EL PROCESO DIGITAL

Aspectos generales

La fotografía digital pertenece a la familia de la imagen digitalLa fotografía digital pertenece a la familia de la imagen digital

C d h bl d i di it l f i l iCuando hablamos de imagen digital nos referimos a cualquier información visual definida con valores digitales que un ordenador puede tratar. Pero es preciso distinguir entre dos tipos: las imágenes raster y las imágenes vectoriales.raster y las imágenes vectoriales.

Las imágenes raster son aquellas que estáncompuestas por una matriz de elementos discretos_separados_ que están codificados a través de unosvalores matemáticos binarios donde quedan reflejados elconjunto de parámetros definidores de la representación.

Las imágenes vectoriales se basan en la definición, a través de una fórmula matemática, del conjunto de objetos gráficos (líneas, rectángulos, círculos, trayectorias, atributos etc.) que conforman la imagen final.

La fotografía digital pertenece a la categoría de imágenes de tipo raster o de mapa de bits, como también se denominan.

Aspectos generales

Cuando hablamos de imagen digital tenemos que tener también presente lossiguientes aspectos generales:

1.- El tipo de información gráfica con la que estamos tratando.

Dibujo lineal. Cuando encontramos un predominio de las líneas y los planos en laconstrucción de la imagenconstrucción de la imagen.

Pintura gestual. Cuando encontramos un predominio de los trazos irregulares, conuna intensa modulación de la línea y la mancha.

Imagen fotorrealista. Cuando la imagen es el resultado de un registro a través decualquier sistema óptico o ha sido sintetizada a través de un programa.

2.- Los ámbitos de aplicación de la imagen. Cuatro son los ámbitos esenciales deaplicación de la imagen digital:

•Pantallas electrónicas (vídeografía, presentaciones y multimedia e internet)•Material fotográfico de naturaleza química.•Papel impreso a través de las artes gráficas tradicionales.•Papel impreso a través de impresoras digitales•Papel impreso a través de impresoras digitales.

El registro de la realidad óptica

La agudeza visual, o poder separador del ojo, sepresenta como la facultad a partir de la cual nuestro

El ojo ha evolucionado para limitar la cantidad de información capaz de percibir.

presenta como la facultad a partir de la cual nuestrosistema visual es capaz de diferenciar dos puntos, demanera que si estos están muy próximos puedenllegar a impresionar a un solo receptor de la retinaproduciendo un estímulo único.

El proceso de lectura de un conjunto dado a travésde cierto número de sus partes se denominade cierto número de sus partes se denominamuestreo.

Las partes seleccionadas se denominan muestras yson capaces de representar suficientemente la formadel fenómeno inicial.

Los sistemas de muestreo creados por el hombre seLos sistemas de muestreo creados por el hombre sediseñan para evitar que la pérdida de informaciónafecte a la representación -una imagen- que sepretenda hacer. Sus umbrales de muestreo secalibran para que estén por encima de la agudezavisual al observar las imágenes a una distancia dada.

La imagen óptica. Primer paso en todo registro fotográfico

La imagen óptica surge como consecuencia de la modulación que sufren unos rayosde luz al ser reflejados por los objetos del mundo y por la selección de estos a travésde un mecanismo colector agujero/lente cuando son confinados en un recinto la

g p p g g

de un mecanismo colector _agujero/lente_ cuando son confinados en un recinto -lacámara- que evite la interferencia de otros rayos.

Una escena fotográficapuede definirse como elpuede definirse como elconjunto de rayos que son reflejados, absorbidos o en su caso, ,emitidos o transmitidos por el conjunto de los objetos físicos dispuestos ante la cámaraante la cámara.

La imagen electrónica. Paso intermedio en todo registro digital

La imagen electrónica la definimos como la conversión de una imagen óptica que alestar proyectadas sobre un dispositivo fotosensible especial se generan una serie detensiones eléctricas directamente relacionadas con las luminosidades inicialesincidentesincidentes.

Esta transformación es analógica por cuanto se mantiene un principio deproporcionalidad entre la señal lumínica de partida y la señal eléctrica resultante. Para

li t tili l t t d t d lirealizar este proceso se utiliza un elemento transductor que es capaz de realizar unmuestreo, sobre la base de un gran número de elementos de imagen.

El dispositivo sensor es un complejo circuito electrónico con una capa fotosensible capazEl dispositivo sensor es un complejo circuito electrónico con una capa fotosensible capaz de generar pequeñas cantidades de electricidad cuando recibe luz .

Muestreo periódico

A través de un muestreo periódico se analiza cada uno de los pixels dispuestossiguiendo un orden lineal. La pérdida de información es inversamente proporcional a lacantidad de puntos de imagen que pueda contener el dispositivo fotosensible: cuantomayor sea el número de elementos para realizar el muestreo mayor información serámayor sea el número de elementos para realizar el muestreo, mayor información serárecogida y, por consiguiente, mayor definición ofrecerá el sistema.

Dispositivos sensores

Se han desarrollado distintos tipos de dispositivos sensores: existen dos tipos básicos:el CCD (dispositivo de transferencia de carga) CMOS (semiconductor de óxido de metalcomplementario).

El CMOS es una tecnología cada vez más desarrollada.

Poseen este sensor algunas cámaras básicas de bajo costo y a un nivel superior la Canon EOS D30

El CCD es la tecnología predominante tanto en cámaras como en escáneres.

Existen tres variantes en cuanto a la menera de procesar la información: CCD interlaceExisten tres variantes en cuanto a la menera de procesar la información: CCD interlacescan, CCD progressive scan y Super CCD.

Un CCD consta de un número determinado de elementos (llamados píxeles) dispuestosf d j t d t d f bá i li l t i i lformando conjuntos que pueden tener dos formas básicas: lineales o matriciales.

Los sensores de CCD consiguen convertir la luz en señales eléctricas por un procesoEl CCD

complejo que podemos resumir de la siguiente manera: Los fotones que conforman laluz que llega al entrar en el cuerpo o sustrato de silicio de un elemento aporta laenergía necesaria para liberar los electrones cargados negativamente de los átomosde silicio Cada elemento tiene un contacto denominado puerta de acoplado (G) quede silicio. Cada elemento tiene un contacto denominado puerta de acoplado (G) queen el momento de ser aplicada cierta cantidad de voltaje a través de un electrodo (E)permite a la zona de silicio situada debajo (P) ser receptiva a los electrones liberados(R). Esta zona, a modo de recipiente o alvéolo, acumula los electrones en proporcióna la cantidad de luz incidente en el elemento. El adecuado tratamiento por parte de loscircuitos de cada una de las señales eléctricas analógicas obtenidas por cada

elemento dará en última instancia una imagen visual.

L i f ió l i d if t i t t d i t d

Señales analógicas y señales digitales

La información, en cualquiera de sus manifestaciones para ser tratada, registrada,almacenada, etc. por algún medio electrónico requiere ser descompuesta en magnitudesque son representadas en variaciones de voltaje eléctrico para que puedan efectuarse todaesta serie de tratamientos mediante los diversos circuitos eléctricos. La representación depesas magnitudes puede ser de dos maneras: la analógica y la digital.

En la señal analógica, como la ofrecida por el vídeo tradicional (no digital), el valor del potencial eléctrico es proporcional ala magnitud que representa, por el cual existe analogía entre ese potencial y la magnitud tratada.la magnitud que representa, por el cual existe analogía entre ese potencial y la magnitud tratada.

En el tratamiento digital, la magnitud representada es medida un gran número de veces y a intervalos muy próximos(discretos), cuyos resultados son codificados en forma de impulsos binarios. Cada impulso es contenido por un bit y laseñal completa estará formada por un tren muy largo de bits que serán almacenados en lugares específicos denominadosmemoriasmemorias.

La digitalización

El proceso de digitalización consiste en la transformación o traducción de la figura curva de la señal analógica en una sucesión de impulsos que sólo pueden tener unos valores determinados o puntos sucesivos identificados con números.

El modelo digital se basa en la manipulación de series numéricas que codifican en términos visuales la situación, la intensidad y la cromaticidad de cada uno de los puntos luminosos proyectados en la pantallalos puntos luminosos proyectados en la pantalla.

La digitalización de la imagen fotográfica la faculta para ser tratable a través de

El sistema binario

g g g pordenadores digitales. Estos se caracterizan porque su funcionamiento está basado enel código binario de unos y ceros que, en esencia, representa los dos estados eléctricosdiferenciados que tornan los circuitos de un ordenador, conduciendo o no conduciendo

i t lé t icorriente eléctrica.

A partir de los dos dígitos “1” y “0” es posible representar cualquier número, bajo unsistema numérico binario. A este elemento mínimo de información digital se le llama bit ogdígito binario (0 ó 1), y normalmente se agrupa en porciones de 8 bits llamandose asíbytes.

1 byte = 8 bits = 256 tonos

1 Kilobyte (K) (K) 1024 bytes

1 megabyte (Mb) 1024 Kilobytes

1 gigabyte (Gb) 1024 megabytes

1 terabyte (Tb) 1024 gigabytesy ( ) g g y

La fotografía digital

Los datos digitales son representados en las pantallas por el principio del mosaico ysiguiendo un modo de exploración de trama en los monitores. Mediante este principio laimagen se construye dividiendo la pantalla en una serie de pequeños puntos dispuestosformando líneas horizontales El conjunto de puntos merced a la capacidad de resoluciónformando líneas horizontales. El conjunto de puntos, merced a la capacidad de resolucióndel ojo humano, formará la imagen deseada.

Cada uno de los puntos será visible al ser activado por el haz electrónico. Estos puntosp p pson los llamados pixels y conforman la unidad mínima de información gráficarepresentable. La información correspondiente a cada pixel está almacenada en unamemoria como una sola tensión de activación (ON), mientras que los puntos invisiblesestán almacenados como tensiones de desconexión (OFF) Cada posición de la memoriaestán almacenados como tensiones de desconexión (OFF). Cada posición de la memoriaalmacena cada uno de estos estados, que corresponde a un bit, de los cuales habrátantos como pixeles necesarios para definir la imagen a representar.

R l ió l ió / iRelación resolución/memoria

Esta correspondencia entre puntos (pixels) y bits nos da idea de la cantidad de memoria necesaria para una determinada resolución.

Así, para obtener una imagen que solamente ocupara un bit por pixel, es decir, definida a base de una serie de puntos que permanecen apagados o encendidos (blanco o p q p p g (negro) y que tuviera una resolución visual de 320 puntos horizontales por 200 líneas, la cantidad de pixels representados en la pantalla sería de 64.000, por lo tanto harían falta 64.000 bits para almacenar esa imagen en memoria.

El concepto de resolución

En términos generales la resolución se define como el número de elementos discretospor unidad de espacio. Cada elemento discreto o pixel conforma la matriz definidora dela imagen en la medida en que hay más pixeles para definirla más detalle puede

El concepto de resolución

la imagen, en la medida en que hay más pixeles para definirla más detalle puede

mostrarse.

Podemos encontrar numerosas variaciones del concepto resolución

Variaciones en el concepto resolución I

Puede definir la resolución de la imagen indicando la cantidad total de informaciónque una imagen contiene en sus dimensiones horizontal y vertical (por ejemplo 800que una imagen contiene en sus dimensiones horizontal y vertical (por ejemplo 800x 500 pixeles). Este concepto de resolución configura lo que se denominacomúnmente dimensión de imagen. El número de pixeles no sólo nos da una ideade la resolución que tiene una imagen sino también su tamaño físico. Hay que teneren cuenta que las mapas de bits siempre tienen pixeles enteros, no puede habermedios píxeles, de ahí que sea más exacto hablar en pixeles que en centímetros opulgadas. En el momento en que relacionamos la cantidad de pixeles de unaimagen con la resolución de salida de un sistema resulta el tamaño final de laimagen con la resolución de salida de un sistema resulta el tamaño final de laimagen en un dispositivo de salida dado. Así si queremos saber el tamaño final quetendrá una imagen impresa con 300 puntos por pulgada (impresora láser porejemplo) nos bastará con dividir la cantidad de pixeles totales de la imagen( l ió d i ) l id d d d l ifé i d(resolución de imagen) por la cantidad de puntos capaz de provocar el periférico de

salida referido.

Variaciones en el concepto resolución II

Puede definir la resolución de entrada a través de la cantidad de información que un

p

Puede definir la resolución de entrada a través de la cantidad de información que un dispositivo de escaneado puede capturar por unidad de espacio (usualmente pixeles por pulgada ppi). Las resoluciones de entrada máxima que un dispositivo de digitalización (escáner o cámara digital) vienen definidas generalmente por la cantidad de información real que el sistema óptico de un dispositivo puede muestrear(definida esencialmente por el número de sensores independientes contenidos en los CCD) a esto se le denomina resolución óptica. En ocasiones se utiliza el concepto de resolución interpolada para describir la cantidad aparente de información -ya que estaresolución interpolada para describir la cantidad aparente de información ya que esta técnica no añade detalles nuevos- que un escáner puede capturar con la ayuda de un procesador capaz de hacer un promedio entre los pixeles adyacentes para añadir otros nuevos.

Variaciones en el concepto resolución III

Puede describir la resolución de pantalla a través del número de elementos visuales horizontales y verticales que un monitor puede mostrar: 640 x 480 (Vga), 800x 600 (S ) 1 024 768 (X )(Svga), 1,024×768 (Xga)

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Variaciones en el concepto resolución IV

Define la resolución de salida haciendo referencia a la densidad horizontal de huellas o marcas que un determinado dispositivo de salida -como una impresora láser o una filmadora- es capaz de producir. La unidad de medida utilizada es la de puntos por pulgada (dpi) Cuando se trata con tramas de semitonos es decir cuando tratamos la imagen para(dpi). Cuando se trata con tramas de semitonos, es decir, cuando tratamos la imagen para su reproducción en artes gráficas, se habla de lineatura o frecuencia de trama que describe la densidad de puntos -manchas de puntos- que hay por unidad de espacio (líneas por pulgada).

Tono

Para obtener una imagen con gradaciones tonales debería almacenarse ciertacantidad de información adicional que permitiese, por ejemplo, controlar lai t id d d l d i l t ió l t ll d fintensidad de luz para cada pixel para su representación en la pantalla, de formaque entre los dos estados iniciales OFF negro ON blanco se intercalarán variosniveles de gris. Cada nivel de intensidad que queramos introducir debe sercontenido por un bit adicional para cada pixel.contenido por un bit adicional para cada pixel.

Para una imagen con 8 niveles de gris diferentes es necesario 3 bits.

Color I

P l i l i t l l i t id d d d l

Color II

Para generar la imagen en color es necesario controlar la intensidad de cada color através de un número de bits adicionales. El color que posee cada pixel en el monitorcorresponde al equilibrio que adquieren los tres haces (que informan sobre laproporción de cada color). Por ejemplo, para la obtención del rojo puro, el únicop p ) j p , p j p ,cañón activado sería el rojo, para el amarillo estarían activados el rojo y el verde,para el blanco serían activados los tres cañones y así sucesivamente para toda lagama del espectro, pero limitado por el número de bits que se dedican a cada pixel.

En un supuesto al que asignemos tres bits para cada uno de los tres colores, con el fin de lograr ocho tonalidades cromáticas a cada color, obtendríamos un total de 9 bits dedicados a cada pixel en la representación visual. Con estos tres bits por color primario conseguimos un total de 512 colores posibles (8 x 8 x 8 = 512). Si asignamos 4 bits a cada color, es decir, 12 bits por pixel, nos permite la generación de 4096 colores, pero siguen siendo insuficientes para obtener una imagen totalmente fotorealista. Harían falta entre 6 a 8 bits por color primario, es decir, entre 18 o 24 bits por pixel para conseguir una imagen con degradados perfectos.

Si i l id d d l ió j t l d t ió d

Color e información

Si unimos las necesidades de resolución junto a las de representación de unelevado número de colores, comprenderemos la dificultad que supone gestionar yalmacenar tal cantidad de información. Para dar una idea sirva de ejemplo elsiguiente dato: para una imagen con una resolución de 1.024 pixels X 1.024 pixels ysiguiente dato: para una imagen con una resolución de 1.024 pixels X 1.024 pixels y16,7 millones de colores harían falta 3 Mb. de memoria.

Toda esta información está organizada en la memoria del ordenador en forma del d bit ( b t ) d l l h b á t t ú d bit hplanos de bits (o en bytes), de los cuales habrá tantos como número de bits hayan

asociados a cada pixel; este conjunto de planos considerados como una entidad sedenomina buffer de cuadros, memoria concebida para contener una imagen gráfica

completacompleta.