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

Las diferencias de color también se pueden utilizar para diferenciar objetos y fondo; en este caso la homo-geneidad del color del fondo contrasta con el color de los objetos, con gamas o tonos de color distintos ( fig. 1.8). Pero estas diferencias de color pueden resolverse fácilmente como diferencias de intensidad de luz utilizando filtros monocromadores. Por este motivo es corriente trabajar con imágenes monocromáticas obtenidas a partir de imágenes multiespectrales. La pérdida de información espacial es mínima y queda compensada por la simplificación del trabajo posterior y el abaratamiento de los costes.

Podemos representar la información contenida en la imagen en una gráfica tridimensional ( fig. 1.9) en la que dos de las dimensiones corresponden a la situación espacial de la imagen y la tercera dimensión corresponde a la energía (como intensidad de luz) de cada punto de la imagen; la imagen se resuelve así en una función tridimensional que podría representarse como una superficie curva.

Las características espectrales de los objetos también pueden ser cuantificadas por medio del análisis de imagen. Algunos programas que permiten trabajar con imágenes con color real, permiten determinar el matiz, la intensidad y la saturación de color de los objetos de la imagen. Pero la aplicación más extendida del análisis de imagen, en lo que se refiere a la cuantificación de la luminosidad de los objetos, es la obtención de los llamados parámetros densitométricos; con ellos se puede cuantificar la cantidad relativa de luz que atraviesa o refleja el objeto, tomando como referencia una región de la imagen con intensidad de luz conocida, o refiriendo la cantidad de luz del objeto a un patrón previamente establecido. En un capítulo posterior abordaremos la utilidad de estos parámetros y la forma de obtenerlos.

Fig. 1.8 Hoja de Arabidopsis thaliana sometida a tratamiento con ozono (100 ppm). La lesión en la hoja se puede apreciar como una mancha más clara en la parte superior-izquierda. (Imagen cedida por el Dr. P. Carrasco. Departamento de Bioquímica. Universitat de València).

Fig. 1.9 Representación de un densitograma tridimensional correspondiente a la banda marcada con el cuadrado.

1.5 Objetos, fondos y campos

Nuestra experiencia de observadores biológicos nos permite reconocer inmediatamente qué parte de la imagen es relevante para nosotros. De manera intuitiva llamamos objetos a los elementos de la imagen, distinguibles e independientes entre sí, que destacan sobre el fondo que los engloba.

En realidad somos capaces de reconocer un conjunto de estructuras y elementos que tienen una naturaleza común (color, forma, textura). Para facilitar la terminología, se suele utilizar el término «fase» para nombrar aquellas partes de la imagen que tiene una misma característica. Así, en biología se utiliza el término fase para referirse, en las células por ejemplo, al conjunto de elementos de igual naturaleza: se habla de la fase mitocondrial al referirnos al conjunto de mitocondrias de una célula. En términos generales, podemos decir que una imagen compuesta por un fondo en el que destacan unos objetos presenta dos fases; y que una imagen microscópica de una roca como la que se muestra en la figura siguiente tiene cuatro fases (una por tipo de mineral).

Fig. 1.10 Muestra de gabro adelgazada hasta formar una lámina fina. (Imagen cedida por el Dr. F. Robles. Departamento de Geología. Universitat de València).

Podemos concluir que una imagen biológica está compuesta de, al menos, dos fases, en donde una corresponde al fondo y la otra a los objetos. De lo contrario, una imagen con una sola fase no puede contener más que un fondo o tratarse de una región de un objeto.

Parece evidente, por lo tanto, que percibimos la información contenida en la imagen por el contraste visual entre sus fases. Esto es, las estructuras llaman nuestra atención porque presenta diferencias de color, de intensidad o de tono respecto al fondo. Tomemos como ejemplo esta misma página del libro para ilustrar lo que estamos diciendo: los objetos, en este caso las letras, destacan sobre el fondo blanco del papel. Se trata de un convenio basado en la relevancia implícita de las cosas. ¿Por qué consideramos las letras oscuras como los objetos? Porque, evidentemente, aquí son los elementos que contienen la información. De todas maneras no es concebible un objeto sin un fondo, de forma que ambos alternan en la imagen y son complementarios.

Pero debemos reconocer que las imágenes no siempre son tan sencillas como las compuestas por fondo y objeto. Algunas imágenes pueden mostrar cierta dificultad a la hora de definir qué es fondo y qué objeto. Una imagen microscópica tomada a gran aumento, por ejemplo, o la muestra de la roca que antes mencionábamos ( fig. 1.10) constituyen dos casos en los que todos y cada uno de los elementos de la imagen pueden ser relevantes para el investigador. Pero en estos casos se puede aplicar también el principio de que los distintos elementos son distinguibles entre sí por las diferencias de color, intensidad o tono de cada uno de ellos.

Es evidente que el tratamiento de las imágenes para la obtención de datos no será el mismo según se trate de la página con texto o de la roca. Mientras que en una imagen compuesta por dos fases la información esencial puede ser el número total de objetos o el tamaño de cada uno de ellos, en la otra la información relevante puede ser el espacio relativo que ocupa cada uno de los componentes.

1.6 Los objetos en análisis de imagen

A pesar de que parece obvia la definición de objeto, desde un punto de vista académico la cosa no es tan sencilla. Muchos autores rechazan la utilización del término «objeto» tal y como hasta ahora hemos venido hablando de él, porque lo consideran inadecuado.

El rechazo se debe a dos razones: por un lado, cada objeto es identificado como tal, en análisis de imagen computerizado, cuando se somete la imagen a una operación denominada segmentación, detección o delimitación. Por medio de esta operación se elimina el fondo y se mantienen los objetos; entonces se presenta la imagen de una nueva forma, como una imagen binaria, porque todo el conjunto de matices de luz y color se ha restringido a zonas blancas sobre un fondo negro, o viceversa (exactamente como las letras en el papel). Esto significa que entenderemos como objetos a un conjunto de puntos iluminados (u oscuros) agrupados, conectados, aislados unos de otros por otros puntos negros (o blancos). Todo el proceso reduce la información a islas de elementos en un mar de fondo y, por lo tanto, a una imagen plana.

Por otra parte, estas islas de información blancas o negras que resultan del proceso de segmentación pueden no ser, en verdad, objetos reales independientes, sino partes todos del mismo objeto real. Algo así ocurre cuando se obtienen rebanadas de elementos tridimensionales, las secciones histológicas por ejemplo, en las que la forma tortuosa de los objetos reales contenidos en el volumen de tejido pueden presentarse en los cortes como elementos separados unos de otros. Una sección transversal de una mano a la altura de los dedos puede ilustrar esta situación: cada uno de los dedos se presentaría como independiente en un deter-minado plano de corte, siendo que todos se unen más tarde o más pronto en un miembro único.