Imágenes digitales y sus propiedades

? Más de un 70% de la información total (imágenes, sonidos, sensaciones, etc.) que recibimos es visual.

? Las escenas que percibimos suelen ser tridimensionales (3D) y cuando las capturamos mediante dispositivos (cámaras fotográficas o de vídeo, pantallas de rayos X, etc.) obtenemos imágenes bidimensionales (2D). Esta proyección a una dimensión inferior supone una gran pérdida de información.

? Las escenas dinámicas donde aparecen objetos en movimiento complican más todavía la visión por ordenador.

Tipos de imágenes digitales y sus propiedades
Sub
Imágenes formadas por rayos infrarrojos, que permiten la visión nocturna.

Imágenes formadas por rayos ultravioleta, como espectrogramas (fotografía de un espectro luminoso obtenida mediante un espectrógrafo, sobre placa de cristal o película sensible).

Imágenes formadas a partir de campos magnéticos, como la resonancia magnética utiliza un potente campo magnético para obtener imágenes detalladas del corazón o del tórax. Se coloca a la persona dentro de un gran electroimán que causa una vibración de los núcleos de los átomos del organismo, produciendo unas señales características que son convertidas en imágenes.

Imágenes formadas a partir de ultrasonidos, como la ecografía, que forma una imagen por la reflexión de las ondas sonoras con determinadas partes del cuerpo. El ecocardiograma, que utiliza ondas ultrasonoras de alta frecuencia que chocan contra las estructuras del corazón y de los vasos sanguíneos y, al rebotar, producen una imagen móvil que aparece en una pantalla de vídeo.

Tipos de imágenes digitales y sus propiedades
Sub

Imágenes formadas a partir de una radiación de rayos X, como las radiografías de tórax o la radioscopia (fluoroscopia) que es una exploración continua con rayos X que muestra en una pantalla el movimiento del corazón y los pulmones. La tomografía computarizada que crea imágenes transversales de todo el tórax utilizando los rayos X y muestra la ubicación exacta de las anomalías. La angiografía muestra con detalle el aporte de sangre, por ejemplo, a los pulmones (se inyecta un liquido radiopaco dentro de un vaso sanguíneo que puede verse en las radiografías) o al cerebro. Detecta anomalías vasculares como la obstrucción de un vaso sanguíneo (ictus), aneurismas (bolsas en una arteria) o arteritis (inflamaciones).

Imágenes formadas a partir de impulsos eléctricos, como el electrocardiograma, que amplifica los impulsos eléctricos del corazón y se registran en un papel en movimiento. El electroencefalograma es una imagen formada a partir de los impulsos eléctricos de 20 alambres (electrodos) colocados sobre el cuero cabelludo con el objeto de establecer el trazado y registro eléctrico de la actividad cerebral.

Tipos de imágenes digitales y sus propiedades
Sub Imágenes formadas a partir de isótopos radiactivos (indicadores o trazadores). Los indicadores se reparten por todo el cuerpo y se detectan con una gammacámara (detección de coágulos de sangre en los pulmones). En la técnica de tomografía computarizada por emisión de fotones simples, distintos tipos de cámaras de registro de radiaciones pueden grabar una imagen simple o producir una serie de imágenes de secciones transversales amplificadas por el ordenador. En las imágenes formadas por emisión de positrones, como la tomografía por emisión de positrones, se inyecta una sustancia en la sangre que se desplaza hasta las estructuras cerebrales, permitiendo medir la actividad que desarrolla el cerebro. También permite analizar, por ejemplo, el funcionamiento del corazón.

Conceptos básicos
Sub Cualquiera de estas imágenes se puede modelar por una función de dos o tres variables. En el caso de imágenes estáticas los dos argumentos de la función son las coordenadas (x, y) del plano cartesiano, mientras que si las imágenes van cambiando en el tiempo (dinámicas) necesitamos una tercera coordenada t que nos especifica el tiempo.

punto de la imagen ? (x, y, t) ? f(x, y, t) ? intensidad luminosa

Dicha función suele ser una función digital (dominio discreto y rango discreto)

Los valores de la función corresponden a la luminosidad, brillo o intensidad de la radiación de los puntos de la imagen. También pueden representar temperatura, presión, distancia al observador, etc.

Conceptos básicos
Sub Una imagen 2D es el resultado de una proyección de una escena 3D. Un punto de la escena 3D viene representado por su proyección en el plano imagen. Así, el punto P=(x,y,z) se proyecta en el punto P’=(x’,y’,f) cuyas coordenadas vienen dadas por las expresiones:

que se obtienen directamente del teorema de Thales
f
x
y
z
(x,y,z)
(x’.y’,z’)

Conceptos básicos
Sub En una imagen monocromática el rango de f tiene una valor mínimo (negro) y un valor máximo (blanco). Si se trata de una imagen digital el rango viene dado por un conjunto finito de valores, como puede ser el conjunto {0, 1, …, L-1, L}, donde el 0 corresponde al negro y el valor L a blanco. En este caso diremos que la imagen tiene L+1 niveles o tonos de gris. El dominio de la función digital es también una región acotada del plano, D, de la forma:
D = { (m, n): m =1,2,…,M, m = 1,2,…,N }.
Una imagen monocromática viene dada por una matriz
Sus elementos se llaman píxeles y sus valores tonos de gris

Conceptos básicos
Sub Un píxel de una imagen digitalizada es un punto del dominio de la función digital correspondiente que tiene asociado el valor de dicha función y cuya posición viene determinada por sus coordenadas (x, y). En el análisis de imágenes juegan un papel importante los píxeles de un entorno (píxel próximos) de cada píxel. Por ello, es necesario definir una función distancia entre píxeles.

La distancia Euclídea entre los píxeles (i, j) y (h, k) viene dada por la expresión:

DE [(i, j), (h, k)] =

La distancia rectangular entre los pixeles (i, j) y (h, k) viene dada por la expresión:

D4[(i,j), (h,k)] =

Si se permiten movimientos en diagonal, como en el tablero de ajedrez, la distancia entre los pixeles (i,j) y (h,k) viene dada por la expresión:
D8[(i,j), (h,k)] =

y se llama distancia de Tchebychev o del tablero de ajedrez.

Conceptos básicos
Sub La resolución espacial viene dada por la proximidad de la muestras de la imagen en el plano imagen. En el caso de imágenes digitalizadas es el número de puntos del dominio de la imagen, es decir, M?N.
La resolución espectral viene dada por el ancho de banda de las frecuencias de la radiación luminosa capturadas por el sensor.
La resolución radiométrica viene dada por el número de niveles o tonos de gris distinguibles.
La resolución temporal viene dada por el intervalo de tiempo entre muestras consecutivas en las que la imagen se captura.
Tamaño 280?272
256 Tonos de gris
Tamaño 280?272
10 Tonos de gris
Tamaño 28?27
256 Tonos de gris

Conceptos básicos
Sub
El color es una propiedad de gran importancia en la percepción visual humana. El color está asociado con la capacidad de los objetos de reflejar ondas electromagnéticas de diferente longitud de onda.

El ser humano detecta los colores como combinaciones de tres colores primarios, el rojo, el verde y el azul.

Las pantallas de nuestros ordenadores suelen utilizar el modelo RGB (red-green-blue), donde cada píxel tiene asociado un vector tridimensional (r,g,b) que nos conduce a un color determinado; el vector (0,0,0) es el negro, (L,L,L) es el blanco, (L,0,0) es el rojo “puro”, y así sucesivamente. Esto implica que tenemos L3 colores diferentes que no todos serán albergados por el dispositivo, por lo que es común especificar un subconjunto de estos, llamado paleta de colores.