Módulo 2. Captación

Revisión de la captación de la imagen

Un sistema básico de captación de la imagen contiene una lente y un detector. Hasta el momento y en líneas generales, las películas detectan más información visual de la que es posible captar con un sistema digital.

En fotografía digital, el detector es un sensor sólido de imagen, denominado "Charge Coupled Device" (CCD para abreviar).

En un CCD de tipo área (Area Array CCD), una matriz constituida por cientos de miles de células fotosensibles microscópicas, crean los pixeles mediante la captación de la intensidad luminosa de pequeñas secciones de la imagen.

Para captar imágenes en color, se montan sobre las células fotosensibles filtros para el rojo, el verde y el azul

Los escáneres para película suelen utilizar tres sensores de imagen de tipo lineal (Linear Array CCD) cubiertos con filtros rojo, azul y verde.

Cada CCD de tipo lineal contiene miles de células fotosensibles y se desplaza sobre la imagen, captándola línea a línea. En la mayoría de los casos, los CCD de tipo área se utilizan en las cámaras digitales y los CCD de tipo lineal en los escáneres.

Otros tipos de escáneres son los de tambor, los de lecho plano (flatbed scanners) y los de documentos. Los escáneres de tambor se consideran de alta gama y se utilizan en las industria de la impresión . Utilizan tubos fotomultiplicadores como detectores; una tecnología diferente a la de los sensores de imagen (CCD) que estamos tratando. Tanto los escáneres de lecho plano em pleados en la captación de dibujos y documentos, como los escáneres para documentos que trabajan a gran velocidad, utilizan detectores CCD, muy similares a los empleados en los escáneres para película.

Muestreo y cuantización

Como aprendimos en el Módulo 1, la calidad de una imagen escaneada se determina por el tamaño del píxel, o resolución espacial, y por la profundidad de color, o resolución de luminosidad.

Esto se relaciona con los dos pasos básicos del proceso de captación digital: en el primer paso, el muestreo (Sampling) determina el tamaño del pixel. En el segundo, la cuantización (Quantization) del píxel determina su profundidad.

Cuando un escáner muestrea la imagen fotográfica, la divide en pixeles. El tamaño de los pixeles depende del número de células fotosensibles.

Un CCD con pocas células fotosensibles, muestrea a baja resolución. Con una resolución extremadamente baja, los pixeles pueden verse a simple vista. Esto se denomina pixelización.

Un CCD con más células fotosensibles, muestrea con mayor resolución espacial.
En las imágenes de este tipo, no se pueden ver los pixeles individuales.

En un escáner que utiliza una matriz de células fotosensibles (CCD de tipo área), la resolución vertical y la horizontal se muestrean al mismo tiempo. En un escáner que utiliza un CCD de tipo lineal, la resolución vertical queda determinada por el tamaño de la célula fotosensible. La resolución horizontal queda determinada por la velocidad con que el CCD se mueve a través de l a imagen. Por ejemplo, un escáner de película puede utilizar CCD lineales para muestrear 2048 puestos de células fotosensibles, mientras se mueve sobre 3072 líneas.

El proceso por el que el CCD convierte imágenes de película en imágenes electrónicas, se denomina conversión fotoeléctrica:
1. Para cada píxel muestreado, la célula fotosensible lee la luz de la imagen y genera una señal eléctrica proporcional. Cuanta más luz lea, más alto será el voltaje que genere.
2. Este voltaje se almacena en un condensador y luego se transfiere al registro de desplazamiento.
3. Este voltaje pasa finalmente al convertidor analógico-digital.

Esto nos lleva al segundo paso de la captación digital: la cuantización.
El proceso de cuantización asigna valores digitales a los pixeles. Esto determina la profundidad del píxel o profundidad de color. Cuantos más bits procese el convertidor analógico-digital (ADC), más valores digitales podrá representar. Un convertidor de 8 bits representa 256 niveles de luminosidad. Uno de 12 bits representa unos 4000 niveles de luminosidad. El ADC compara la señal analógica de entrada con un voltaje de referencia. Una tabla de consulta en la memoria permanente, proyecta luego su valor de entrada a la salida digital.
En una imagen en color, cada píxel recibe tres números de 8 bits para los valores de luminosidad de rojo, verde y azul.

Calidad de la imagen

Además de las resoluciones espacial y de luminosidad, otros factores que influyen sobre la calidad de la imagen escaneada son rango dinámico, ruido y artefactos.
El rango dinámico indica la manera en que el escáner puede diferenciar entre los niveles de luz. Las películas son excelentes en cuanto a la distinción de pequeños cambios en el nivel de luz, mientras que los sistemas de captación digital tienen una gama de luminosidad limitada.
Para representar luces y sombras de forma fiel, la exposición del escáner debe controlarse con precisión. Con un rango dinámico bajo, las sombras pierden detalle y las áreas saturadas quedan descoloridas.
El ruido es otro factor. La información captada por un sensor contiene al mismo tiempo información gráfica y ruido (noise). El ruido aparece como pequeñas variaciones aleatorias en la luminosidad del color. Los sensores con baja relación entre señal y ruido, introducen ruido. Un sensor con una alta relación entre señal y ruido, representa la imagen con gran precisión.

Los artefactos (o pequeños defectos), otro elemento en la captación de imagen digital, son distorsiones, como el efecto moiré, que se producen al submuestrear una imagen. La tasa de muestreo debería basarse en la frecuencia espacial de la imagen. La frecuencia espacial es la tasa a la que cambia la luminosidad de la imagen. Para eliminar el efecto moiré de una foto, el índice de muestreo debería elevarse al doble que el de la frecuencia espacial del motivo. En otras palabras: los pixeles deben ser suficientemente pequeños para que cada detalle quede representado en dos de ellos.