Apilamiento de enfoque

El apilamiento de enfoque  , también llamado fusión de planos focales , apilamiento z ^[1] o combinación de enfoque  , es una técnica de procesamiento de imágenes digitales que combina múltiples imágenes tomadas a diferentes distancias de enfoque para dar una imagen resultante con una mayor profundidad de campo (DOF) que cualquiera de las imágenes de origen individuales. ^{[2] [3]} El apilamiento de enfoque se puede utilizar en cualquier situación en la que las imágenes individuales tengan una profundidad de campo muy superficial; la fotografía macro y la microscopía óptica son dos ejemplos típicos. El apilamiento de enfoque también puede ser útil en la fotografía de paisajes .

El apilamiento de enfoque ofrece flexibilidad: dado que es una técnica computacional, se pueden generar imágenes con varias profundidades de campo diferentes en el posprocesamiento y compararlas para determinar su mejor mérito artístico o claridad científica. El apilamiento de enfoque también permite la generación de imágenes que son físicamente imposibles con equipos de imágenes normales; se pueden generar imágenes con regiones de enfoque no planas. Las técnicas alternativas para generar imágenes con una profundidad de campo mayor o flexible incluyen la codificación de frente de onda , las cámaras de campo de luz y la inclinación .

El punto de partida para el apilamiento de enfoque es una serie de imágenes capturadas a diferentes distancias de enfoque; en cada imagen, diferentes áreas de la muestra estarán enfocadas. Si bien ninguna de estas imágenes tiene la muestra completamente enfocada, en conjunto contienen todos los datos necesarios para generar una imagen que tenga todas las partes de la muestra enfocadas. Las regiones enfocadas de cada imagen se pueden detectar automáticamente, por ejemplo, mediante la detección de bordes o el análisis de Fourier , o se pueden seleccionar manualmente. Luego, los parches enfocados se combinan para generar la imagen final.

Este procesamiento también se denomina apilamiento z , fusión del plano focal (o zedificación en francés). ^{[4] [5]}

Obtener la profundidad de campo suficiente puede ser particularmente difícil en la fotografía macro , porque la profundidad de campo es menor (menor) para los objetos más cercanos a la cámara, por lo que si un objeto pequeño llena el encuadre, a menudo está tan cerca que toda su profundidad no puede estar enfocada a la vez. La profundidad de campo normalmente se aumenta al cerrar la apertura (usando un número f más grande ), pero más allá de cierto punto, cerrar la apertura causa borrosidad debido a la difracción , lo que contrarresta el beneficio de estar enfocado . También reduce la luminosidad de la imagen. El apilamiento de enfoque permite aumentar de manera efectiva la profundidad de campo de las imágenes tomadas con la apertura más nítida. Las imágenes de la derecha ilustran el aumento de la profundidad de campo que se puede lograr al combinar múltiples exposiciones.

La misión Mars Science Laboratory cuenta con un dispositivo llamado Mars Hand Lens Imager (MAHLI), que puede tomar fotografías que luego pueden apilarse en foco. ^[6]

En microscopía , es deseable contar con aperturas numéricas altas para capturar la mayor cantidad de luz posible de una muestra pequeña. Una apertura numérica alta (equivalente a un número f bajo) proporciona una profundidad de campo muy reducida. Las lentes de objetivo de mayor aumento generalmente tienen una profundidad de campo menor; una lente de objetivo de 100x con una apertura numérica de alrededor de 1,4 tiene una profundidad de campo de aproximadamente 1 μm . Al observar una muestra directamente, las limitaciones de la profundidad de campo reducida son fáciles de sortear enfocando hacia arriba y hacia abajo a través de la muestra; para presentar de manera efectiva los datos de microscopía de una estructura 3D compleja en 2D, el apilamiento de enfoque es una técnica muy útil.

La microscopía electrónica de transmisión por barrido con resolución atómica se enfrenta a dificultades similares, ya que las características de la muestra son mucho mayores que la profundidad de campo. Al tomar una serie focal completa , se puede reconstruir la profundidad de foco para crear una única imagen completamente enfocada. ^[7]

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  Molinillo de pimienta, pila de 28 marcos
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  Imagen apilada de cables eléctricos de 3 × 2,5 mm
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  Cabezal de afeitado, pila de 36 fotogramas, retocado
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  Macrolepiota procera , pila de 15 cuadros
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  Imagen apilada de la cresta interior de una flor de orquídea.
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  Imagen apilada de dos Arecaceae vistas a través de un agujero en el tronco de un árbol
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  Pellet, pila de 32 cuadros
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  Alluaudia comosa , pila de 10 cuadros
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  Moho en Litchi chinensis , pila de 20 cuadros
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  Cráneo, pila de 6 cuadros
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  Sympetrum flaveolum macho, pila de 36 cuadros
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  Uva Pinot Gris , pila de 12 cuadros.

• Ejemplo en vídeo de cómo se aplica el apilamiento de enfoque a las imágenes

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  El software crea a partir de las áreas más nítidas en una pila de secciones.

• Ray, Sidney. 2002. Óptica fotográfica aplicada . 3.ª ed. Oxford: Focal Press. ISBN 0-240-51540-4 . 

• ¿Qué cámaras tienen apilamiento de enfoque incorporado? por Jeff Meyer, Camera Jabber, noviembre de 2019.