El Ojo, nuestra cámara digital.

Muchas veces criticamos la imperfección de los scaners, cámaras digitales y otros dispositivos de captación de imagen digital, pero los que lo hacen nunca se han planteado, que aunque el cuerpo humano es una máquina muy compleja tiene sus limitaciones, en este post vamos a centrarnos en nuestro sistema de visión, como captamos las imágenes y sus limitaciones.

Primeramente, y a pesar de todo, hay que decir que el ojo en general y en concreto el que trataremos aquí el ojo humano, es el sistema óptico más complejo y perfecto jamás conocido, todos los sistemas de visión digital y analógica creados, han sido concebidos intentando imitar su funcionamiento. Por este motivo si entendemos algunas características importantes sobre los elementos que lo constituyen y sobre su funcionamiento, nos ayudará en gran manera a tratar las imágenes digitales y valorar hasta donde merece la pena llegar, para conseguir la perfección si es que existe.

Fig.1

El ojo humano es un globo cuasi-esférico (Figura.1), en el exterior está recubierto por la "córnea" y la "esclerótica", en el interior por el "coroides" y la "retina", el "coroides" acaba en el "cuerpo ciliar" y en el "iris", este último elemento funciona como un diafragma limitando la cantidad de luz que entra en el "globo ocular" por un orificio central llamado "pupila". 

 



 Detrás del "iris" está el "cuerpo lenticular (cristalino)", que se compone de agua, grasas y proteínas, funciona como una lente convergente, debido a la tensión de las "fibras ciliares", las cuales modifican su forma, estirándolo o contrayéndolo, hacen que enfoque la luz de diferente manera dentro de la "retina", que se encuentra en la parte posterior del globo ocular, éste elemento es nuestro "sensor digital", está compuesto de dos tipos de receptores, muy complejos y perfectamente diferenciados:

•  "Conos" dependiendo de la persona podemos tener entre 6 o 7 millones por cada globo ocular, son sensibles a la longitud de onda de la luz que incide sobre ellos, es decir, aprecian los colores. Existen 3 tipos, uno que capta la luz roja (650 nm), otro que capta la luz verde (530 nm) y por último los que captan la luz azul (430 nm), por ejemplo las aves y reptiles tienen otro tipo nuevo que capta la luz ultravioleta (< 350 nm).
• "Bastones" tenemos aproximadamente entre 100 o 120 millones por cada globo ocular, y son sensibles a la luminosidad, la sensibilidad es mucho mayor a la de los "conos" en la luz verde-azulada en torno a los 500 nm, en las demás longitudes de onda y con alta luminosidad se saturan y no perciben nada, los "bastones" nos permiten ver formas pero no los colores en condiciones de luz muy débiles, aunque por su forma de agruparse, no permiten distinguir tantos detalles. Se cree que tenemos mayor número de ellos, porque nuestro sistema ocular se desarrolló y adaptó para entornos oscuros, durante muchos millones de años y nuestra convivencia con entornos con más luz, en términos evolutivos, es mucho más reciente.

Tipos de visión dependiendo del número de "conos":

• Tetracromática: 4 o más conos (las aves, reptiles y peces ; ven el ultravioleta)
• Tricromática: 3 tipos de conos (hombre y primates).
• Dicromática: 2 tipos de conos, la inmensa mayoría de los animales.
• Monocromática: 1 tipo de cono, (Mapaches y salamandras)

Dejaremos los tipos de ojo de los insectos por no tener similitud con el ojo humano y salirse del tema que queremos tratar.
Una ventaja que tenemos con respecto al ojo de otros animales, es que el ojo humano puede regenerarse muy rápidamente, frente a la degradación fotónica de sus pigmentos,  los fotones que impactan en el ojo en un día soleado, degradan los pigmentos de los "conos" que automáticamente son regenerados, aunque no haya presencia de luz, así si cambiamos a un entorno oscuro, regenerará sus pigmentos para adaptarse rápidamente a la visión nocturna.


Conceptos sobre la luz

Espectro visible  del ojo humano

La luz es una radiación electromagnética, se caracteriza por su frecuencia, en hertzios(Hz) o por su longitud de onda en nanómetros (nm) o micrómetros(µm).


El ojo humano tiene limitada la visión dependiendo del individuo en concreto entre 350nm (violeta) y 780nm(rojo), cada variación entre este intervalo es un color diferente, fuera de este intervalo no percibiremos la luz, nosotros percibimos los objetos dependiendo de la luz reflejada en ellos, según el material de la superficie donde incida la luz, se absorberá parte de la luz, reflejando el resto en una longitud de onda determinada, que corresponde al color que vemos, según este principio, un objeto que absorba todas las longitudes de onda y no refleje nada, lo veremos en negro y uno que sea capaz de reflejar todo nuestro espectro visible de la luz que le incida, será invisible para nuestro ojo.





Figura.2



Figura.3

El brillo se corresponde con la respuesta del ojo a la intensidad o luminancia de la luz incidida, nos dará una sensación de más claridad cuanto más brillo o intensidad luminosa nos incida.



El contraste es la diferencia entre los valores de luminancia de dos objetos contiguos, dependiendo del contraste del entorno del objeto lo percibiremos con una "sensación" de mayor luminancia o brillo, esto se aprecia en los ejemplos, donde el rectángulo central en ambos casos Figura 2 y 3, tiene la misma luminancia, pero parecen tener distinto brillo debido a la diferencia de contrastes relativos respecto al fondo.

Figura.4

La respuesta del ojo a la intensidad de la luz(Figura.4) no es lineal es más próxima a incrementos logarítmicos y depende de la longitud de onda (color) de que se trate. Esta respuesta hace que el sistema de visión humano, tenga histéresis y dificulta ver imágenes en movimiento sino se presentan en una frecuencia igual o superior a 24 Hz, es decir, 24 imágenes por segundo, por ejemplo en un monitor si la frecuencia es inferior a 24 Hz apreciaremos un parpadeo en la imagen mientras se mueve. 

Esperamos haber aclarado algunas cosas más de como vemos en realidad nuestro entorno y en que se basa la tecnología actual de captación digital de imágen, la cual todavía se está perfeccionando y permanece en contínuo desarrollo.

MacWinLin
macwinlincps@gmail.com

NEGA y la resolución de imagen en nuestras mediciones.



Cámara profesional digital de 60.1 Mp
Hasselblad H4D-60, precio aproximado
 más de 33000 euros.



La resolución en fotografía digital solo tiene importancia a la hora de imprimir, porque al haber más puntos por pulgada se imprimirán más detalles, viéndose menos pixelada la imagen, aunque el ojo humano solo aprecia detalles de 0,1mm o superiores que corresponden con una resolución de 250ppp, por tanto si imprimimos con nuestra impresora, un archivo gráfico con esta resolución ya tendremos suficiente, como máximo es razonable a 300 ppp porque utilizar más resolución a la hora de imprimir no tiene sentido, no apreciaremos la diferencia en el papel.

Pero en NEGA, TENER MÁS RESOLUCIÓN si es muy importante, porque se utiliza para medir los saltos entre píxeles, en el ejemplo tenemos un archivo gráfico en NEGA dentro del Laboratorio de Tot Graphic Lab, con una resolución de 300ppp (puntos por pulgada) tanto en dirección horizontal como en vertical (los puntos son los píxeles) esto en nuestro caso será 1 pulgada / 300 píxeles =  0,003333 pulgadas, es decir, como una pulgada son 25,4 mm, la conversión será 25,4 mm x 0,003333 pulgadas = 0,085 mm de resolución de medida, sabiendo esto podemos confirmar que cuando nos desplacemos, entre píxeles no podremos medir distancias menores a este valor, todos sabemos que NEGA puede ampliar o reducir la imagen con el zoom, y por tanto internamente tiene que compensar este incremento para poder medir igual en cualquier nivel de zoom. En el otro ejemplo vemos la misma imagen pero a 200ppp la diferencia de resolución en la medición es apreciable a simple vista.

 


Medida mínima entre dos píxeles.
Resolución a 300 x 300ppp
 0,085mm (0,003333")
Zoom Normal 1600%

 No debemos preocuparnos, porque todo esto lo hace NEGA automáticamente, también en la pantalla de información de la imagen, aparece el tamaño original, con zoom aplicado y resolución del archivo de imagen cargado y resolución entre píxeles calculada, en pulgadas y milímetros.



Antes de continuar hay que decir que las cámaras digitales normales te dan una resolución de 72ppp en los archivos gráficos que generan y normalmente solo permiten formato JPG, independientemente de los megapixels de su sensor de imagen, en algunas más profesionales, te permite configurar la resolución del archivo que generan hasta 300ppp y también elegir otros formatos de archivo mejores como el TIF / TIFF. Si tu cámara es de las que solo ofrecen JPG con 72 ppp, PARA MEDIR con NEGA NO es recomendable REMUESTREAR para cambiar la resolución posteriormente con un programa de edición de fotos , como Photoshop por ejemplo, el motivo es que si lo hacemos, nos aumentará los puntos de resolución, pero interpolando con los errores que esto implica y aumentando exageradamente el tamaño del archivo final, si no remuestreamos solo cambiaremos la resolución sin cambiar el tamaño del archivo, esto de cara a imprimir estará bien, pero para NEGA significará más resolución con los mismos pixeles, y esto no es real, por tanto



Medida mínima entre dos píxeles.
Resolución a 200 x 200ppp
 0,127mm (0,005")
Zoom Normal 1600%



ACONSEJAMOS CONSERVAR LA MÁXIMA RESOLUCIÓN DEL ARCHIVO QUE NOS DÉ LA CÁMARA QUE TENGAMOS Y SI SE TIENE QUE CAMBIAR DESPUÉS, HACERLO SIN REMUESTREAR Y BASÁNDOSE EN LAS MEDIDAS DE LA TABLA DE MÁS ABAJO.

Con los escáners, es diferente que con las cámaras digitales, se puede elegir la resolución del archivo que producen antes de escanear, y normalmente permiten resoluciones desde 150ppp a 4800 ppp, depende del modelo y marca, los valores más equilibrados para trabajar como hemos comentado, son entre 300 y 600 ppp, a más resolución más tamaño de archivo, esto hay que tenerlo en cuenta porque NEGA en la versión actual no admite archivos de imagen que ocupen más de 200 Mb. 

En esta tabla se refleja la variación de tamaño cuando aumentamos la resolución.

Marca	Sensor	Mp	Sensor (píxeles)	Imagen a 300ppp (mm)
KAF-1301E	CCD  2	1,3	1280 x 1024	108,37 x 86,70
Sony ICX205	CCD	1,4	1360 x 1024	115,15 x 86,70
MT9D131	CMOS	1,9	1600 x 1200	135,47 x 101,60
YM-3170A	CMOS	3,2	2056 x 1544	174,07 x 130,73
Sigma SD10  F	FOVEON	3,5	2084 x 2084	176,45 x 176,45
Nikon D2Hs	JFET-LBCAST	4,0	2304 x 1536	195,07 x 130,05
KAF-4320	CCD  5	4,3	2464 x 1632	208,62 x 138,18
Sigma DP1   F	FOVEON	4,7	2592 x 1944	219,46 x 164,59
Canon S60	CCD	5,0	2640 x 1760	223,52 x 149,01
Canon S3 IS	CCD	6,0	2816 x 2112	238,42 x 178,82
Nikon D70	CCD	6,0	2848 x 2136	241,13 x 180,85
Nikon D50	CCD	6,0	3008 x 2000	254,68 x 169,33
Nikon D40	CCD	6,0	3008 x 2000	254,68 x 169,33
Pentax*istDs	CCD	6,0	3008 x 2000	254,68 x 169,33
Fuji F30	CCD	6,3	3008 x 2008	254,68 x 170,01
Canon 10D	CMOS	6,3	3072 x 2048	260,10 x 173,40
Canon 300D	CMOS	6,3	3072 x 2048	260,10 x 173,40
Canon S70	CCD	7,1	3072 x 2304	260,10 x 195,07
Sony H5	CCD	7,2	3072 x 2304	260,10 x 195,07
Sony ICX629	CCD	7,2	3112 x 2328	263,48 x 197,10
Olympus E330	NMOS	7,5	3136 x 2352	265,51 x 199,14
Olympus E300	CCD	8,0	3264 x 2448	276,35 x 207,26
Nikon 8800	CCD	8,0	3264 x 2448	276,35 x 207,26
Canon 350D	CMOS	8,0	3264 x 2448	276,35 x 207,26
Sony DSC-H7	CCD	8,1	3264 x 2448	276,35 x 207,26
Panasonic FZ18	CCD	8,1	3326 x 2504	281,60 x 212,01
Canon 1DMII	CMOS	8,2	3456 x 2304	292,61 x 195,07
Canon 30D	CMOS	8,2	3456 x 2592	292,61 x 219,46
Canon 20D	CMOS	8,2	3504 x 2336	296,67 x 197,78
Canon 20Da	CMOS	8,2	3504 x 2336	296,67 x 197,78
KAF-8300	CCD	8,6	3504 x 2336	296,67 x 197,78
Sony DSC-H50	CCD	9,1	3504 x 2336	296,67 x 197,78
Olympus E520	MOS	10,0	3648 x 2736	308,86 x 231,65
Olympus E420	MOS	10,0	3648 x 2736	308,86 x 231,65
Olympus E410	MOS	10,0	3648 x 2736	308,86 x 231,65
Olympus E3	MOS	10,0	3648 x 2736	308,86 x 231,65
Canon S90	CCD	10,0	3648 x 2736	308,86 x 231,65
Canon G11	CCD	10,0	3648 x 2736	308,86 x 231,65
Canon G7	CCD	10,0	3648 x 2736	308,86 x 231,65
Casio EX-Z1000	CCD	10,0	3648 x 2736	308,86 x 231,65
Panasonic Lumix FZ50	CCD	10,0	3648 x 2736	308,86 x 231,65
Samsung NV10	CCD	10,0	3648 x 2736	308,86 x 231,65
Nikon D200	CCD	10,0	3676 x 2856	311,23 x 241,81
Canon 1DMIII	CMOS	10,1	3872 x 2592	327,83 x 219,46
Canon 400DXTi	CMOS	10,1	3872 x 2592	327,83 x 219,46
Canon 1000D	CMOS	10,1	3872 x 2592	327,83 x 219,46
Canon 40D	CMOS	10,1	3872 x 2592	327,83 x 219,46
Nikon D80	CCD	10,2	3872 x 2592	327,83 x 219,46
Sony A200	CCD	10,2	3872 x 2592	327,83 x 219,46
Sony A100	CCD	10,2	3872 x 2592	327,83 x 219,46
Nikon D3000	CMOS	10,2	3872 x 2592	327,83 x 219,46
Pentax K-m	CCD	10,2	3888 x 2592	329,18 x 219,46
Pentax K200D	CCD	10,2	3888 x 2592	329,18 x 219,46
Pentax K10D	CCD	10,2	3888 x 2592	329,18 x 219,46
Panasonic Lumix LX2	CCD	10,2	3888 x 2592	329,18 x 219,46
Leica M8	CCD	10,3	3936 x 2630	333,25 x 222,67
KAI-10100	CCD	10,8	4000 x 3000	338,67 x 254,00
KAI-11002	CCD	10,8	4000 x 3000	338,67 x 254,00
KAF-10500	CCD	10,8	4000 x 3000	338,67 x 254,00
Fuji S200EXR	CCD	12,0	4000 x 3000	338,67 x 254,00
Canon SX20	CCD	12,0	4008 x 2672	339,34 x 226,23
Panasonic Lumix DMC-G1	MOS	12,1	4010 x 2686	339,51 x 227,41
Canon SD950	CCD	12,1	4224 x 2376	357,63 x 201,17
Nikon D3s	CMOS	12,1	4224 x 3168	357,63 x 268,22
Nikon D3	CMOS	12,1	4256 x 2832	360,34 x 239,78
Nikon D3s	CMOS	12,1	4256 x 2832	360,34 x 239,78
Nikon D700	CMOS	12,1	4256 x 2832	360,34 x 239,78
Canon 450DXSi	CMOS	12,2	4256 x 2832	360,34 x 239,78
Nikon D2X	CCD	12,2	4271 x 2848	361,61 x 241,13
Nikon D300	CMOS	12,3	4288 x 2848	363,05 x 241,13
Nikon D300s	CMOS	12,3	4288 x 2848	363,05 x 241,13
Nikon D5000	CMOS	12,3	4288 x 2848	363,05 x 241,13
Nikon D90	CMOS	12,3	4288 x 2848	363,05 x 241,13
Sony IMX021	CMOS	12,5	4288 x 2848	363,05 x 241,13
Canon 5D	CMOS	12,7	4320 x 2888	365,76 x 244,52
Sony W300	CCD	13,4	4368 x 2912	369,82 x 246,55
Sony A100	CCD	14,2	4416 x 3312	373,89 x 280,42
Pentax K20D	CCD	14,6	4592 x 3056	388,79 x 258,74
Canon G10	CCD	14,7	4608 x 3456	390,14 x 292,61
Canon 50D	CMOS	15,0	4672 x 3104	395,56 x 262,81
Fuji HS20EXR	CMOS	16,0	4752 x 3168	402,34 x 268,22
Canon 1D IV	CMOS	16,1	4896 x 3264	414,53 x 276,35
KAI-16000	CCD	16,1	4904 x 3280	415,21 x 277,71
Nikon D7000	CMOS	16,2	4904 x 3678	415,21 x 311,40
Canon 1DsMII	CMOS	16,6	4928 x 3264	417,24 x 276,35
Canon 7D	CMOS	17,9	4992 x 3328	422,66 x 281,77
KAF-18000CE	CCD  1	18,0	5184 x 3456	438,91 x 292,61
Canon 1DsIII	CMOS	21,1	5616 x 3744	475,49 x 316,99
Canon 5D II	CMOS	21,1	5616 x 3744	475,49 x 316,99
Nikon D3x	CMOS	24,4	6048 x 4032	512,06 x 341,38
Sony A900	CMOS	24,4	6048 x 4032	512,06 x 341,38
KAF-31600	CCD	32,1	6536 x 4912	553,38 x 415,88
Kodak KAF4000	CCD	40,4	7336 x 5510	621,11 x 466,51

CONCLUSIONES FINALES SOBRE DIGITALIZACIÓN

• Para digitalizar documentos de texto es mejor utilizar siempre que sea posible un escáner.
• Si utilizamos una cámara y no nos permite configurar la salida del archivo a más de 72 ppp, utilizaremos una cámara con resolución del sensor que nos ofrezca las medidas de la zona de que queramos analizar, como mínimo 300 ppp, para ello se ha habilitado una columna en la tabla que nos puede servir de referencia. Si queremos 600ppp dividiremos las medidas de la columna de 300pp entre 2, pues tendremos que colocar el doble de puntos por pulgada.
• Los Megapíxeles del un sensor de la cámara solo nos facilitan imprimir con una buena resolución, más megapíxeles significan, mayor superficie de impresión con buena resolución, pero para imprimir como máximo en un papel tamaño DINA4 (210x297mm), donde muchas de las fotos estarán incluso reducidas para maquetarse con el texto del informe, por ejemplo con un sensor de una Canon 30D de 8,2 Mp que nos proporciona 292,61 x 219,46 mm a 300ppp es suficiente, incluso si la zona que nos interesa fotografiar es menor, podremos configurar el sensor para menos Mp. Así si necesitamos aumentar la resolución del archivo obtenido de 72 ppp  por ejemplo a 300ppp o 600ppp, lo haremos sin remuestreo como se ha aconsejado anteriormente, sabiendo que los píxeles obtenidos se corresponderán con la realidad por sus medidas, y al no remuestrear, no nos pasaremos de tamaño de almacenamiento.

Nikon Dx3 24.5 Mp sensor FX
obturador de  fibra de carbono y Kevlar
precio aproximado 6500 eur.

CONSEJOS SOBRE MEDICIONES CON NEGA
Si el objeto del cual queremos obtener la imagen, tiene una distancia fija constante en toda su superficie, con respecto al sensor del dispositivo, como por ejemplo un papel totalmente plano en un escaner de sobremesa, obtendremos medidas bastante correctas en NEGA, sin calibrar, pero aún así pueden existir pequeños errores.
Ya no digamos con una cámara digital u otro dispositivo de captación, del cual no sabemos en ningún momento exactamente la distancia exacta a los objetos, aquí es imposible que la medida en NEGA se corresponda con la realidad.

Pero esto no nos debe preocupar, la opción del menú inteligente "Calibrar medidas" ofrece un sistema potente para calibrar las imágenes. El proceso es sencillo, primero tenemos que tener una zona de la imagen de la que sepamos con seguridad su medida exacta, por ejemplo algunos peritos forenses antes de tomar la foto ponen una regla indicadora al lado, esto se suele utilizar más cuando la foto es de un cuerpo, objeto, casquillo de bala etc... en pericia caligráfica si tenemos los originales, podemos medir una zona entre trazos antes de escanear o tomar la foto, sino tenemos patrón nos veremos obligados a tomar un intervalo y darle una medida lo más aproximada posible.

Ventana activada al pulsar
"Calibrar Medidas" en el
menú inteligente

Seguidamente seleccionamos las unidad de medida en la que queremos trabajar, mm, cms o pulgadas, en pixels no funciona la calibración. Mediremos con la herramienta "Cota" la distancia patrón, y luego activaremos el menú inteligente con el botón derecho del ratón y seleccionamos "Calibrar medidas", aquí en la casilla que nos pide la "Medida real del patrón", introducimos el valor correcto del intervalo del patrón, es importante que este valor sea en la misma unidad de medida que estamos trabajando, y listo, todas las mediciones que hagamos están calibradas con este patrón. Esto solo sirve para la imagen que estamos trabajando, si activamos la otra y medimos esta calibración, no servirá, tendremos que calibrar de nuevo para ella, a no ser que activemos el cotejo y midamos todo con la calibración de la imagen activada, esto  dependerá de lo que queramos hacer.

Para resetear el valor en esta herramienta y volver a los valores originales, bastará con tomar cualquier medida con "Cota" y pulsaremos en el menú inteligente "Calibrar medidas", entonces introduciremos el valor 0 en la casilla que nos pide en patrón real de medida, esto reseteará la calibración al valor original que tenía la imagen al principio.

Es importante saber que la ventana de "Calibración de medidas" siempre refleja los datos para calibrar, de la última medida tomada con la herramienta "Cota". 

MacWinLin
macwinlicps@gmail.com