El documento describe los conceptos básicos de las imágenes digitales, incluyendo píxeles, profundidad de color, tamaño de imagen, resolución y formatos. Explica cómo los puntos de fósforo en un sensor de cámara digital convierten la luz en cargas eléctricas que luego se transfieren a la memoria y se convierten en valores digitales para formar una imagen. También compara ventajas de la fotografía digital versus tradicional y aspectos a considerar en una cámara digital como el sensor, resolución, óptica

1. LA IMAGEN DIGITAL Norberto Fernández [email_address]

2. Concepto de imagen digital: algunos datos básicos

3. Los píxeles Figura 1: Una imagen digital consta de píxeles yuxtapuestos La imagen digital consta de millones de celdas llamadas píxeles ordenadas en líneas y columnas. RECUERDA: El píxel es una unidad de información, no una unidad de medida, ya que no se corresponde con un tamaño concreto. Un píxel puede ser muy pequeño -0.1 mm.- o muy grande -1 cm.-.

4. El color de cada píxel se obtiene mediante tres elementos separados: los luminóforos. Uno para el rojo, otro para el verde y un tercero para el azul. Este esquema de colores se conoce como RGB (Red/Green/Blue). Las cantidades relativas de estos tres colores pueden reproducir casi cualquier color del espectro visible (más de 16 millones de colores) Figura 2: Cada píxel de una pantalla consta de tres elementos de color

5. Puntos de fósforo y color En una camara digital los píxeles de los captadores están formados por unos elementos fotosensibles llamados puntos de fósforo, que crean una corriente eléctrica de acuerdo con la intensidad y el tiempo de exposición a la luz recibida. Figura 3: Los puntos de fósforo convierten los rayos de luz en cargas eléctricas

6. Desde un punto de vista eléctrico, el captador es el mismo. Cada punto de fósforo está cubierto simplemente por un filtro rojo, verde o azul. Por ejemplo, un filtro rojo detiene los rayos verdes y azules, pero deja pasar el componente rojo de la luz. Figura 4: Un filtro cromático sólo deja pasar su propio color

7. Transferencia de una imagen Cuando toma una fotografía, los varios millones de puntos de fósforo del captador contienen diferentes cargas eléctricas. La cámara digital debe ahora guardarlas en forma de un archivo de imagen.Para esto, debe enviar el contenido de todos los puntos de fósforo a la memoria de la cámara. En una fracción de segundo, se transfieren todas las cargas eléctricas almacenadas en los puntos de fósforo a una zona de almacenamiento, liberando los captadores. Después, se desplaza las cargas de una a otra zona y se les transfiere a la memoria. Durante esta operación, se amplifica las cargas eléctricas. Figura 5 : Se desplaza las cargas eléctricas del captador de una a otra zona de almacenamiento antes de enviarlas a la memoria .

8. Después, se convierte las cargas eléctricas en valores digitales de 0 a 255. Por supuesto, se mantiene el orden en el que se ha guardado cada punto de fósforo, de manera a que los píxeles estén dispuestos correctamente en la imagen final visualizada en la pantalla del ordenador. En función de la marca y del modelo de la cámara, se guarda la imagen en distintos formatos gráficos. Pero la mayoría de las veces, se comprime la imagen. L a compresión de la imagen es la última fase del proceso de toma de la fotografía. Un programa residente en los componentes electrónicos de la cámara realiza la compresión. En función de la calidad elegida por el usuario (en la cámara misma), esta compresión producirá un archivo de imagen JPEG de tamaño variable. Finalmente, se almacena la imagen en el soporte de almacenamiento de la memoria de la cámara (tarjeta de memoria, disco duro, CD-Rom, etc.) y se puede visualizar.

9. Aspectos a considerar en una imagen digital

10. Profundidad de color En una imagen en escala de grises cada punto de la imagen se almacena en un Byte, donde su valor numérico representa su tono, que puede oscilar entre el blanco (255) y el negro (0). Esto quiere decir que es una imagen donde existen 256 tonos de gris (de 0 a 255, ambos inclusive). Es decir, la profundidad de color es el número de bits que definen cada píxel, que determinan el máximo numero de colores que puede tener. En fotografía digital hay 2 tipos de imagen, de forma similar a la tradicional: escala de grises y color. La primera se denomina “escala de grises” precisamente para diferenciarla del blanco y negro donde solo existen 2 tonos, el blanco y el negro. Esta última (la imagen de blanco y negro) es una imagen con 1 bit por píxel. Cuantos más bits definan cada píxel, más tonos podrá tener: si tiene 4 bits por píxel, tendrá 16 grises y si tiene 2 bits tendrá 4 grises. Figura 6 : Un byte equivale a 8 bits

11. Una imagen digital en color se genera con sus componentes R, G y B por síntesis aditiva. Así pues, la imagen en color se compone de 3 “imágenes”: la que contiene la parte roja, la verde y la azul. Cada una de ellas es una imagen en escala de grises, pero como va asociada a cada uno de los colores primarios, al visionarla el ordenador la colorea adecuadamente. La suma de las 3, por síntesis aditiva, componen la imagen final. Cada píxel va definido por 3 Bytes: el rojo, el verde y el azul. Si cada uno de ellos tiene una gama de 256 tonos, en la imagen final habrá una gama de 16,777.216 colores posibles (256 x 256 x 256), que se suele abreviar como “16 millones de colores”. Es lo que se llama una imagen con una profundidad de color de 24 bits (8 por cada color).

12. En este esquema se puede apreciar cómo afecta a la gama tonal la reducción del número de colores:

13. Tamaño de imagen Se define con las dimensiones en píxels de la matriz o cuadrícula. Tamaño de imagen original A continuación, veremos tres imágenes que muestran un tamaño en píxeles del 50, 25 y 12,5% a la anterior respectivamente:

14. Tamaño 200 x 131 píxeles (50 %) Tamaño 100 x 66 píxeles (25 %) Tamaño 50 x 33 píxeles (12,5 %)

15. Tamaño de archivo Tamaño de archivo es la cantidad de información que contiene, medida en bits, B ytes o alguno de sus múltiplos. Seguro que a todos os suena el "Mega" o el "Giga". Conviene también aclarar que una imagen en color en las mismas condiciones que una en escala de grises no tiene el mismo tamaño. Si una imagen es en color RGB (profundidad de 24 bits) contiene el triple de información que la misma en escala de grises, ya que se compone de 3 canales y, por tanto, 3 Bytes y no uno por píxel.

16. Resolución Es la medida de cantidad de píxeles por unidad de longitud , comúnmente píxeles por pulgada (una pulgada equivale a 2,54 cm de longitud). Se suele abreviar como “ppp” o “dpi” (dot per inch). Como la resolución mide el número de píxels por longitud, se deduce que a mayor resolución, mayor número de puntos de imagen en el mismo espacio y, por tanto, mayor definición. Es decir: resolución es definición. Este es, posiblemente, uno de los conceptos que más se prestan a confusiones entre los aficionados, principalmente por creer que resolución es lo mismo que calidad. Un ejemplo: si una imagen tiene unas dimensiones en píxeles de 548x366 y se imprime o está mostrando en pantalla con unas dimensiones de 2x3 pulgadas, entonces tiene una resolución de 72 dpi.

17. Imagine ahora que se imprime esta imagen con una resolución superior de, por ejemplo, 200 dpi. Eso quiere decir que el ordenador le mandará imprimir la imagen a la impresora con una tamaño menor para así conseguir que haya 200 y no 72 píxeles por cada pulgada de papel. Por tanto, la imagen impresa será más pequeña:

18. Y ahora, la pregunta del millón: ¿Y si se quiere imprimir la imagen al tamaño anterior, pero con esta última resolución?. Pues la respuesta es muy sencilla: NO se puede a menos que se modifique la imagen añadiendo más píxeles, que se conoce como interpolación. Si utilizas Paint Shop Pro para efectuar estos cambios en la resolución, seguro que conoces la ventana “ Redimensionar ": F í jate que el recuadro superior, donde se ven las dimensione s, permanece invariable y no se puede modificar. Al sustituir la resolución de 72 por 3 00 dpi, sólo el tamaño de impresión cambia . Si lo que se quiere es mantener el tamaño de impresión anterior (a toda costa), entonces hay que modificar la imagen añadiéndole más píxeles .

19. Fotografía digital versus Fotografía tradicional

22. Figura 8: Procesado de imágenes digitales e imágenes convencionales

23. La cámara digital: Aspectos a considerar

24. 1. Sensor El sensor puede estar basado en dos tipos de tecnologías: CCD (Charged Coupled Device, Dispositivo de Transferencia de Carga) o CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Los sensores CCD tienen mayor sensibilidad a la luz, más calidad y también precio más alto. Tradicionalmente se utilizaron los CCD para las cámaras profesionales y semiprofesionales y los CMOS para las cámaras de aficionados y las Web-Cam. El CCD es un chip que reacciona con la luz convirtiéndose en la “película” de las cámaras digitales. El chip encargado de "capturar" la imagen es el elemento más importante dentro de cualquier cámara digital. Su estructura es reticular y cada uno de sus puntos es un elemento sensible a la luz. Cuantos más puntos sea capaz de capturar el CCD, mejor será la calidad obtenida con la cámara. La resolución, o el número de puntos que forman la imagen, está determinada por la multiplicación de las dimensiones del CCD expresada en píxeles, de acuerdo con el número de hileras de sensores que éste contenga. Figura 9: Sensor CCD

25. 2. Resolución (nº de píxeles) El valor que determina la resolución máxima a la que podemos hacer fotos es el Número de Píxeles Efectivos , que es la cantidad de sensores individuales de luz que tiene la cámara. Si nos dicen que la cámara es de 6 Megapixels pero tiene 3 Megapixels efectivos, está utilizando Interpolación , o lo que es lo mismo, se "inventa" la mitad de los píxeles tal como hace un programa de retoque fotográfico cuando aumentamos el tamaño de una imagen. En términos generales, la resolución de una cámara digital está estrechamente r elacionada con el uso que le queramos dar a las imágenes con ella capturadas: MP Resolución VGA Tamaño Máximo de Impresión 1.3 (1280x960) Fotos en tamaño hasta 9x13 ó 10x15 cms. 2.1 (1600x1200) Fotos en tamaño hasta 13x18 cms. 3.1 (2048x1536) Fotos en tamaño hasta DIN A4 ó 18x24 cms . 5.0 (2560x1920) Fotos en tamaño hasta DIN A3 ó 30x40 cms.

26. 3. Óptica La óptica de una cámara digital se refiere al lente que lleva hasta el sensor (CCD) la imagen de lo que el fotógrafo desea reproducir. Es una de los elementos más importantes y la hay de dos tipos: de longitud focal fija o variable. Esta última se conoce como “zoom” y permite acercar o alejar el objeto a fotografiar. Un “zoom” 2X amplía dos veces la imagen; uno 3X, tres, etc. Hay dos tipos de “zoom”: óptico y digital. El primero hace un acercamiento real e la imagen, mientras el segundo corta la parte central y la amplia digitalmente. El “zoom” digital magnifica el tamaño de los píxeles y llena el espacio en blanco entre ellos con el color que considera adecuado, con ayuda de software. Este tipo de “zoom” produce imágenes de calidad muy pobre por ello, a la hora de comprar una cámara digital, concéntrese en las posibilidades que ofrece el “zoom” óptico. Figura 10: Zoom óptico

27. 4. Pantalla Con la fotografía digital pasó la época en la cual había que esperar al revelado de la película para conocer como quedó un determinado trabajo fotográfico. La pantalla LCD (Liquid Cristal Display, Pantalla de Cristal Líquido) de las cámaras digitales permite ver de manera inmediata la foto, corregirla o borrarla si es necesario. Guardar sólo las imágenes que satisfagan al usuario permite un mejor aprovechamiento de la memoria. Tenga en cuenta que este pequeño monitor, de entre 3 y 5 pulgadas (CENTIMETROS), es la parte de la cámara que más energía consume. Unas baterías al c alinas nuevas duran entre 45 y 90 minutos cuando la pantalla está encendida. U n buen truco consiste en capturar las imágenes a través del visor tradicional y usar la pantalla LCD sólo para revisar las fotos. Figura 11: Visor Figura 12: Pantalla LCD

28. 5. Memoria L a información recogida por el CCD o CMOS debe guardarse en una memoria sólida para poder trabajar con la imagen. Normalmente las cámaras disponen de una memoria integrada que permite hacer una cantidad de fotos limitada y después, un slot o espacio para la inserción de tarjetas de memoria adicionales. Es muy recomendable disponer de una tarjeta más para aumentar las prestaciones de la cámara . obtener imágenes con una resolución mayor consumirá una gran cantidad de memoria por lo que es recomendable encontrar un equilibrio entre la calidad de imagen que necesitamos y la memoria que consume. No obstante, si disponemos de memoria suficiente, es recomendable obtener siempre la imagen a máxima resolución o al menos muy alta ya que posteriormente es posible reducirla desde un PC para adaptarla a nuestras necesidades. Figura 13: Tarjetas de memoria 32 Mb 64 Mb 128 Mb 256 Mb 512 Mb 2 Mp 35 71 140 280 560 3 Mp 26 53 105 210 420 4 Mp 16 32 64 128 256 5 Mp 12 25 48 96 192 6 M p 10 20 40 80 160 Tamaño de la tarjeta Resolución

29. 6. Conectores La salida USB se hace imprescindible para descargar las fotos a un ordenador o convertir nuestra cámara en una webcam, . Algunos modelos recientes cuentan con una base (conectada al ordenador ), basta poner la cámara sobre aquélla y oprimir un botón . L a no siempre presente salida de Audio/Vídeo analógica nos permitirá poder ver las fotografías en una pantalla de televisión. Otros conectores que podemos encontrar son la de alimentación externa, ya sea para operar conectado a la red eléctrica, para recargar las baterías, o exclusivos de algunas marcas para conectarlos a impresoras fotográficas.

31. 8. Opciones programadas/manuales En las cámaras más pequeñas o de gama baja, la inmensa mayoría de opciones son automáticas, pero en las de tamaño estándar, y sobre todo en las gamas media o alta, el número de opciones programables suele ser un factor a tener en cuenta. Desde hace uno o dos años algunas cámaras digitales no profesionales ya permiten controlar el ISO (Sensibilidad de la película en fotografía convencional), la apertura del diafragma y la velocidad de obturación, como en las máquinas tradicionales. La posibilidad de seleccionar parámetros como el balance de blancos, velocidad, apertura del objetivo, sensibilidad de la película, o el enfoque automático por zonas/manual, es algo que debemos buscar en una cámara de gama media/alta, sobre todo si queremos hacer nuestros pinitos en fotografía creativa o artística. Figura 15: Cámara de gama alta

32. 9. Otras funciones En el software de la cámara podemos encontrarnos una gran cantidad de opciones adicionales que, dependiendo del usuario tipo, pueden resultar interesantes o no. Grabar vídeos de baja resolución, realizar fotografía panorámica, sacar fotos con un sensor infrarrojo, autofocus tridimensional basado en láser, son algunas de las funciones "extra" que pueden ofrecernos las diferentes cámaras del mercado. Dependerá del peso que les demos para que jueguen un papel determinante a la hora de tomar una decisión.

33. Formatos de imagen digital: Bitmaps,Vectoriales y Metaformatos

34. Los formatos que se denominan bitmap se caracterizan por el almacenamiento de los puntos individuales de la imagen con los valores necesarios para representar cada uno.

37. Las imágenes de mapa de bits (bitmaps o imágenes raster) están formadas por una rejilla de celdas. A cada una de estas celdas, que se denominan píxeles, se le asigna un valor de color y luminancia propios. Por esto, cuando vemos todo el conjunto de celdas, tenemos la ilusión de una imagen de tono continuo. Cuando creamos una imagen de mapa de bits se genera una rejilla específica de píxeles. Por esto, al modificar su tamaño, transformamos, a su vez, la distribución y coloración de los píxeles, por lo que los objetos, dentro de la imagen, suelen deformarse. Esto es porque los objetos pierden o ganan algunos de los píxeles que los definen. Gracias a esta característica, que siempre hay que tener en cuenta, las imágenes de mapa de bits se crean con un tamaño determinado y pierden calidad si se modifican sus dimensiones. Los gráficos de mapa de bits son los de uso más común en las publicaciones digitales. Éstos gráficos pueden provenir de documentos digitalizados, galerías, tanto en red como en CD-ROM, y de infinidad de maneras. Figura 16: Los píxeles son unidades de información, no de medida

39. Los elementos constituyentes del vector, en una imagen vectorial, son las curvas de Bézier. Desarrolladas por Pierre Bézier a encargo de la empresa Renault. Una curva Bézier se define por cuatro puntos. Los puntos inicial y final de la curva -nodos o puntos de anclaje- y dos puntos de control –manecillas o manejadores-, estos últimos como sus nombres lo indican sirven para definir la forma de la curva y no aparecerán en la imagen final. Así, para modificar la curva sólo se tiene que mover alguno de los nodos. Estas curvas son fáciles de manejar , ya que adoptan tanto curvaturas muy suaves (casi líneas rectas), como muy fuertes (curvas complejas). Además, pueden adaptarse a infinitud de formas. Dentro de una imagen vectorial cada uno de los objetos esta definido por sus propias fórmulas matemáticas, por lo que los podemos manipular de forma independiente. También cada objeto esta dividido por elementos, que a su vez son independientes, de esta manera, no hay que modificar todo el objeto sino, sólo una parte de él. Esto permite controlar con gran precisión la forma, orientación y ordenación de los elementos que constituyen la imagen. El diseño de iconos y logotipos es uno de los usos mas frecuentes que se les dan. Pero, también, son muy útiles en el diseño y manipulación de fuentes de texto.

41. Un formato para cada tarea ... Este tipo de imágenes son muy utilizados por algunos programas de diseño gráfico y editorial, dada su gran facilidad en el manejo del texto. Imag. Vect. Se utiliza para imágenes de mapa de bits y es admitido prácticamente por todas las aplicaciones de autoedición y tratamiento de imágenes. Aún hoy, es probablemente el formato de mapa de bits más versátil, seguro y con mayor soporte. TIFF es preferible para las imágenes de tonos no continuos o cuando hay grandes áreas de un mismo color ya que utiliza una paleta de color indexado que puede tener un máximo de 256 colores. es uno de los pocos formatos de imagen con el que podemos mostrar animaciones GIF Se utiliza usualmente para almacenar fotografías y otras imágenes de tono continuo, gracias a que utiliza un sistema de compresión que de forma eficiente reduce el tamaño de estos archivos. JPEG El formato BMP (Bit Map) es el formato de las imágenes de mapa de bits de Windows. Su uso fue muy extendido, pero los archivos son muy grandes dado la escasa compresión que alcanzan. BMP

42. Obtención de imágenes digitales

45. Figura 18: Más búsquedas de imágenes con Google

48. El escáner (I). Concepto y manejo Los escáneres son periféricos diseñados para registrar caracteres escritos, o gráficos en forma de fotografías o dibujos, impresos en una hoja de papel facilitando su introducción en el ordenador convirtiéndolos en información binaria comprensible para ést e . El funcionamiento de los escáneres es muy sencillo. Al instalar el dispositivo, se instala también un programa que permite manejarlo por parte de las diferentes aplicaciones de gráficos de nuestro ordenador (el escáner suele incluir uno o varios de estos programas, pero se puede escanear directamente desde Photoshop, Paintshop pro, etcétera.) El programa que controla el escáner es habitualmente el llamado Controlador Twain (o Twain-32.) Cuando accedemos al programa de gráficos, existe una opción en el menú Archivo | Adquirir ( Acquire o Scan si está en inglés) que es la que nos permite captar la imagen. Se coloca el original sobre el escáner abierto y seguimos las instrucciones. Figura 19: El escáner, un periférico cada vez más utilizado

49. El escáner (II). Proceso de escaneo Muchos controladores de escáner necesitan una previsualización de la imagen antes de adquirirla. En esta previsualización podemos seleccionar la parte de la imagen que nos interesa captar, con una herramienta de selección estándar (el recuadro de línea discontinua), y el tipo de lectura que hará el aparato (color, gris, blanco y negro, resolución.) Una vez decidido, el dispositivo lee la imagen y env í a la digitalización de la misma al programa de gráficos desde el que hemos empezado la tarea. Una vez dentro de esta aplicación, podemos efectuar algunos retoques a la imagen. Los cambios más comunes son ajustar el contraste, brillo, orientación y número de colores. Los programas suelen llevar herramientas y comandos específicos para hacer fácilmente estos cambios. Figura 20: Aspecto de la interfaz TWAIN de un escáner

52. El escáner (IV). La resolución de escaneo Resolución . La resolución a la que es capaz de incorporar las imágenes el escáner suele medirse en dpi (puntos por pulgada.) Los valores típicos suelen ir de un mínimo de 75 a un máximo de 1200 o más. Existe una relación directa entre la resolución de la imagen y su número de colores, con el tamaño del fichero de imagen resultante de la acción de captar (o escanear ). Debe tenerse cuidado con estos valores, para evitar ficheros innecesariamente grandes, que resultan más difíciles de procesar y transmitir a través de red. Para las imágenes que se incorporan a una página web, este es un mandamiento: la resolución necesaria es sólo de 72 dpi; i aún así obtenemos imágenes que, siendo ficheros de tamaño pequeño, mantienen toda su calidad. ¿Cuál es la resolución más conveniente? En general, para imprimir al máximo de calidad las imágenes, suele recomendarse que se capten a una resolución doble de la del dispositivo de salida. Así podemos imprimir a tamaño real, e incluso aumentarlo un poco, sin merma en la definición. Es decir, para una impresora láser a 300dpi, podemos escanear a 600dpi.

53. La resolución de entrada se elige en la ventana de ajustes del escáner Es el n ú mero de píxeles por cada pulgada o centímetro que el ordenador envía a un dispositivo (como la impresora) para imprimir

54. El escáner (V). Técnica para escanear Antes de escanear Colocar correctamente la imagen en el escaner Pensar en la utilización de la imagen resultante Abrir el programa gráfico que utilizaremos Durante el escaneo Siempre previsualizar Girar la imagen si es necesario Seleccionar la parte de imagen a escanear Escalar la imagen al tamaño deseado Escoger la resolución adecuada Elegir entre color o escala de grises Realizar ajustes necesarios a la foto Guardar la foto con el formato adecuado Después de escanear

57. ¿ Cuantos megap í xel e s necesito realmente ?, en la siguiente tabla tenemos la respuesta: ( ppp : píxeles por pulgada, dpi : puntos por pulgada ) Por supuesto, hoy día existen máquinas con unas resoluciones mucho mayores, pero ya tenemos una idea de lo que podemos necesitar siguiendo la progresión de la tabla.

59. La cámara digital (III). Volcado de las fotos al PC Una vez instalada la cámara, procederemos al volcado de nuestras fotografías al ordenador. Lo haremos así: Conectaremos el cable USB por un extremo a la cámara y por el otro al PC (los terminales de cada extremo son diferentes, así que no hay confusión posible). Seleccionaremos el modo conexión USB en la cámara y la encenderemos. En muchas cámaras no es necesario seleccionar el modo y , en algunas, ni siquiera encenderlas. Aparecerá una nueva unidad extraíble en Mi PC. A partir de este momento puedes copiar o cortar tus imágenes, como haces desde cualquier otra unidad del PC, a la carpeta que desees en el disco duro. Una vez conectada al PC, la cámara aparece como una nueva unidad extraíble del mismo.