Dispositivos de captura.
Conclusiones
La tecnología predominante son los dispositivos basados en CCD y CMOS.
Ambos consisten en arrays de fotodetectores construidos sobre un semiconductor de silicio.
Parámetros más relevantes: número de píxeles del array y nivel de ruido.
Otros parámetros (zoom, enfoque, distancia focal, etc.) dependen de la óptima de la cámara.
En cada aplicación la mejor opción puede ser diferente.
Formatos de almacenamiento.
Existen muchos formatos. Podemos destacar: BMP, GIF, PNG, JPG, TIFF, etc.
Diferencias entre los formatos:
Niveles de profundidad admitidos:
1 bit ? Imágenes en blanco y negro
1 byte ? Escala de grises o paleta de 256 colores
3 bytes ? Modelo RGB
Tipo de compresión:
Sin pérdida: RLE, LZW, Huffman
Con pérdida: mediante FFT, DCT, wavelets
Otras características:
Posibilidad de definir de transparencias
Diferentes imágenes en un mismo archivo (animaciones)
Como resultado, según la aplicación será más adecuado uno u otro formato. +
Formatos de almacenamiento.
Almacenamiento de imágenes mediante paleta
Paleta de colores: es una tabla de tamaño n, donde cada posición es un color (normalmente en RGB).
El valor de un píxel de la imagen hace referencia a la paleta.
Número de bits/píxel ? Tamaño de la paleta.2 bits = 4 colores; 3 bits = 8 colores; 4 bits = 16 colores; …
R= 51G= 153B= 255
Formatos de almacenamiento.
Almacenamiento de imágenes mediante paleta
Normalmente, las paletas no suelen ser de más de 256 colores (1 byte por píxel).
Si la imagen originalmente tiene más colores, es necesario reducir los colores ? Seleccionar los más usados.
Resultado: hay una pérdida de información de color.
Formatos de almacenamiento.
Tipos de compresión
Compresión sin pérdida: si se comprime y luego se descomprime se obtiene la misma imagen.
Compresión con pérdida: no se obtiene la misma imagen, hay una pérdida de calidad en la imagen.
Compresión RLE (Run Length Encoding): sin pérdida. Se basa en detectar la repetición de un mismo valor.
Un valor no repetido se almacena directamente.
Un valor repetido se almacena de forma especial, mediante un par (Valor, Nº repeticiones).
Ejemplo. Icono bandera: 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 0, 1, 1, … Imagen comprimida: (3, 3), (4, 6), 0, (1, 2), …
Formatos de almacenamiento.
Compresión RLE (Run Length Encoding)
La compresión/descompresión es muy sencilla y rápida.
Pero, ¿funcionará bien?
En imágenes con muchas regiones uniformes la compresión será alta.
Ocurrirá en dibujos “pintados a mano”.
En imágenes fotográficas, con RGB, difícilmente se repetirá un valor.
La compresión será escasa o nula.
Formatos de almacenamiento.
Compresión LZW (Lempel Ziv Welch): sin pérdida.
Es un método sustitucional o basado en diccionario.
Idea: si una misma secuencia de valores se repite varias veces, hacer referencia al sitio donde se repite.
Ejemplo. Supongamos que queremos comprimir un texto.
Entrada: “Pablito clavó un clavito ¡Qué clavito clavó Pablito!”
Diccionario: #1 = Pablito; #2 = clavó; #3 = clavito
Comprimido: “#1 #2 un #3 ¡Qué #3 #2 #1!”
¿Funcionará bien?
Igual que el anterior, el funcionamiento óptimo será con dibujos (más que con fotos), y especialmente usando paletas de colores. Compresión en torno al 50%.
Formatos de almacenamiento.
Compresión con pérdida: mediante FFT (Transformada Rápida de Fourier), DCT (Transformada Discreta del Coseno), wavelets, etc.
Idea: si se permite cierta pérdida en la calidad de las imágenes es posible alcanzar cotas más altas de compresión.
Cuanta más compresión, más pérdida de calidad.
La mayoría de las técnicas están basadas en análisis frecuencial de las imágenes.
Recordatorio. Descomposiciónen series de Fourier: cualquierseñal continua se puedeexpresar como una sumade señales sinusoidales.
Formatos de almacenamiento.
Compresión mediante DCT en JPG:
Es posible ajustar el nivel de compresión modificando el tamaño del catálogo de bloques.
Catálogo pequeño ? Mucha compresión, pocos bits por cada gloque de 8×8, pero poca calidad.
Catálogo grande ? Poca compresión, muchos bits por cada bloque, pero alta calidad.
Formatos de almacenamiento.
Formato BMP (Windows Bitmap)
Fue desarrollado por Microsoft para la permitir una rápida entrada/salida por disco/pantalla.
Características:
Permite muchos niveles de profundidad: 1 bit por píxel (2 colores), 4 bits (16 colores), 8 bits (escala de grises o paleta), 16 bits (Hi-color) y 24 bits = 3 bytes (True-color).
Utiliza compresión sin pérdida: RLE o sin comprimir.
Almacenamiento bottom-left y entrelazado de canales.
Ventajas:
No hay pérdida de calidad en las imágenes.
La lectura y escritura son muy rápidas.
Formato muy sencillo: cabecera + datos.
Formatos de almacenamiento.
Formato BMP (Windows Bitmap)
Inconvenientes:
El tamaño de las imágenes es excesivamente grande, sobre todo en imágenes fotográficas. Tamaño de imagen = (aprox.) ancho*alto*bits_por_pixel
No adecuado para transmisión por red.
Poco popular fuera de los entornos de MS Windows (aunque está libre de patentes).
Aplicaciones:
Aplicaciones que requieran una rápida salida por pantalla.
Aplicaciones donde no deba haber pérdida de calidad, aun a costa del tamaño.
Formatos de almacenamiento.
Formato GIF (Graphics Interchange Format)
Desarrollado por Compuserve en 1987 para la rápida transmisión de imágenes en color por las redes.
Características:
Mucho más restringido que TIFF y que BMP.
Basado en uso de paletas, de hasta 256 colores.
Usa el algoritmo de compresión LZW.
Ojo: LZW es compresión sin pérdida, pero el uso de paletas implica una pérdida de información de color.
Permite definir transparencias. Se puede definir una entrada de la paleta como “transparente”.
Un fichero puede contener múltiples imágenes. Esto permite crear animaciones sencillas.
Formatos de almacenamiento.
Formato GIF (Graphics Interchange Format)
Ventajas:
Características no admitidas por otros formatos, como transparencias, animaciones y entrelazado.
Adecuado para transmisión en redes.
Muy popular.
Inconvenientes:
Poco adecuado para imágenes fotográficas: pérdida de color y tamaños muy grandes.
Formato poco flexible.
Problemas de patentes hicieron que apareciera el formato PNG como alternativa al GIF. Hoy día, las patentes existentes sobre GIF han expirado.
Formatos de almacenamiento.
Formato GIF (Graphics Interchange Format)
Entrelazado: las filas no se almacenan en posiciones consecutivas, sino salteadas (de 4 en 4).
Esto permite hacerse una
idea de la imagen cuando
sólo se ha cargado una
cuarta parte de la misma.
Aplicaciones:
Compresión y almacenamiento de dibujos e imágenes esquemáticas con un número reducido de colores distintos.
Transmisión de imágenes por red: imágenes de tamaño reducido (iconos, símbolos, etc.), animaciones sencillas.
Formatos de almacenamiento.
Formato PNG (PNG’s NOT GIF)
Diseñado para reemplazar a GIF, está libre de patentes.
Utiliza compresión sin pérdida, con el algoritmo DEFLATE (el mismo que gzip), basado en predicción: se espera que cada línea se parezca mucho a la anterior.
Profundidades admitidas: 1, 2, 4, 8 bits/píxel (paleta o gris), 8, 16 bits (gris, RGB, o RGBA).
Transparencias mediante canal alfa.
Desventajas:
No adecuado para fotografías.
No permite animaciones.
Aplicaciones: las mismas que GIF.
Formatos de almacenamiento.
Formato JPEG (Joint Photographic Experts Group)
Es el formato más elaborado de los cuatro y orientado al almacenamiento de imágenes fotográficas.
Características:
Admite imágenes en escala de grises (1 byte por píxel) y RGB (3 bytes por píxel).
Incluye un mecanismo avanzado de compresión, que puede ajustarse a distintos ratios de compresión.
La principal característica es la compresión con pérdida, mediante DCT.
El fichero puede incluir una versión reducida, para previsualizar la imagen antes de leerla entera.
Está libre de patentes.
Formatos de almacenamiento.
Formato JPEG (Joint Photographic Experts Group)
Mecanismo de compresión JPEG:
Conversión del espacio de color, de RGB a YUV(Y= iluminación, UV= crominancia).
Reducción de resolución (a la mitad) en los canales UV.
? El ojo humano es más sensible a la intensidad que al color.
Compresión mediante DCT de los grupos de 8×8 píxeles en cada canal.
? El tamaño del “catálogo” depende del nivel de compresión.
Compresión sin pérdida del resultado mediante códigos de Huffman.
Formatos de almacenamiento.
Formato JPEG (Joint Photographic Experts Group)
Ventajas:
En la mayoría de los casos, consigue un ratio compresión/calidad mucho mejor que los otros formatos.
Nivel de compresión ajustable. Típicamente entre 1:10 y 1:100
Formato muy popular y casi exclusivo en muchos ámbitos.
Inconvenientes:
Compresión/descompresión complejas y costosas.
No incluye transparencias ni animaciones.
Genera artefactos o artificios (artifacts).
La información perdida no se recupera. Si trabajamos con un JPEG guardando en disco tras cada operación, la imagen se va degradando.
Formatos de almacenamiento.
Formato JPEG (Joint Photographic Experts Group)
Aplicaciones:
Prácticamente, todas las aplicaciones de fotografía digital: captura, almacenamiento, transmisión, impresión, etc.
No usar si no se permite pérdida de calidad o si se trabaja con dibujos.
Los artefactos pueden ser inadmisibles en ciertas aplicaciones que requieren alta calidad.
Existe un nuevo estándar, JPEG2000 que evita los artefactos. En lugar de DCT, usa una transformación basada en wavelets.
Mejora la compresión sobre un 20%, pero es más costoso.
Formatos de almacenamiento.
Otros: Formato TIFF (Tagged Image File Format)
Diseñado para trabajos de impresión profesional de alta resolución y calidad (impresión industrial).
Es muy flexible, basado en tags (bloques de datos de formato predefinido).
El formato es muy abierto: admite hasta 64.000 canales, nº arbitrario de bits por píxel (hasta enteros o reales de 64 bits), distintos espacios de color, múltiples imágenes por fichero, cualquier tipo de compresión existente, etc.
Otros: Formato RAW (o negativo digital)
No existe un único estándar RAW, cada empresa usa el suyo.
Algunas características comunes: se almacenan los datos sin procesar; la profundidad suele ser 12 ó 14 bits/píxel; no son RGB, sino los resultados del patrón de Bayer; normalmente no hay compresión o es sin pérdida.
Formatos de almacenamiento.
Conclusiones:
Buscar el formato y nivel de compresión más adecuado para cada aplicación particular.
Cuidado con los formatos con pérdida. ? Cada vez que se guarda hay una pérdida de calidad. ? Guardar una copia sin pérdida del original.
Ojo: son formatos de almacenamiento. Para procesar las imágenes en memoria no se usan estos formatos, sino imágenes descomprimidas (en crudo): matrices de píxeles.
Adquisición y representación de imágenes.
Conclusiones:
Una imagen digital no es más que una matriz de números.
Las imágenes digitales son muestreos discretos de señales continuas bidimensionales.
Discretización en el espacio: ancho y alto.
Discretización en el valor: profundidad de píxel.
El procesamiento de imágenes recibe imágenes como entrada y produce imágenes en la salida (mejora, restauración, etc.).
Pero… de donde no hay no se puede sacar. ? La adquisición de imágenes sigue siendo fundamental.
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