José F. Pertusa Grau - Técnicas de análisis de imagen, (2a ed.)

Por el momento dejaremos el problema que plantean el brillo y el color, pero bástenos decir por ahora que, sea cual sea la forma de medir estas dos características, su precisión también dependerá de la medida de referencia que utilicemos para ello.

3.5.2 Analógico/Digital

Hemos de hacer notar que con la obtención de la medida reducimos la propiedad estudiada a números, a un conjunto de dígitos, y que la expresión numérica de la cualidad supone la pérdida de información, en el sentido de que, en realidad, no podemos más que aproximarnos a la dimensión real del objeto.

Se entiende como analógico todo aquello que es susceptible de ser expresado con infinita exactitud, en función de la exactitud del instrumento de medida.

Por el contrario entendemos como digital todo aquello que se expresa en forma discreta, de manera que los saltos de magnitud son cantidades definidas. Entre dos estados contiguos no puede haber otro intermedio menor de un cuanto. Los relojes digitales se llaman así porque ésta es la forma que tienen de presentar la hora: los seis dígitos que muestran en su visor nos proporcionan la hora segundo a segundo; la unidad de tiempo «un segundo» es el menor cuanto de medida posible.

El clásico reloj de manecillas que mantiene las agujas en constante movimiento podría aportarnos la hora con precisión infinita, si fuésemos capaces de percibirla adecuadamente con nuestros sentidos. Estos últimos se llaman relojes analógicos.

En general, los fenómenos reales que nos rodean se pueden expresar como magnitudes analógicas. En ellos la precisión depende en gran medida del observador.

En el caso de la imagen, cualquiera de ellas que podamos analizar con el sistema binario ojo - cerebro, cualquier imagen real es captada por el ojo como una imagen analógica. Los matices captados son infinitos y son susceptibles de ser interpretados una y otra vez, especialmente el color de los objetos y la definición de sus perímetros.

Cuando la imagen es captada por un dispositivo electrónico, como una cámara de vídeo, los objetos comienzan a ser visibles cuando reflejan una luz suficientemente intensa como para excitar el material fotosensible de la cámara. Los objetos más brillantes que se pueden captar son aquellos que reflejan una cantidad de luz capaz de saturar la respuesta del elemento fotosensible. Para la mente humana que ha construido la cámara, es lógico que existan dos umbrales fuera de los cuales la luz no es capaz de producir cambios en la excitación de sus sensores lumínicos. Evidentemente, estos límites dependen en gran medida de la calidad de los materiales con los que se construyó la cámara.

La arquitectura de los sistemas de captación de imagen por vídeo impone una limitación capital, en lo que se refiere al rango de intensidades que la cámara puede captar. La cámara es capaz de captar luz de diversa intensidad. Cada vez que incide un «rayo de luz» sobre el sensor se genera un impulso eléctrico en la cámara cuya intensidad es equivalente a la intensidad de la luz incidente. La sensibilidad de la cámara se puede expresar en términos de cuáles son las diferencias mínimas de matiz que la cámara puede representar sobre una pantalla de televisión.

Así pues, tenemos:

1 un umbral inferior, por debajo del cual el sistema de captación no resulta estimulado y nosotros no tenemos imagen visible sino una pantalla en negro;

2 un límite superior, por encima del cual es indiferente que la intensidad de luz sea mayor que dicho límite; y, evidentemente,

3 un rango de intensidades comprendido entre el umbral y el límite superior que la cámara puede distinguir como estados distintos.

El umbral determina la sensibilidad de la cámara; al límite superior le denominaremos saturación; y el rango expresa la profundidad, puesto que determina con qué diferencias de matiz captamos la luz incidente.

3.5.3 El píxel

Hasta ahora nos estamos moviendo entre conceptos de tipo analógico, ya que los matices de luz que llegan a la cámara pueden ser infinitos y dependen únicamente de la propia luz que refleja cada objeto. La luz que incide sobre el sensor fotosensible de la cámara genera impulsos eléctricos de intensidades equivalentes a la de la luz. Los impulsos se transmiten por un cable y provocan el encendido de las pantallas de televisión. Y es aquí donde se encuentra el factor crítico para la representación de la imagen. En efecto, la primera limitación proviene de la estructura de la cámara; la captación de la imagen se produce en una placa constituida por un gran número de sensores puntuales, ordenados en filas y columnas. Los sensores analizan e integran la luz procedente de un sector del cuadrado de imagen que se está enfocando, y cada sector se representa en la pantalla de TV con una intensidad igual a la que la cámara envió al ser excitada por la luz.

La representación se puede aclarar con el siguiente ejemplo: el objetivo de la cámara «ve» un trozo de mundo rectangular, pongamos de 100x200 metros de lados, de manera que para poder contener una copia miniaturizada, divide la imagen real en cuadrados de 1x1 metros; cada cuadrado en el que se ha subdivi-dido la imagen recibe la luz correspondiente y manda una intensidad de corriente equivalente a la cantidad de luz de su cuadrado; la señal se manda al televisor, que tiene, al menos, tantos puntos como aquellos en los que se ha dividido la imagen, que se encienden con una intensidad equivalente y que nos permiten ver representada la imagen en la pantalla.

Cada uno de los puntos de información en los que hemos dividido la imagen le llamamos «píxel»; y lo podremos definir como la mínima fracción de información con la que podemos representar una imagen.

La resolución de los instrumentos de captación y representación (cámara y TV) depende exclusivamente del fabricante, con lo que serán tanto más precisos cuantos más puntos (píxeles) tengan para representar la imagen.

En lo tocante a la intensidad eléctrica en la que se traduce la intensidad lumínica, también depende del fabricante y, ya se ha dicho, viene caracterizada por el umbral, la saturación y el rango. Se entenderá que, si tomamos como valor cero (0) a la intensidad umbral y cien (100) al límite superior, y que el televisor no es capaz de mostrar diferencias de luz sino cuando hay una unidad entera de intensidad entre dos valores contiguos, tendremos un rango de 101 niveles distintos de intensidad. Así, el cero será negro, el 100 será blanco y el cincuenta gris. Según vayamos hacia el cero encontraremos los puntos más oscuros y cuando nos acerquemos al valor 100, encontraremos los puntos más claros.

Ahora podemos expresarnos de otra manera. Cada píxel estará iluminado con una intensidad entre cero y cien y la imagen puede escribirse en un papel poniendo 100 columnas de números en doscientas filas, de manera que los valores de esos números variarán entre cero y cien.

Cualquier ejemplo valdría, si tenemos en cuenta que la imagen es descompuesta, al ser captada, en cuadrados de información, píxeles, y que la información que contiene cada cuadrado se encuentra entre el umbral y el límite superior de sensibilidad de la cámara; el rango y el límite superior son números arbitrarios que representan dichas intensidades y que tienen su expresión lumínica en el encendido de los correspondientes píxeles de las pantallas de televisión.

Tal y como hemos expresado el problema, se podrá decir que la información de la imagen se puede expresar como una matriz (así se define una secuencia ordenada de números en filas y columnas), en la que el valor de cada elemento de ella se encuentra comprendido entre el umbral y el límite superior y dos números contiguos manifestarán una diferencia igual al salto mínimo de sensibilidad.