Fases de la digitalización de imágenes: conversión, muestreo, cuantificación y codificación

Resumen

El texto explica las fases que siguen una imagen para pasar de la luz a datos digitales: conversión de la luz en tensión eléctrica, muestreo, cuantificación y codificación binaria. Describe el papel de los sensores de silicio, la matriz de Bayer y el conversor analógico digital (ADC). Un estudiante aprenderá cómo se obtiene una imagen digital y por qué influyen la velocidad de muestreo y el número de niveles de cuantificación.

Puntos clave

La digitalización consta de cuatro fases: conversión, muestreo, cuantificación y codificación.
La conversión transforma la señal luminosa en corriente eléctrica mediante sensores de silicio.
La matriz de Bayer usa el doble de filtros verdes porque el ojo humano es más sensible al verde.
El muestreo y retención mantiene el valor de la muestra hasta tomar la siguiente; a mayor velocidad, mejor representación de la señal.
La cuantificación sustituye cada valor por el valor discreto más próximo; más valores implican mayor aproximación a la realidad.
La codificación expresa el valor en código binario; 8 bits producen 256 valores distintos.

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La digitalización de una imagen se realiza en las siguientes fases:

Mediante la conversión de luz a tensión hacemos corresponder una tensión (voltaje) a una cantidad de luz. El muestreo es el proceso mediante el cual se hace la inspección de la señal convertida, es decir, la toma de muestras eléctricas de la señal. Una vez hemos decidido qué voltaje le corresponde a esa muestra debemos cuantificarlo, o sea, asignar un valor numérico a ese voltaje para poder seguir trabajando con él. Cuando se ha asignado ese número debe codificarse en un determinado sistema de numeración para poder almacenarlo en las memorias.

Conversión

Convertir las variables de la naturaleza en corriente eléctrica. En la actualidad, la conversión de la señal luminosa en eléctrica se hace mediante el uso de unos dispositivos denominados sensores de silicio. Luego se transfiere a un transistor para hacerla disponible al resto de la circuitería. El sensor de la cámara es una matriz bidimensional de filas y columnas donde en cada celda hay fotositos. El sensor captura luminancia pero representa crominancia. Esta información de los colores de la escena se transmite a través del Color Filter Array y mediante la Matriz de Bayer agrupamos los filtros de color usando el doble de filtros verdes porque el ojo humano es más sensible al verde.

Muestreo

Se lleva a cabo en el dispositivo ADC (Conversor analógico digital), al igual que las demás fases siguientes. La señal obtenida en la matriz de Bayer se muestreará para seguir con el proceso de digitalización. El sistema más extendido es llamado muestreo y retención. Mantiene el valor de la muestra de señal hasta el momento de toma de la siguiente muestra. Cuanta más velocidad [de muestreo], más fiabilidad [en la representación de la señal], permitiendo seguir mejor las variaciones [de la señal].

Cuantificación

Asignar un valor numérico a la señal que se ha muestreado. Es el proceso de expresar una serie infinita de valores en valores discretos. Sustituir cada uno de estos infinitos valores por el número discreto o finito de valor más próximo. Cuanto mayor sea el número de valores, más nos aproximaremos a la realidad.

Codificación

El proceso anterior nos ha dado un valor y ahora hay que codificarlo en un código que entiendan nuestras máquinas, lo más universal e inmune a errores posible. En la actualidad, casi todos nuestros aparatos utilizan un código binario. Se llama a cada uno de los dígitos del código binario bit. Un código binario producirá 2 valores distintos; así, 8 dígitos binarios producen 2 elevado a 8 valores, es decir, 256.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la matriz de Bayer?

Es un sistema de agrupación de filtros de color en el sensor de la cámara. Utiliza el doble de filtros verdes porque el ojo humano es más sensible a ese color.

¿Qué significa cuantificar una señal?

Es asignar un valor numérico a la señal muestreada, sustituyendo cada valor infinito por el valor discreto más próximo. Cuantos más valores haya, más fiel será la aproximación a la realidad.

¿Cuántos valores distintos produce un código de 8 bits?

Un código de 8 bits produce 2 elevado a 8 valores, es decir, 256 valores distintos.