Procesamiento Digital De
Imágenes
El término procesamiento digital de imágenes
versa sobre la manipulación y análisis de
imágenes por computadora
Se utiliza mayormente para extraer/revelar
información de/sobre una imagen
También se busca comúnmente mejorar una
imagen
Sistema de Procesamiento de
Etapas Conceptuales
Adquisición de la Imagen
Las tecnologías de adquisición y despliegue están
ampliamente relacionadas, así que las veremos
juntas
Pero antes hablemos de algunos conceptos
básicos …
Imagen
¿ Qué es una Imagen ?
Es una representación visual de un objeto mediante
técnicas diferentes de diseño, pintura, fotografía, vídeo,
entre otras
Puede ser bidimensional, e.g., una fotografía
Puede tridimensional, e.g., una estatua
Mapas, gráficos, pinturas, etc., son ejemplos de
imágenes
Una
imagen digital
es la representación binaria de
Imagen = ¿Matriz de Píxeles?
¿ Qué es un Píxel ?
Píxel
Picture Element
Unidad más pequeña de información de una imagen
Píxel lógico vs. Píxel físico
Píxel lógico
Tiene una posición lógica
No tiene tamaño, pero si profundidad Tiene una valor de muestra asociado
Píxel físico
Tiene una posición física
Rasterizada vs. Vectorial
No todas las imágenes son matrices de píxeles
Imágenes Rasterizadas
Matriz de píxeles
Gráficos Vectoriales
Primitivas geométricas
Ventajas y Desventajas de cada uno mas adelante …
Tecnologías
Para entender mejor el píxel físico, debemos
estudiar los dispositivos de despliegue y
adquisición de imágenes
CRT
LCD
Plasma
Proyector DLP
Cámara Digital
Escáner
Tecnologías de Despliegue y
Adquisición
CRT
Cathode Ray Tube (CRT)
Dispositivo de despliegue más común por muchos años
Contiene una Pistola de Electrones que contiene un
filamento que al calentarse emite un flujo de electrones
Los electrones se enfocan con un electromagneto y se
dirigen a un punto especifico del tubo
La cara frontal del tubo consiste de un arreglo
rectangular de puntos (píxeles) que contienen fósforo
Cuando un punto es golpeado por los electrones, el
CRT
Cathode Ray Tube (CRT)
La cantidad de puntos determina la
resolución
Los diferentes niveles de brillo del punto determinan la
profundidad del píxel
La razón entre las dimensiones del píxel determinan el
radio aspecto del píxel
Para generar nuevas imágenes se debe “refrescar” la
imagen. La
frecuencia
de refrescamiento es la rata a la
que las imágenes se refrescan.
No confundir la frecuencia del dispositivo con el
frame
CRT
Cathode Ray Tube (CRT)
Vector Displays
Similar a un osciloscopio
Antiguos monitores de computadores y consolas Solo despliega geometrías
La pistola despliega exactamente lo que se le ordena desplegar
CRT
Cathode Ray Tube (CRT)
Raster Displays
Tecnología de los dispositivos actuales
Para desplegar la imagen, se recorren todos los puntos, de izquierda a derecha y de arriba abajo
Es posible hacer un recorrido progresivo o entrelazado (interlaced) A medida que cada punto es golpeado por el rayo, los otros
comienzan a decaer el recorrido completo debe ser veloz para
evitar el parpadeo (flicker) típicamente mayor a los 50-60 Hz
El computador necesita sincronizar la generación de la imagen con el tiempo de despliegue Solución: una memoria especial para
CRT
CRT de Colores
Los colores se despliegan usando combinaciones de tres colores
primarios: R (
Red
- rojo), G (Green
– verde), B (Blue
- azul) Los píxeles están formados por fósforos de los tres colores
Dependiendo del fabricante, los pixeles pueden tener distintas
CRT
CRT de Colores
Utiliza tres pistolas
CRT
Ventajas
Despliega cualquier imagen sólida, no solo geometrías Se pueden producir a bajo costo
Brillante (emite luz)
Desventajas
Muestreo Discreto Voluminosos
Tamaño limitado (aprox. 40’’) Alto consumo de energía
LCD
Liquid Crystal Display (LCD)
Al igual que los CRT, son raster displays
Ampliamente utilizados como monitores, TVs, consolas, etc. Permiten que el dispositivo sea menos voluminoso
LCD
Liquid Crystal Display (LCD)
El cristal líquido es un tipo especial de estado de agregación de la
materia que tiene propiedades de las fases líquida y la sólida
Dependiendo del tipo de cristal líquido, es posible, por ejemplo,
que las moléculas tengan libertad de movimiento en un plano, pero no entre planos, o que tengan libertad de rotación, pero no de traslación
LCD
Liquid Crystal Display (LCD)
Un tipo especifico de CL, los CL en estado nemático torcido, son
utilizados para crear los LCD porque su ordenamiento puede ser controlado vía una corriente eléctrica
A medida que el voltaje cambia, la dirección de las moléculas de
CL cambia, así como la cantidad de luz que logra pasar la segunda capa polarizadora
LCD
LCD Reflectivo vs. LCD Iluminado
El CL no emite luz, por lo que los LCD necesitan una fuente de luz
externa.
La luz puede ser reflejada del
exterior, en cuyo caso se conoce como LCD Reflectivo
Común en dispositivos sencillos
LCD
LCD Reflectivo vs. LCD Iluminado
La luz puede ser producida por una fuente en la parte posterior del
LCD, en cuyo caso se conoce como LCD Iluminado
Común en TVs, monitores, etc.
LCD
Los pixeles están conectados a filas y columnas de
material conductivo, que a su vez están conectadas a
circuitos integrados
Para encender un píxel, los circuitos integrados envían una
carga por la columna y fila correspondiente al píxel a
encender
LCD
Liquid Crystal Display (LCD)
Mayor tamaño y resolución, en un dispositivo más ligero Reducen el consumo de energía
Son más costosos que los CRT
A mayor tamaño, mayor es el costo y mayor la probabilidad de
Plasma
El “plasma” no es más que un gas formado por electrones
e iones libres. Al aplicar electricidad al gas, se liberan
fotones de luz
Los gases utilizados en las pantallas de plasma, Xenon y
Neon, liberan luz ultravioleta
Una pantalla de plasma, cuenta con una matriz de puntos
de fósforo, similar a la de un CRT
La luz ultravioleta liberada por el gas hace que el fósforo
Plasma
Al igual que el LCD, los puntos están conectados a filas y
columnas de material conductivo para controlar que píxel
se enciende
Estos materiales vienen cubiertos de material protectivo y
Plasma
Al igual que en las otras tecnologías, cada píxel cuenta
Plasma
Ventajas
Amplios ángulos de visión
Excelente para el despliegue en formatos grandes Suficientemente brillante
Desventajas
Costoso
Los píxeles son más grandes (~1 mm versus ~0.2 mm) El fósforo eventualmente se consume
Proyector DLP
Digital Light Processing (DLP)
La tecnología DLP esta basada en un dispositivo micromecánico
llamado
Digital Micromirror Device
(DMD), el cual usa espejos hechos de aluminio para reflejar la luz y producir la imagen Un DMD (o DLP Chip) puede contener más de 2 millones de
Proyector DLP
Los espejos pueden reflejar hasta 1024 tonos de gris
Para agregar color, la luz blanca de la lámpara pasa a
Proyector DLP
También pueden usarse 3 chips en lugar de la rueda, o
pueden usarse 3 LEDs (R, G y B) como fuente de luz
La imagen se proyecta en los tres colores, muy
Proyector DLP
Ventajas
Gran resolución Muy brillantes
Producen el color negro más oscuro que cualquier otra tecnología
de proyección
Múltiples usos
Ligeros y más pequeños que muchos TVs
Desventajas
Problemas de parpadeo Perdida eventual de brillo Lámpara es costosa
Cámara Digital
Una cámara digital cuenta con una serie de lentes que
enfocan la luz sobre un dispositivo semiconductor que
convierte la luz en cargas eléctricas
Los dos tipos de sensor utilizado son el CCD (
Charge
Coupled Device
) o el CMOS (
Complementary Metal Oxide
Semiconductor
)
Ambos tipos convierten la luz en electrones, pero con
arquitecturas diferentes. Sin embargo, se considera que
CCD es una tecnología mas madura y produce imágenes
de mayor calidad
Cámaras Digitales
Arquitecturas de
Cámara Digital
Los CMOS tienen menos área sensible a la luz que los CCDs, en cuyo caso de deben usar micro-lentes para enfocar la luz en la parte
Cámara Digital
Arreglo tri-lineal de escaneo
Misma tecnología que los escáneres Ideal para fotos de imágenes fijas
Cámara Digital
Arreglo tri-lineal de escaneo
No puede tomar escenas en movimiento La captura no es instantánea
Cámara Digital
Matriz simple
En lugar de hacer una captura progresiva, se puede capturar la
imagen instantáneamente con una matriz de CCDs
No produce imágenes de tan alta resolución como la tecnología
anterior, porque es difícil crear matrices muy grandes de CCD
Para capturar los colores en una sola captura, se usa un patrón
especifico de CCDs y se interpola la información de pixeles vecinos
Patrón Bayesiano
El color de cada píxel se
calcula mediante un promedio de si mismo y los colores de los vecinos
Cámara Digital
Matriz simple
La captura es instantánea
Escáner
Escáner Plano
Se utiliza un arreglo lineal de CCDs
Todo la circuiteria va montada en un mecanismo que recorre todo
el papel
Los espejos enfocan la luz en el lente, que divide la luz en RGB
Escáner
Otros tipos
Escáner de mano
