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

La microscopía electrónica de barrido se fundamenta en un fenómeno semejante. En este caso las muestras se iluminan con un haz de electrones muy energéticos que barre su superficie; esto produce la emisión de electrones menos energéticos (los llamados electrones secundarios) que son detectados por una sonda y utilizados para generar una imagen de vídeo que se ofrece en una pantalla convencional. Como se ve, el mecanismo implica la emisión de radiación, a pesar de que la interpretación de la imagen la hagamos como procedente de una lupa por su juego de luces y sombras.

1.3 La imagen real y nuestra percepción del mundo

El mundo real es tridimensional. Nuestra percepción del mundo nos da la falsa sensación de que las imágenes también lo son, a pesar de que las imágenes son intrínsecamente bidimensionales. De hecho se trata de haces de luz proyectados sobre un plano. ¿No se trata de una paradoja? La respuesta es no.

La apariencia tridimensional de las imágenes que nosotros percibimos se debe a un procesamiento de la información visual llevada a cabo por nuestro cerebro, por medio de cuatro mecanismos básicos: las referencias espaciales, el movimiento, el mecanismo de estereopar y el juego de luces y sombras.

1.3.1 Mecanismo de estereopar

La retina de cada uno de los ojos, que es una estructura bidimensional, detecta una imagen diferente del campo visual. El cerebro tiene la capacidad de sumar estas dos imágenes bidimensionales y obtener, a partir de sus diferencias, una tercera dimensión sin necesidad de ninguna otra referencia.

1.3.2 Referencias espaciales

Utilizamos las líneas de fuga que determinan la perspectiva de la imagen para estimar la distancia relativa de los objetos al observador. Siempre que miramos al horizonte vemos cómo las líneas paralelas de los objetos de nuestro campo visual se hacen confluentes en algún lugar del horizonte. Además, el tamaño relativo de los objetos conocidos nos permiten interpretar a qué distancia, también relativa, se encuentran situados. Todos tenemos una idea de la estatura normal de una persona; por esa razón, podemos interpretar que dos figuras humanas se encuentran a distintas distancias cuando una de ellas es notablemente menor que la otra y no se trata de niños o individuos sentados. Incluso interpretamos como más próximos aquellos objetos que se ven enteros y más lejanos, los que se encuentran medio ocultos por otros enteros que se sitúan delante.

1.3.3 Movimiento

En una imagen dinámica, el movimiento relativo percibido por el observador también da idea de distancia, ya que el movimiento de los objetos se percibe con una velocidad inversamente proporcional a la distancia a la que están situados: más rápidos los próximos y más lentos los lejanos. Una persona que se desplaza en un vehículo puede apreciar cómo las montañas del horizonte permanecen relativamente estáticas, mientras que las casas y los árboles desaparecen de su vista tanto más rápido cuanto más cerca se encuentran de la carretera.

1.3.4 Juego de luces y sombras

La luz emitida por una fuente luminosa puntual produce, al incidir sobre los objetos, una imagen con zonas en sombras y zonas bien iluminadas distribuidas según el relieve de los mismos. El cerebro aprovecha esta característica para extraer información sobre la dimensión y la profundidad de la imagen. Es notable que muchos sistemas de observación biológica utilizan mecanismos especiales para la creación de sombras con las que dar la sensación de relieve a las muestras, la microscopía electrónica de barrido, la microscopía de contraste interferencial o la criofractura, por ejemplo.

No obstante, no siempre percibimos en biología la tercera dimensión de las imágenes, ya que los aparatos de observación biológica más corrientes, los microscopios de transmisión (ópticos o electrónicos), producen imágenes planas. La tercera dimensión debida al grosor de las muestras queda anulada al obtenerse imágenes como proyecciones sobre el plano focal. En estos casos nuestro sistema visual no es capaz de interpretar la imagen sino como plana.

Así pues, y como conclusión, las imágenes son siempre bidimensionales, aunque el cerebro puede utilizar mecanismos que le informan de la tercera dimensión del mundo real y que le permite interpretar la imagen como tridimensional.

Esta propiedad, lejos de ser inconveniente, nos facilita en gran medida el objetivo del análisis de imagen ya que, anulada una de las dimensiones, siempre trabajaremos en el plano bidimensional. Cuando se precise el volumen como tercera dimensión, se deberá hacer intervenir el espesor del corte en aquellas imá-genes que sean proyecciones planas consecutivas, como los cortes histológicos.

1.4 Información contenida en la imagen

Pero ¿qué información se puede extraer de una imagen? Fundamentalmente hay dos tipos de información contenida en la imagen susceptible de ser extraída mediante técnicas de análisis de imagen cuantitativo: información espacial e información espectral.

1.4.1 Información espacial

Cuando nos referimos a información espacial debemos pensar en todos aquellos parámetros que se presentan en un espacio bi o tridimensional. Podemos pensar inmediatamente en las medidas de los objetos como parte de sus características dimensionales, bien sea el área, el perímetro, el volumen o sus longitudes.

Pero también podemos referirnos con el término «información espacial» al patrón de distribución de los objetos en el plano, a la posición de estos objetos en un sistema de referencia como las coordenadas cartesianas. En este caso podemos considerar como parámetros de interés la distancia entre objetos y, de aquí, otros como la agrupación o dispersión de los objetos en la imagen.

Fig. 1.7 Neuronas amacrinas dopaminérgicas de una retina de lagarto extendida sobre la superficie de un portaobjetos. Las células parecen mostrar un patrón de distribución en el plano de la retina, mostrando una distancia media entre ellas casi constante. (Imagen cedida por los Drs. F. Martínez y E. Lanuza. Departamento de Biología Funcional y Antropología Física. Universitat de València).

La información espacial proporciona datos morfométricos, datos que son la expresión numérica de la forma, tamaño, número y distribución de los objetos en la imagen.

1.4.2 Información espectral: energía radiante

Como ya se ha insistido con anterioridad, las imágenes se obtienen al interaccionar la energía electromagnética con los objetos. Salvo en el caso de que la iluminación se realice utilizando una fuente monocromática, las imágenes son multiespectrales, es decir, reflejan una mezcla de luz de diferentes longitudes de onda, de diferentes colores. Esta diversidad puede ser utilizada para obtener información cuantitativa relevante para la investigación biológica y, de hecho, muchos sistemas de análisis de imagen pueden abordar este aspecto procesando separadamente los tres colores básicos, rojo azul y verde, en los que se pueden descomponer el espectro visible. Trabajar con lo que se llama color real supone incrementar los requerimientos de los sistemas de análisis de imagen, lo que encarece el equipamiento y complica el procesado global.

En muchos casos no se necesita trabajar con una imagen de color real. Aunque volveremos sobre este asunto más adelante, queremos indicar aquí que el ojo humano detecta un objeto cuando se destaca del fondo que lo rodea; esta diferencia entre objeto y fondo se encuentra en la homogeneidad o heterogeneidad de la luz en las diferentes partes de la imagen: un área en la que aparezcan regiones con gran contraste de luces y sombras es interpretada como compuesta de objetos y fondo, mientras que un área con un nivel de iluminación homogéneo se interpreta como fondo.