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Imágenes digitales

La imagen digital o adquisición de imágenes digitales es la creación de una representación digital de las características visuales de un objeto, [ 1 ] como una escena física o l...

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La imagen digital o adquisición de imágenes digitales es la creación de una representación digital de las características visuales de un objeto, [ 1 ] como una escena física o la estructura interna de un objeto. El término suele implicar o incluir el procesamiento , la compresión , el almacenamiento , la impresión y la visualización de dichas imágenes. Una ventaja clave de una imagen digital , frente a una imagen analógica como una fotografía en película , es la capacidad de propagar digitalmente copias del sujeto original indefinidamente sin pérdida de calidad de imagen.

La imagen digital se puede clasificar según el tipo de radiación electromagnética u otras ondas cuya atenuación variable , al atravesar o reflejarse en los objetos, transmite la información que constituye la imagen . En todas las clases de imagen digital, la información es convertida por sensores de imagen en señales digitales que son procesadas por una computadora y generadas como una imagen de luz visible. Por ejemplo, el medio de la luz visible permite la fotografía digital (incluida la videografía digital ) con diversos tipos de cámaras digitales (incluidas las videocámaras digitales ). Los rayos X permiten la imagen digital de rayos X ( radiografía digital , fluoroscopia y tomografía computarizada ), y los rayos gamma permiten la imagen digital de rayos gamma ( gammagrafía digital , SPECT y PET ). El sonido permite la ultrasonografía (como la ecografía médica ) y el sonar , y las ondas de radio permiten el radar . La imagen digital se presta bien al análisis de imágenes mediante software , así como a la edición de imágenes (incluida la manipulación de imágenes).

Historia

La primera imagen digital se produjo en 1920 mediante el sistema de transmisión de imágenes por cable Bartlane . Los inventores británicos Harry G. Bartholomew y Maynard D. McFarlane desarrollaron este método. El proceso consistía en "una serie de negativos en placas de zinc que se exponían durante periodos de tiempo variables, produciendo así diferentes densidades". [ 2 ] El sistema de transmisión de imágenes por cable Bartlane generaba, tanto en su transmisor como en su receptor, una tarjeta de datos perforada o una cinta que se recreaba como una imagen. [ 3 ]

En 1957, Russell A. Kirsch creó un dispositivo que generaba datos digitales que podían almacenarse en una computadora; este utilizaba un escáner de tambor y un tubo fotomultiplicador . [ 2 ]

La imagen digital se desarrolló en las décadas de 1960 y 1970, principalmente para evitar las limitaciones operativas de las cámaras de película , para misiones científicas y militares, incluido el programa KH-11 . A medida que la tecnología digital se abarató en décadas posteriores, reemplazó a los métodos de película para muchos fines.

A principios de la década de 1960, mientras desarrollaban equipos compactos, ligeros y portátiles para las pruebas no destructivas a bordo de aeronaves navales, Frederick G. Weighart [ 4 ] y James F. McNulty (ingeniero de radio estadounidense) [ 5 ] en Automation Industries, Inc., entonces en El Segundo, California, coinventaron el primer aparato para generar una imagen digital en tiempo real, que era una radiografía digital fluoroscópica . Las señales de onda cuadrada se detectaban en la pantalla fluorescente de un fluoroscopio para crear la imagen.

sensores de imagen digital

El dispositivo de carga acoplada fue inventado por Willard S. Boyle y George E. Smith en los Laboratorios Bell en 1969. [ 6 ] Mientras investigaban la tecnología MOS , se dieron cuenta de que una carga eléctrica era la analogía de una burbuja magnética y que podía almacenarse en un pequeño condensador MOS . Como era bastante sencillo fabricar una serie de condensadores MOS en fila, les conectaron un voltaje adecuado para que la carga pudiera transferirse de uno a otro. [ 7 ] El dispositivo de carga acoplada (CCD) es un circuito semiconductor que posteriormente se utilizó en las primeras cámaras de vídeo digitales para la transmisión de televisión . [ 8 ]

Los primeros sensores CCD sufrían de retardo de obturador . Esto se resolvió en gran medida con la invención del fotodiodo fijado (PPD). [ 9 ] Fue inventado por Nobukazu Teranishi , Hiromitsu Shiraki y Yasuo Ishihara en NEC en 1980. [ 9 ] [ 10 ] Era una estructura de fotodetector con bajo retardo, bajo ruido , alta eficiencia cuántica y baja corriente oscura . [ 9 ] En 1987, el PPD comenzó a incorporarse en la mayoría de los dispositivos CCD, convirtiéndose en un elemento fijo en las videocámaras electrónicas de consumo y luego en las cámaras fotográficas digitales . Desde entonces, el PPD se ha utilizado en casi todos los sensores CCD y luego en los sensores CMOS . [ 9 ]

El sensor de píxeles activos NMOS (APS) fue inventado por Olympus en Japón a mediados de la década de 1980. Esto fue posible gracias a los avances en la fabricación de dispositivos semiconductores MOS , con la miniaturización de los MOSFET alcanzando niveles de micras y luego submicras . [ 11 ] [ 12 ] El NMOS APS fue fabricado por el equipo de Tsutomu Nakamura en Olympus en 1985. [ 13 ] El sensor de píxeles activos CMOS (sensor CMOS) fue desarrollado posteriormente por el equipo de Eric Fossum en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en 1993. [ 9 ] Para 2007, las ventas de sensores CMOS habían superado a las de sensores CCD. [ 14 ]

Compresión de imágenes digitales

Un avance importante en la tecnología de compresión de imágenes digitales fue la transformada discreta del coseno (DCT). [ 15 ] La compresión DCT se utiliza en JPEG , que fue introducido por el Grupo Conjunto de Expertos en Fotografía en 1992. [ 16 ] JPEG comprime las imágenes a tamaños de archivo mucho más pequeños y se ha convertido en el formato de archivo de imagen más utilizado en Internet . [ 17 ]

Cámaras digitales

Estas diferentes ideas de escaneo fueron la base de los primeros diseños de cámaras digitales. Las primeras cámaras tardaban mucho en capturar una imagen y no eran adecuadas para el uso doméstico. [ 2 ] No fue hasta la adopción del CCD ( dispositivo de carga acoplada ) que el uso de cámaras digitales se generalizó. El CCD se integró en los sistemas de imagen utilizados en telescopios, y en las primeras cámaras digitales en blanco y negro de la década de 1980. [ 2 ] Posteriormente se añadió el color al CCD, y hoy en día es una característica habitual de las cámaras digitales.

Entorno cambiante

El uso de negativos y los detalles sobre la exposición fotográfica son conceptos ajenos para muchos, ya que la primera imagen digital en 1920 condujo finalmente a equipos menos costosos, software cada vez más potente pero sencillo y al crecimiento de Internet. [ 18 ]

El constante avance y la producción de equipos y hardware relacionados con la imagen digital han impactado el entorno del sector. Desde cámaras y webcams hasta impresoras y escáneres, el hardware es cada vez más elegante, delgado, rápido y económico. A medida que disminuye el costo de los equipos, se amplía el mercado para nuevos aficionados.

Compartir fotos en línea ha transformado la concepción cultural de la fotografía y el papel de los fotógrafos. Plataformas como Flickr , Shutterfly e Instagram permiten a los usuarios distribuir imágenes a nivel mundial, independientemente de su estatus profesional. La accesibilidad de las cámaras digitales y los teléfonos inteligentes ha contribuido a que la fotografía pase de ser un medio especializado o de lujo a una forma de comunicación cotidiana.

La temática de las fotografías también se ha ampliado. Históricamente, la fotografía se centraba a menudo en retratos y eventos familiares. En la era digital, las imágenes abarcan una amplia gama de temas, incluyendo actividades cotidianas, objetos, comida, paisajes y momentos espontáneos. La integración de cámaras en dispositivos móviles permite a las personas documentar y compartir experiencias al instante, lo que contribuye al papel de la fotografía como una forma continua e inmediata de expresión visual.

En 1826, Nicéphore Niépce fue el primero en desarrollar una fotografía que utilizaba luces para reproducir imágenes; el avance de la fotografía ha aumentado drásticamente a lo largo de los años. Hoy en día, todos son fotógrafos a su manera, mientras que a principios de los siglos XIX y XX, el costo de las fotografías duraderas era muy valorado y apreciado tanto por consumidores como por productores. Según la BBC, la cámara digital provocó lo siguiente: El impacto en los fotógrafos profesionales ha sido dramático. Los fotógrafos del pasado no desperdiciaban una toma a menos que estuvieran prácticamente seguros de que funcionaría. El uso de la imagen digital (fotografía) ha cambiado la forma en que interactuamos con nuestro entorno a lo largo de los años. Parte del mundo se experimenta de manera diferente a través de la visualización de recuerdos duraderos; se ha convertido en una nueva forma de comunicación con amigos, familiares y seres queridos en todo el mundo sin necesidad de interacciones cara a cara. Mediante la fotografía es fácil ver a quienes nunca antes habíamos visto y sentir su presencia sin que estén cerca. Por ejemplo, Instagram es una red social donde cualquiera puede tomar, editar y compartir fotos de lo que quiera con amigos y familiares. Facebook, Snapchat, Vine y Twitter también son formas en que las personas se expresan con pocas o ninguna palabra y pueden capturar cada momento importante. Los recuerdos duraderos que antes eran difíciles de capturar, ahora son fáciles porque cualquiera puede tomar fotos y editarlas en sus teléfonos o computadoras portátiles. La fotografía se ha convertido en una nueva forma de comunicación y su uso está creciendo rápidamente con el paso del tiempo, lo que ha afectado al mundo que nos rodea. [ 19 ]

Un estudio realizado por Basey, Maines, Francis y Melbourne en 2016 reveló que los dibujos utilizados en clase tienen un efecto negativo significativo en el contenido de menor nivel de los informes de laboratorio de los estudiantes, sus perspectivas sobre los laboratorios, su entusiasmo y la eficiencia del tiempo de aprendizaje. El aprendizaje basado en la documentación no tiene efectos significativos en los estudiantes en estas áreas. También se observó que los estudiantes estaban más motivados y entusiasmados por aprender al utilizar imágenes digitales. [ 20 ]

avances en el campo

En el ámbito de la educación.

  • A medida que los proyectores, pantallas y gráficos digitales llegan a las aulas, tanto docentes como estudiantes se benefician de la mayor comodidad y comunicación que ofrecen, aunque su robo puede ser un problema común en las escuelas. [ 21 ] Además, adquirir una formación básica en imagen digital es cada vez más importante para los jóvenes profesionales. Reed, experto en producción de diseño de la Western Washington University , destacó la importancia de utilizar «conceptos digitales para familiarizar a los estudiantes con las tecnologías interesantes y gratificantes que se encuentran en una de las principales industrias del siglo XXI». [ 22 ]

El campo de la imagen médica

  • Una rama de la imagen digital que busca ayudar en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades está creciendo rápidamente. Un estudio reciente de la Academia Estadounidense de Pediatría sugiere que la obtención de imágenes adecuadas de niños con posible apendicitis podría reducir la cantidad de apendicectomías necesarias. Otros avances incluyen imágenes increíblemente detalladas y precisas del cerebro, los pulmones, los tendones y otras partes del cuerpo, imágenes que los profesionales de la salud pueden utilizar para brindar una mejor atención a los pacientes. [ 23 ]
  • Según Vidar, a medida que más países adoptan esta nueva forma de capturar imágenes, se ha constatado que la digitalización de imágenes en medicina resulta cada vez más beneficiosa tanto para los pacientes como para el personal médico. Entre las ventajas de eliminar el papel y avanzar hacia la digitalización se incluyen la reducción general de los costes de la atención médica, así como una mayor accesibilidad global y en tiempo real a estas imágenes.
  • El sistema de imágenes digitales en comunicaciones y medicina (DICOM) se utiliza para tomar imágenes de órganos internos y también para procesarlas. Incorpora el procesamiento, el intercambio y el análisis de imágenes. [ 24 ]

En el campo de la tecnología, el procesamiento de imágenes digitales se ha vuelto más útil que el procesamiento de imágenes analógicas.

  • Mejora y restauración de la imagen –
    • Mejora de la imagen o manipulación de las imágenes: esto comprende el proceso de zoom, el proceso de desenfoque, el proceso de nitidez, el proceso de conversión de escala de grises a color, el proceso de recuperación de la imagen y el proceso de identificación de la imagen.
  • Reconocimiento facial –
    • Una innovación informática que determina la posición y el tamaño de los rostros humanos en imágenes digitales con autoimagen. Identifica los rasgos faciales e ignora elementos como estructuras, árboles y cuerpos.
  • Detección remota –
    • Recopilación de datos de un objeto o evento a pequeña o gran escala, mediante el uso de aparatos de grabación o detección continua que no estén en contacto directo con el objeto. En la práctica, la detección remota consiste en la recopilación de datos a distancia utilizando diversos dispositivos para obtener información sobre un objeto o lugar específico.
  • Detección de patrones –
    • El estudio o investigación del procesamiento de imágenes —en la detección de patrones— utiliza el procesamiento de imágenes para reconocer elementos en las imágenes y, posteriormente, el aprendizaje automático se emplea para entrenar un marco de variación de patrones. La detección de patrones se utiliza en el análisis asistido por computadora, la detección de caligrafía, la identificación de imágenes y más.
  • Procesamiento del color –
    • Procesamiento de imágenes en color y diversas ubicaciones de color, lo que también implica el estudio de la transmisión, el almacenamiento y la codificación de imágenes en color.

Realidad aumentada

La Imagen Digital para Realidad Aumentada (DIAR) es un campo integral dentro del contexto más amplio de las tecnologías de Realidad Aumentada (RA). Implica la creación, manipulación e interpretación de imágenes digitales para su uso en entornos de realidad aumentada. DIAR contribuye a mejorar la experiencia del usuario, proporcionando superposiciones realistas de información digital sobre el mundo real, reduciendo así la brecha entre los ámbitos físico y virtual. [ 25 ] [ 26 ]

DIAR se emplea en sectores como el entretenimiento, la educación, la sanidad, el ámbito militar y el comercio minorista. En el entretenimiento, se utiliza para crear experiencias de juego y películas interactivas. En la educación, proporciona un entorno de aprendizaje más atractivo, mientras que en la sanidad, facilita los procedimientos quirúrgicos. El ejército utiliza DIAR para el entrenamiento y la visualización del campo de batalla. En el comercio minorista, los clientes pueden probarse virtualmente la ropa o visualizar los muebles en su hogar antes de realizar una compra. [ 27 ]

Con los continuos avances tecnológicos, se espera que el futuro de DIAR ofrezca superposiciones realistas, un modelado de objetos 3D mejorado y la integración con el Internet de las Cosas (IoT). La incorporación de retroalimentación háptica en los sistemas DIAR podría mejorar aún más la experiencia del usuario al añadir una sensación táctil a las superposiciones visuales. Además, se espera que los avances en inteligencia artificial y aprendizaje automático mejoren aún más la adecuación al contexto y el realismo de las imágenes digitales superpuestas. [ 28 ]

Aplicación teórica

Una aplicación importante en desarrollo es la de seguridad y protección infantil. El programa de Kodak , Kids Identification Digital Software (KIDS), incluye un kit de imágenes digitales para recopilar fotos de identificación de estudiantes, lo cual sería útil durante emergencias médicas y delitos. A partir de 2012, se están desarrollando versiones más potentes y avanzadas de las aplicaciones, con funciones adicionales que se están probando y añadiendo. [ 29 ]

Las oficinas de investigación criminal, como las comisarías de policía, los laboratorios forenses estatales y las agencias federales, han comprendido la importancia de la imagen digital para analizar huellas dactilares y pruebas, realizar arrestos y mantener comunidades seguras. [ 30 ]

La imagen digital se relaciona estrechamente con la teoría de la presencia social, especialmente en lo que respecta a las imágenes capturadas con teléfonos móviles en las redes sociales. Existen diversas definiciones de la teoría de la presencia social, pero dos de ellas son: «el grado en que las personas son percibidas como reales» (Gunawardena, 1995) y «la capacidad de proyectarse social y emocionalmente como personas reales» (Garrison, 2000). La imagen digital permite a las personas manifestar su vida social a través de imágenes para dar una sensación de presencia al mundo virtual. La presencia de estas imágenes actúa como una extensión de uno mismo hacia los demás, ofreciendo una representación digital de lo que se está haciendo y con quién se está. La imagen digital, en el sentido de las cámaras de los teléfonos, facilita este efecto de presencia con los amigos en las redes sociales. Alexander (2012) afirma: «La presencia y la representación están profundamente arraigadas en nuestras reflexiones sobre las imágenes... se trata, por supuesto, de una presencia alterada... nadie confunde una imagen con la realidad representada. Pero nos dejamos llevar por esa representación, y solo esa "representación" es capaz de mostrar la vitalidad del ausente de forma creíble». Por lo tanto, la imagen digital permite representar a las personas de manera que refleje su presencia social. [ 31 ]

La fotografía es un medio utilizado para capturar momentos específicos visualmente. Mediante la fotografía, se puede transmitir información (como la apariencia) con poca o ninguna distorsión. La Teoría de la Riqueza de los Medios proporciona un marco para describir la capacidad de un medio para comunicar información sin pérdida ni distorsión. Esta teoría ha brindado la oportunidad de comprender el comportamiento humano en las tecnologías de la comunicación. Daft y Lengel (1984, 1986) afirman lo siguiente:

Los medios de comunicación se sitúan en un continuo de riqueza. La riqueza de un medio comprende cuatro aspectos: la disponibilidad de retroalimentación instantánea, que permite formular y responder preguntas; el uso de múltiples señales, como la presencia física, la entonación, los gestos corporales, las palabras, los números y los símbolos gráficos; el uso del lenguaje natural, que puede emplearse para transmitir la comprensión de un amplio conjunto de conceptos e ideas; y el enfoque personal del medio (pág.  83).

Cuanto más capaz sea un medio de comunicar la apariencia precisa, las señales sociales y otras características similares, más rico se vuelve. La fotografía se ha convertido en una parte natural de cómo nos comunicamos. Por ejemplo, la mayoría de los teléfonos móviles tienen la capacidad de enviar fotos en mensajes de texto. Las aplicaciones Snapchat y Vine se han vuelto cada vez más populares para comunicarse. Sitios como Instagram y Facebook también han permitido a los usuarios alcanzar un nivel más profundo de riqueza debido a su capacidad de reproducir información. Sheer, VC (enero-marzo de 2011). Uso de las funciones de MSN, temas de discusión y desarrollo de amistades en línea por parte de los adolescentes: el impacto de la riqueza de los medios y el control de la comunicación. Communication Quarterly, 59(1).

Métodos

Una fotografía digital puede crearse directamente a partir de una escena física mediante una cámara o un dispositivo similar. Alternativamente, una imagen digital puede obtenerse a partir de otra imagen en un medio analógico , como fotografías , película fotográfica o papel impreso , mediante un escáner de imágenes o un dispositivo similar. Muchas imágenes técnicas, como las adquiridas con equipos tomográficos , sonar de barrido lateral o radiotelescopios , se obtienen en realidad mediante un procesamiento complejo de datos que no son imágenes. Los mapas de radar meteorológico que se ven en las noticias de televisión son un ejemplo común. La digitalización de datos analógicos del mundo real se conoce como digitalización , e implica muestreo (discretización) y cuantificación . La imagen de proyección de la radiografía digital se puede realizar mediante detectores de rayos X que convierten directamente la imagen a formato digital. Alternativamente, la radiografía de placa de fósforo es donde la imagen se toma primero en una placa de fósforo fotoestimulable (PSP) que posteriormente se escanea mediante un mecanismo llamado luminiscencia fotoestimulada .

Una imagen digital también puede calcularse a partir de un modelo geométrico o una fórmula matemática. En este caso, el nombre de síntesis de imagen es más apropiado, y se conoce más comúnmente como renderizado .

La autenticación de imágenes digitales es un problema [ 32 ] para los proveedores y productores de imágenes digitales, como organizaciones de atención médica, agencias de aplicación de la ley y compañías de seguros. Están surgiendo métodos en la fotografía forense para analizar una imagen digital y determinar si ha sido alterada .

Anteriormente, la imagen digital dependía de procesos químicos y mecánicos. Ahora, estos procesos se han transformado en electrónicos. Para que se produzca la imagen digital, se requieren varios pasos: la energía lumínica se convierte en energía eléctrica mediante una red con millones de células solares. Cada condición genera una carga eléctrica específica. Las cargas de cada una de estas células solares se transportan y se comunican al firmware para su interpretación. El firmware interpreta y traduce el color y otras cualidades de la luz. Los píxeles, con intensidades variables, crean y generan diferentes colores, formando así una imagen. El firmware registra la información para su posterior uso y reproducción.

Ventajas

La digitalización de imágenes ofrece varias ventajas. En primer lugar, permite un fácil acceso a fotografías y documentos de texto. Google lidera esta revolución con la misión de digitalizar los libros del mundo. Esta digitalización hará que los libros sean consultables, facilitando así el acceso a bibliotecas participantes, como la Universidad de Stanford y la Universidad de California, Berkeley , a nivel mundial. [ 33 ] La digitalización de imágenes también beneficia al ámbito médico, ya que permite la transmisión electrónica de imágenes a proveedores externos, dentistas remitentes, consultores y aseguradoras a través de un módem. [ 33 ] Además, el proceso es respetuoso con el medio ambiente, puesto que no requiere procesamiento químico. [ 33 ] La digitalización de imágenes se utiliza frecuentemente para documentar y registrar eventos históricos, científicos y personales. [ 34 ]

También existen beneficios en relación con las fotografías . La imagen digital reduce la necesidad de contacto físico con las imágenes originales. [ 35 ] Además, la imagen digital crea la posibilidad de reconstruir el contenido visual de fotografías parcialmente dañadas, eliminando así la posibilidad de que el original sea modificado o destruido. [ 35 ] Asimismo, los fotógrafos se liberan de estar atados al cuarto oscuro y disponen de más tiempo para fotografiar y cubrir las asignaciones de manera más eficaz. [ 36 ] La imagen digital implica que los fotógrafos ya no tienen que apresurarse a entregar sus carretes en la oficina, por lo que pueden permanecer más tiempo en exteriores cumpliendo con los plazos de entrega. [ 37 ]

Otra ventaja de la fotografía digital es que se ha extendido a los teléfonos móviles con cámara. Podemos llevar las cámaras con nosotros y también enviar fotos instantáneamente a otras personas. [ 38 ]

Críticas

Los críticos de la imagen digital citan consecuencias negativas, entre ellas una mayor flexibilidad para ofrecer imágenes de mejor calidad a los lectores, lo que podría tentar a editores, fotógrafos y periodistas a manipular las fotografías. [ 36 ] Además, «los fotógrafos de plantilla ya no serán fotoperiodistas, sino operadores de cámara... ya que los editores tendrán el poder de decidir qué quieren que se "fotografíe"». [ 36 ]

Véase también

Referencias

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