e intensidades diferentes. Estos tres colores son los colores primarios: ROJO, VERDE y AZUL (Red, Green, Blue; RGB). Al superponerse crean los colores secundarios: CIAN, MAGENTA y AMARILLO. Debido a que los colores primarios se combinan para crear el blanco, también son llamados colores ADITIVOS. - 1 -
Cómo se construye la imagen en la pantalla de la computadora? El Monitor de la computadora es como un panal formado por celdas cuadradas. Cada una de esas celdas recibirá una determinada estimulación eléctrica de las partículas de fósforo que la componen que hará que presente un color u otro. Partiendo de esta idea básica vamos a ver los elementos que condicionan las propiedades de las imágenes que aparecen en nuestra pantalla: Resolución del monitor Resolución de la imagen Profundidad de color Tipo de imagen Resolución del monitor A grandes rasgos la resolución del monitor viene determinada por dos variables: El tamaño de la "celda", al que se denomina pitch dot y que en los monitores actuales es, habitualmente, de 0,28 mm. Dado que la imagen que vemos está compuesta por puntos adyacentes de diferentes colores, cuanto más pequeños sean dichos puntos obtendremos una mayor sensación de continuidad. El número de puntos que es capaz de enviar a la pantalla la tarjeta gráfica de la computadora. Este parámetro depende de la cantidad de memoria de la que disponga la tarjeta para hacer los cálculos necesarios (actualmente la resolución más habitual es de 800 puntos horizontales por 600 puntos verticales). La variación del número de puntos influirá en el tamaño relativo de las imágenes dentro de la pantalla, ya que al ser fijo, la imagen ocupará un fragmento menor o mayor de la superficie de la misma según la cantidad total de puntos que se hayan representado en ella. IMÁGENES DE MAPAS DE BITS Y VECTORIALES Según el modo en el que se forma una imagen, y cómo se guarda esa información, existen básicamente dos sistemas: los mapas de bits y las imágenes vectoriales. Las primeras están formadas por cientos o millones de puntos de diferentes colores que se sitúan uno al lado del otro. A cada uno de esos puntos se los llama píxel. En el segundo caso, las imágenes vectoriales se forman a partir de información sobre líneas, puntos, superficies y colores. Una imagen vectorial se compone de una o de unas cuantas trayectorias formuladas matemáticamente y formadas por líneas y curvas. Estas trayectorias forman contornos y delimitan áreas, y todos estos elementos pueden presentar un color o textura concretos. Se almacenan como una lista que describe la ubicación y las propiedades de los objetos que configuran la imagen; tales como formas, arcos y líneas. Los gráficos vectoriales, también conocidos como gráficos orientados a objetos, se crean mediante diversos programas de dibujo. Mapas de Bits o RASTER Tal como nos sugiere su nombre se construyen describiendo cada uno de los puntos que componen la imagen y llevan, por tanto, información acerca de la posición absoluta y el color de cada uno de ellos. Podríamos decir que cada punto sería la baldosa de un mosaico con sus propias características. La ventaja que presenta este formato es la posibilidad de recoger una amplísima gama tonal, por lo que es el tipo adecuado para representar imágenes captadas de la realidad. A cambio, la variación de tamaño supondrá modificaciones en la calidad, ya que el número de celdas que forman la imagen permanece invariable, por lo que un aumento del tamaño hace que el único recurso posible sea ampliar el tamaño de cada una de ellas. Podemos deducir por lo dicho anteriormente que su tamaño es muy grande, ya que aquí sí que tenemos información de cada uno de los puntos que forman la imagen. Dentro de este tipo se encuentran muchos formatos, algunos de los cuales son soportados directamente por los - 2 -
navegadores Píxel es la abreviatura de picture element (elemento de la imagen), Cada píxel se almacena en un área de memoria y tiene una dirección numerada. Los píxeles se organizan en un entramado de filas y columnas. Estos píxeles tienen una ubicación específica dentro de la imagen (sus coordenadas de fila y columna), así como un código que especifica su color. Cuando manipulamos una imagen de mapa de bits, en realidad modificamos las características de los píxeles individuales que la forman, en lugar de modificar las formas u objetos representados. Los mapas de bits permiten mayor realismo en una imagen, por lo que son usadas en la fotografía. Pero, al ser ampliadas, pierden calidad y se "pixelan" dejando ver que están formadas por puntos. Resolución de la imagen Raster Se entiende por "resolución" de una imagen la cantidad de puntos que tiene en una superficie. Esto presupone que se trata de mapas de bits, ya que toda imagen vectorial tiene la máxima resolución que permite el formato en donde se encuentra. Básicamente existen dos sistemas de medición que surgen a partir de la utilización del centímetro o de la pulgada: Píxeles por centímetro cuadrado (ppc) Píxeles por pulgada cuadrada (dpi, por sus siglas en inglés, dot per inch) Si el tamaño de la imagen es el mismo, un archivo pesará más cuanta mayor sea su resolución es decir, cuantos más puntos, o información, tenga por superficie-. Y, en líneas generales, mejor será su definición. Por qué en líneas generales? Porque una imagen puede tener una altísima resolución pero estar en un formato que no permite que esto se aprecie. En la práctica: hay una resolución denominada "resolución de pantalla". Es de 72 dpi, la resolución óptima que soporta cualquier tipo de pantalla estándar. Otorgar mayor definición a una imagen que será vista en una pantalla, se traduce en una mayor lentitud al momento de "bajar" la imagen, y esto en Internet, hace más lenta la navegación desde el sitio. Si la imagen debe ser utilizada por sectores, ampliando su visualización para trabajar con detalle este mayor uso de recursos está justificado. RESOLUCIÓN SUPERFICIE IMAGEN TOTAL PÍXELES DE LA IMAGEN 8 pixel/pulgada 1 pulgada cuadrada 8 (8x1) x 8(8x1) = 64 pixeles 16 pixel/pulgada 1 pulgada cuadrada 16(16x1) x 16(16x1) = 256 pixeles 72 pixel/pulgada 1 pulgada cuadrada 72(72x1) x 72(72x1) = 5184 pixeles 72 pixel/pulgada 3 pulgadas cuadradas 216(72x3) x 216(72x3) =46.656 pixeles 266 pixel/pulgada 2 pulgadas alto x 3 pulgadas ancho 532(266x2) x 798(266x3)=424.536 pixeles 300 pixel/pulgada 3 pulgadas cuadradas 900(300x3) x 900 (300x3) = 810.000 pixeles Aumentar la Resolución: Es un concepto relacionado con el anterior y recurriremos a un ejemplo práctico para explicarlo. Cuando captamos una imagen con la cámara o escáner y la imprimimos comprobamos que tiene determinadas dimensiones físicas. Si la imagen fue obtenida con una resolución de 72 puntos por pulgada y a esta imagen le aumentamos la resolución a 150 ppp conseguiremos varias cosas: Su tamaño en pantalla se habrá multiplicado por cuatro al haber aumentado el número al doble el número de puntos necesarios para representar cada pulgada de anchura y de altura. (Recordemos que el tamaño del punto es una característica física del monitor). El programa de tratamiento habrá tenido que "inventar" los puntos necesarios para llegar a la nueva resolución. Para ello habrá realizado una interpolación que consiste en el cálculo de cual sería el valor más probable para intercalar entre dos puntos que en la imagen original eran adyacentes. Lo más probable es que esa interpolación haya reducido la calidad de la imagen ya que habrá sido errónea en muchas ocasiones. - 3 -
Habremos aumentado el tamaño del archivo que guarda la imagen, ya que ahora tiene que almacenar mucha más información. Sin embargo, si imprimimos la nueva imagen observaremos que su tamaño en el papel sigue siendo idéntico al de la imagen original. Profundidad de color Se llama profundidad de color a la cantidad de colores diferentes que pueden presentarse en una imagen. Para almacenar esta información se asigna un número de bits para indicar el color de cada pixel. Imaginemos un pixel blanco o negro: sólo harían falta dos posiciones para indicar si está encendido (1) o apagado (0), esto es 1 bit. Si quisiéramos saber el color de un píxel en una imagen de 16 colores necesitaríamos (2 4 )=16 combinaciones diferentes, esto es 4 bits y así sucesivamente. Veamos los bits necesarios para cada profundidad de color. Número de bits Combinaciones posibles Número de colores 8 2 8 256 16 2 16 aprox. 65000 24 2 24 aprox. 16,7 millones La importancia de esta progresión reside en que, al aumentar el número de colores posibles en la imagen estamos, incrementando inevitablemente el espacio necesario para almacenarla. Más aún: cuando capturamos una imagen con un dispositivo que permita elegir resolución tal como un escáner, solemos pensar que una mayor cantidad de píxel por pulgada nos permitirá obtener una mayor fidelidad con respecto al original, con lo que el tamaño de las imágenes se hace verdaderamente monstruoso. (Recordemos que la resolución de la pantalla es invariable, por lo que si tiene que representar una imagen de alta resolución esta ocupará más en la pantalla, pero no mejorará su tamaño de impresión desde un programa de tratamiento de imagen) Tipo de imagen De acuerdo al modo en que se acumula, procesa y estructura la información que compone la imagen, esta puede ser de dos tipos principales a saber: Orientadas a Objetos o VECTORIALES Este tipo de Imágenes está compuesta por una multitud de objetos geométricos (puntos, líneas, polígonos) definidos por una ecuación matemática que los relaciona entre sí y los posiciona en el espacio. A estos objetos se les puede asignar diferentes propiedades tanto de índole cualitativa como cuantitativa. Ofrecen la gran ventaja de que la calidad de la imagen no varía al modificar el tamaño, ya que la información de cada punto no es absoluta sino relativa al resto de la imagen. Además, debido a su definición matemática apenas ocupa espacio, ya que una fórmula que represente su forma es suficiente para representar todos los puntos que la componen. Es el tipo adecuado para el diseño de línea y figura y no es soportado de forma directa por los programas navegadores de Internet. Las imágenes vectoriales, en general, tienen menos peso. Aunque también menor realismo. Al estar formadas por información de ángulos, líneas, superficies y colores, prácticamente no pierden calidad al ser ampliadas. Almacenar la fórmula para crear una imagen vectorial, ocupa solamente unos pocos kilobytes. almacenar la ubicación y el valor de cada píxel en una imagen de mapa de bits, puede necesitar una cantidad de memoria miles de veces mayor. - 4 -
Es fácil de combinar imágenes vectoriales con metadata (datos no-gráficos) y texto, por que se definen cómo pedazos de un cuadro, que reaccionan y se comportan de acuerdo a las interacciones del usuario, pueden tratarse fácilmente y relacionarlos con propiedades de los objetos. Las imágenes vectoriales suelen admitir la incrustación de imágenes de mapa de bits en su interior y los programas especializados en dibujo vectorial (CorelDraw!, Illustrator y Freehand) cada vez tienen más cualidades de los programas de tratamiento de imágenes de mapa de bits (Photoshop, Corel Photopaint, Paint Shop Pro). Diferencias entre Ambos Formatos.- Las imágenes vectoriales no poseen una resolución fija, son escalables, es decir, podemos hacerlas mayores o menores sin pérdida de calidad, esta solo está limitada por el periférico de salida en el cual la visualicemos. En contraste, cuando aumentamos una imagen de mapa de bits, por lo general perdemos calidad..- Las imágenes vectoriales normalmente se tienen que dibujar, mientras que podemos obtener una imagen de mapa de bits simplemente escaneando una imagen ya impresa..- Como consecuencia del punto anterior, las formas de las imágenes vectoriales son modificables mucho más fácilmente que las representadas en una imagen de mapa de bits..- Las aplicaciones para crear y editar ambos tipos de imágenes resultan, en general, diferentes. Mientras que para imágenes vectoriales existen programas como Corel Draw, Macromedia Freehand, Adobe Illustrator, Autocad, para mapas de bits, los más potentes y populares son Corel Photo Paint, Adobe Photoshop, Paint Shop Pro o Gimp..- La calidad de una imagen de mapa de bits se determina durante la captación según dos factores: resolución espacial y resolución de luminosidad (brightness resolution)..- En la mayoría de los casos, las imágenes vectoriales requieren menos ancho de banda y pueden ser accesados y vistos más rápidamente que los mapas de bit. Las imágenes de gestión y el mapeo de componentes gráficos definidos por sus límites normalmente son más simples que las fotografías y pueden ser representadas fácilmente por gráficos vectoriales o mapas de bits. La elección de una codificación u otra depende de la capacidad de manipulación que se necesite. Los gráficos vectoriales son los que permiten mayor libertad de manipulación. Su diseño basado en objetos permite cambiar fácilmente el tamaño, color, posición, etc. de cualquiera de ellos. Los mapas de bits son más limitados en este ámbito y cualquier cambio puede ser una tarea más pesada. Otro aspecto importante en la elección es la dimensión de la imagen. Una imagen muy pequeña (tipo icono) es recomendable que sea un mapa de bits, ya que los gráficos vectoriales pierden bastante precisión cuando se les hace tan pequeños. Después de apreciar las diferencias básicas entre los tipos de codificación, cual sería la más conveniente, Mapa o Vector? No hay una codificación de imagen mejor que otra. Cada una esta diseñada para adaptarse a un tipo diferente de imagen. Los mapas de bits ofrecen sus mejores prestaciones con imágenes fotográficas y los gráficos vectoriales con imágenes de gestión e interpretación (esquemas, presentaciones, estadísticas, etc.). Las imágenes fotográficas normalmente tienen multitud de colores y cambios de tono irregulares. Utilizando mapas de bits, estas características no tienen ningún problema, pero si para los gráficos vectoriales debido a la enorme dificultad de identificar y delimitar los objetos que forman una imagen. En la mayoría de los casos es casi imposible conseguir un resultado con la calidad de un mapa de bits. - 5 -