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Introducción
1
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
Involucra hardware, software y soporte teórico
2
Sistema de Procesamiento de
Imágenes
3
Etapas Conceptuales
Fundamentales del PDI
4
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 …

¿Qué es una imagen ?
5
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
una imagen
6
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
Tiene tamaño, forma y profundidad
¿ Tiene un valor ? ¿ Depende de la tecnología de adquisición/despliegue ?
7
Rasterizada vs. Vectorial

No todas las imágenes son matrices de píxeles
 Imágenes Rasterizadas


Gráficos Vectoriales


Matriz de píxeles
Primitivas geométricas
Ventajas y Desventajas de cada uno mas adelante …
Vectorial
Rasterizada
8
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
9
Tecnologías de Despliegue y
Adquisición
10
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
fósforo emite luz proporcional a la fuerza del rayo
11
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
rate de un programa !!!
12
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
Surgieron debido a la limitada memoria de los computadores antiguos
13
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
almacenar la imagen  framebuffer
14
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
formas
15
CRT

CRT de Colores


Utiliza tres pistolas
Se utiliza una máscara de metal para separar los rayos
16
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
17
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
18
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
19
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
20
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
como Relojes, Calculadoras, etc.
21
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.
Se introduce una capa de filtro de color para producir colores RGB
22
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
23
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
falla de los circuitos que encienden/apagan los pixeles
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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
de cada punto se encienda
25
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
vidrio
26
Plasma

Al igual que en las otras tecnologías, cada píxel cuenta
con tres componentes de color
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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
Menos brillantes que los CRT, consumiendo más energía
28
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
espejos
29
Proyector DLP


Los espejos pueden reflejar hasta 1024 tonos de gris
Para agregar color, la luz blanca de la lámpara pasa a
través de un rueda de colores RGB antes de llegar al chip
30
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
rápidamente. El ojo humano mezcla los colores
31
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
32
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
Una vez que el sensor convierte la luz en electrones, lee el
valor (carga acumulada) de cada celda
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Arquitecturas de
cámaras con CCD y CMOS
Cámaras Digitales
34
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
sensible del chip
Los CCD y CMOS no pueden medir color. Para producir imágenes de
color se utilizan filtros de color (RGB) o se hacen tres capturas (RGB).
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Cámara Digital

Arreglo tri-lineal de escaneo



Misma tecnología que los escáneres
Ideal para fotos de imágenes fijas
Produce imágenes de extremadamente alta resolución y calidad
36
Cámara Digital

Arreglo tri-lineal de escaneo


No puede tomar escenas en movimiento
La captura no es instantánea
37
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
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Cámara Digital

Matriz simple


La captura es instantánea
La interpolación puede causar artefactos en la imagen
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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
para el CCD
40
Escáner

Otros tipos
Escáner de mano
Escáner de tambor
Escáner de alimentación de papel
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