Este documento describe los conceptos básicos de la imagen digital, incluyendo las señales analógicas y digitales, qué es una imagen digital y un píxel, los diferentes formatos de almacenamiento como discos duros, CDs, DVDs y sus características, y los diferentes formatos gráficos como vectoriales y de mapa de bits. También explica aplicaciones como la fotografía y video digitales y sus ventajas sobre los métodos analógicos.

1. PROYECTO de INNOVACIÓN del IES GARCÍA MORATO Historia de la Tecnología de la Imagen “La imagen digital ”

2. SEÑALES ANALÓGICAS Y DIGITALES Las señales analógicas son aquellas que pueden variar de forma progresiva o gradual, es decir, pueden adquirir infinitos valores continuos diferentes en un intervalo dado. Por el contrario, las señales digitales sólo pueden tomar un conjunto finito de valores discretos.

3. ¿QUÉ ES LA IMAGEN DIGITAL? En un sistema digita l la información solo puede adoptar dos valores o estados diferentes, que se representan mediante los valores 0 y 1. Cada uno de estos valores recibe el nombre de bit (Binary Digit). Una imagen digital se caracteriza por poder ser representada mediante un conjunto de bits, es decir, por una larga colección del siguiente tipo: "0010110100111101010001001010000111001......."

4. ¿QUÉ ES UN PÍXEL? La unidad básica de la imagen digital se denomina píxel . El conjunto de píxels que forman una imagen se denomina mapa de bits o bitmap . Podemos imaginarlo como una hoja cuadrada en donde cada cuadrícula es un píxel.

5. LA RESOLUCIÓN El número de píxels que forman una imagen permite medir la resolución , es decir, el nivel de definición de una imagen digitalizada. Obviamente, se obtendrá mayor calidad cuanto más píxeles formen la imagen ya que así se apreciarán mayores detalles de la imagen y se obtendrá mayor resolución.

6. La resolución de una imagen digital se expresa como el producto de dos números: el primero indica el nº de píxels contenidos en una línea por pulgada: se denomina pixel per inch (ppi) o puntos por pulgada (ppp). el segundo indica el número de líneas por pulgada El producto de ambos números indica el nº total de píxels por pulgada cuadrada .

7. Las imágenes de un bit imitan el gris mediante la agrupación de píxeles blancos y negros. Sin embargo las fotografías en blanco y negro no tienen solo colores puros sino que presentan una amplia gama de grises. Por tanto un bit no es suficiente para representar los diferentes matices Para ello se recurre al byte , formado por un conjunto de 8 bits. Como cada uno de los bits puede tener dos valores, el nº de combinaciones diferentes es 2 8 =256 con lo que obtendríamos 256 tonos de grises diferentes. IMÁGENES EN BLANCO Y NEGRO

8. IMÁGENES EN COLOR Una imagen en color se forma a partir de la combinación en la proporción ad e cuada de los tres colores fundamentales: Cada uno de los 256 tonos de rojo se combinan con 256 tonos de verde dando lugar a 65.356 colores, obtenidos sólo con la mezcla del rojo y el verde; a su vez cada uno de estos puede combinarse con los 256 azules, dando lugar a más de 16,7 millones de colores. ROJO VERDE AZUL

9. DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO Los siguientes elementos permiten almacenar información digital: Dispositivos magnéticos: Dispositivos ópticos: Disco duro DVD CD

10. También se les conoce con el nombre de discos rígidos magnéticos fijos . Están formados por una serie de discos o platos que se encuentran apilados unos sobre otros dentro de una carcasa impermeable al aire y al polvo. El diámetro de estos discos suele estar comprendido entre las 2 pulgadas y las 5,25 pulgadas; los más comunes son de 3,5 pulgadas (8,9 cm). La superficie de los discos se divide en pistas y sectores, al igual que los disquetes. Cuantas más pistas tenga un disco de un tamaño dado, mayor será su densidad. La capacidad de un disco duro dependerá de su tamaño, el número de discos que contenga y la densidad de su superficie. En general permiten almacenar gran cantidad de información, del orden de varios gigabytes. Disco Duro

11. Los CD empezaron a ser desarrollados por Philips y Sony a finales de los años 70. Estaban pensados como sustitutos de los discos de vinilo y su destino era guardar música en formato digital. Sin embargo, la tecnología tuvo tanto éxito que sus fabricantes decidieron crear un sistema para utilizar dicho soporte de cara al almacenamiento de datos. Así nació el CD-ROM (Compac Disc Only Read Memory) Los CD se fabrican con plástico policarbonato que es grabado (impreso) formando pequeños surcos o hendiduras de tamaño microscópico. La superficie del plástico es rociada a continuación con una capa de aluminio. Los CD proporcionan una forma barata y segura de almacenar hasta 700 Mb de datos. Disco Compacto

12. Si se observa la superficie de un CD a nivel microscópico podremos apreciar una serie pequeñas hendiduras que reciben el nombre de pit , mientras que la superficie entre ellas se denomina land . Corresponderían a los valores 0 y 1 del sistema binario. Los pits tienen una anchura de 0,5 micras y tan solo 125 nm de altura. La información está contenida en estos pits y lands impresos sobre el sustrato plástico del disco. El haz láser del reproductor de CD se refleja en la superficie y es capatado por un receptor fotosensible. Cuando el rayo incide sobre alguno de las hendiduras, el ángulo de reflexión del rayo varía y solo una pequeña parte de la radiación alcanza el receptor, que es así capaz de identificar la presencia de los pits frente a las lands. De esta forma el haz láser “lee” las pequeñas hemdiduras presentes en la superficie del disco, convirtiéndolas posteriormente en datos digitales.

13. Los CD-R tienen una estructura muy similar a la de los CD-ROM pero en lugar de tener hendiduras grabadas, los datos se alamcenan quemando una capa de colorante orgánico que recubre el disco. Para grabar la información, un potente rayo láser (que genera temperaturas de hasta 300ºC) crea un hueco en la capa de colorante. Como estos cambios en el colorante reflejan menos luz del láser, son interpretados como ceros y cuando no hay surcos se registra un valor de uno. CD-R En los CD-R los cambios en la capa de grabación son irreversibles Sólo se puede escribir una vez pero puede leerse en múltiples ocasiones. Se dice que es un sistema de almacenamiento WORM (Write Once Read Many).

14. Los CD-RW utilizan una tecnología ligeramente distinta para lograr que sean reescribibles. En lugar de emplear una capa de colorante, poseen una capa muy delgada de una aleación hecha de plata, indio, antimonio y telurio que puede cambiar su reflexividad. Utilizando un láser que es el doble de potente que el de un CD-R, la regabadora cambia la reflexividad de la capa. Lanzando sobre ella un láser de menor temperatura, es posible reestablecer el estado de reflexividad original y por tanto, puede ser reescrita. Los CD-RW se pueden reescribir hasta 1.000 veces. Ello los hace ideales para guardar copias de seguridad de datos que cambian a menudo (bases de datos, archivos de contabilidad, fotografía digital…). También pueden utilizarse para almacenar pistas de sonido. CD-RW

15. El DVD (Digital Versatile Disc) es un disco plateado de 12 cm de diámetro y 1,2 mm de grosor, que integra por primera vez vídeo, audio, multimedia y datos informáticos. El tamaño de las pistas y los pits es más pequeño por lo que puede almacenar más información. Frente a los 650 Mb de un CD, un DVD puede contener hasta 17 Gb. Utiliza un láser de luz roja, que es mucho más estrecho que el láser que utilizan los lectores CD. La digitalización de imágenes en movimiento con buena calidad necesita mucha más capacidad, pues los 700 MB de un CD-ROM no son suficientes como para poder almacenar una película de largometraje. El DVD tiene la capacidad suficiente para contener una película de cine. Presenta además una calidad tanto de imagen como de sonido muy superior al del tradicional sistema VHS. DVD

16. FORMATOS GRÁFICOS Las imágenes digitales se pueden dividir en dos grandes grupos: Las imágenes se pueden guardar en cualquiera de los dos tipos de gráficos pero según el tipo de imagen será más conveniente utilizar uno u otro. Por ejemplo, en el caso de las fotografías o imágenes capturadas con escáner es mejor utilizar el método bitmap. Sin embargo, si el gráfico es de tipo dibujo lineal o si contiene figuras geométricas básicas será mejor utlizar el método vectorial. Imágenes vectoriales Imágenes de mapa de bits

17. IMÁGENES VECTORIALES En este tipo de imágenes la información de cada uno de los puntos se recoge en forma una ecuación matemática que lo relaciona con el resto de los puntos que forman la imagen. Los gráficos vectoriales almacenan el contenido de la imagen guardando una serie de instrucciones matemáticas que permiten regenerar la figura. Así las imágenes vectoriales tienen una ecuación matemática para cada uno de los elementos que componen la figura, con lo que pueden manejarse de forma independiente. Ofrecen la gran ventaja de que la calidad de la imagen no varía al modificar el tamaño, ya que la información de cada punto no es absoluta sino relativa al resto de la imagen. Además, debido a su definición matemática apenas ocupa espacio, ya que una fórmula que representa su forma es suficiente para representar todos los puntos que la componen.

18. IMÁGENES DE MAPA DE BITS También se les denomina bitmap o gráficos raster . Se construyen describiendo cada uno de los puntos que componen la imagen. Los gráficos del tipo bitmap utilizan un mapa de bits que representa bit a bit todas las características del gráfico, es decir, se dispone de la información y el contenido de todos y cada uno de los puntos (píxel) que definen la imagen en un formato de mapa. A su vez cada píxel utiliza una serie de bits que indican el color y el contenido de ese píxel. De esta manera, en una imagen bitmap se almacena secuencialmente la información de los bits de cada píxel. La ventaja que presenta este formato es la posibilidad de recoger una amplísima gama de tonos, pero tienen el inconveniente de que ocupan mucha memoria.

19. Los diferentes formatos gráficos se identifican mediante un nombre que suele estar formado un conjunto de letras que coinciden con la extensión que utilzan los nombre de archivos. Los formatos más comunes son: BMP, GIF, y TIFF además de JPEG. BMP : es el formato bitmap GIF (Graphics Interchange format) lo diseñó Compuserve para su sistema de información electrónica a través de la línea telefónica y ültimamente se ha extendido por Internet. Una de las ventajas es que es multiplataforma, válido para la práctica totalidad de los ordenadores y sistemas operativos. TIFF : (Tagged Image File Format) es un formato muy extendido en la acataulidad ya que casi todos los programas de dibujo disponen de este formato. JPEG : su nombre proviene del comité Joint Photographic Expert Group. Se ha diseñado para comprimir imágenes; una relación típica de compresión es de 20:1 lo que representa un ahorro enorme de espacio. Esto es de gran importancia en la transmisión de imágenes a través de Internet

20. APLICACIONES DE LA TECNOLOGÍA DIGITAL El enorme desarrollado sufrido en los últimos años en las tecnologías relacionadas con la captación, tratamiento y reproducción de la imagen digital ha hecho que la tecnología digital irrumpa con fuerza en los campos de la fotografía y el video digital, sustituyendo a los medios convencionales. El elemento más importante de las aparatos digitales es la cámara CCD, encargada de captar la imagen

21. El CCD es un chip sensible a la luz encargado de "capturar" la imagen, por lo que constituye el elemento más importante de una cámara digital. Su nombre viene de Charge Coupled Device que significa Dispositivo de Carga Acoplada . Tiene una estructura reticular en forma de celdas; cada una de ellas es un elemento fotosensible que adquiere más o menos carga eléctrica según la luz incidente y envía esa carga en forma de señal a un procesador que la codifica . L a señal recogida por el CCD se digitaliza a continuación por medio de un convertidor analógico/digital. ¿QUÉ ES EL CCD?

22. La principal diferencia entre las cámaras digitales y las cámaras tradicionales reside en cómo se consiguen las fotografías. Mientras las cámaras tradicionales captan la imagen gracias a la reacción química producida al incidir la luz sobre la película química fotosensible, las cámaras digitales utilizan un CCD. LA FOTOGRAFÍA DIGITAL Una de las principales ventajas de la Fotografía Digital consiste en las enormes posibilidades que ofrece a la hora de facilitar su manipulación.

23. La cámara digital dispone de un visor de cristal líquido (LCD), más fiable que el visor óptico ya que muestra el encuadre real de la foto. La cámara reproduce la imagen tomada instantáneamente en su pequeña pantalla para guardarla o directamente borrarla. Si se dispone de una imagen digital, un ordenador y el programa apropiado, podemos retocar las imágenes de forma mucho más rápida y con una calidad muy superior a la que se puede obtener por otros medios.

24. Después de tomar la fotografía podemos imprimirla en papel de calidad fotográfica, volcarla en el ordenador y archivarla, publicarla en Internet o modificarla con los diferentes programas de edición de imagen

25. La cantidad de fotografías que podemos almacenar es muy superior a la del rollo fotográfico. Las imágenes se almacenan directamente en formato digital, pero dentro de un dispositivo de memoria ubicado en la propia cámara. Después de haber tomado las fotografías, el contenido de esta memoria puede ser copiado en un ordenador para su visualización o procesado. Los sistemas más utilizados en la actualidad son el Compact Flash, las tarjetas Smart Media y las Miniature Card.

26. La parte óptica de la cámara se encarga de recoger la luz con la mayor precisión y calidad posible. Las imágenes capturadas por las lentes son transformadas en señales eléctricas por un dispositivo CCD . La mayoría de las cámaras cuentan con una pequeña pantalla abatible de LCD a modo de visor, donde vemos lo que estamos grabando. EL VIDEO DIGITAL

27. La grabación en formato digital se almacena en cassetes de cartucho, denominadas mini DV , que pueden guardar hasta 90 minutos de vídeo. La cinta es de 1/4" y están fabricadas con una doble capa de metal evaporado y llevan un recubrimiento de carbono para darle resistencia y lubricación. Su sonido es comparable al de un CD y se pueden hacer todas las copias personalizadas que se deseen sin perder calidad. Las imágenes son almacenadas en la cinta en formato digital, lo que posibilita su transferencia a un ordenador para realizar todo tipo de trabajos de edición.

28. Esta presentación ha sido realizada por el equipo del proyecto de innovación “ TECNOLOGÍA E IMAGEN ” del I.E.S. García Morato de Madrid 2002