Grfico rasterizado - Wikipedia, la enciclopedia libre

DEPARTAMENTO DE TECNOLOXÍA (TIC)
Imagen digital
Una imagen digital, también llamada gráfico digital, es una representación bidimensional de
una imagen utilizando bits (unos y ceros). Dependiendo de si la resolución de la imagen es
estática o dinámica, puede tratarse de un gráfico rasterizado (matriz de puntos) o de un gráfico
vectorial.
Obtención
Las imágenes digitales se pueden obtener de varias formas:
•
•
Por medio de dispositivos de conversión analógica-digital como los escáneres y las
cámaras digitales.
Directamente mediante programas informáticos, como por ejemplo realizando dibujos
con el ratón (informática) o mediante un programa de renderización 2D.
Las imágenes digitales se pueden modificar mediante filtros, añadir o suprimir elementos,
modificar su tamaño, etc. y almacenarse en un dispositivo de grabación de datos como por
ejemplo un disco duro.
Visualización
Para visualizar un imagen digital se requiere un programa de visualización que convierta la
información binaria contenida en el fichero en puntos de color perceptibles por el ojo
humano, llamados píxels y un dispositivo que permita su renderización (proceso de cálculo
complejo desarrollado por un ordenador destinado a generar una imagen 2D a partir de una
escena 3D), típicamente una pantalla de ordenador. En Internet los formatos de imágenes
digitales más extendidos son:
•
•
JPG, GIF y PNG para imágenes rasterizadas.
SVG para gráficos vectoriales, formato estándar del W3C (World Wide Web
Consortium).
Estructura
La mayoría de formatos de imágenes digitales están compuestos por una cabecera que
contiene atributos (dimensiones de la imagen, tipo de codificación, etc.), seguida de los datos
de la imagen en sí misma. La estructura de los atributos y de los datos de la imagen es distinto
en cada formato.
Además, los formatos actuales añaden a menudo una zona de metadatos ("metadata" en
inglés) que sirve para precisar información adicional sobre la imagen, como por ejemplo:
•
•
la fecha, la hora y el lugar donde se tomó la imagen
las características físicas de la fotografía (fotosensibilidad ISO, velocidad de
obturación, flash, etc.)
Estos metadatos se utilizan muy a menudo en el formato Exif (extensión del formato JPG),
que es el formato más utilizado en las cámaras digitales.
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Gráfico rasterizado (mapa de bits)
Una imagen rasterizada,
también llamada bitmap,
imagen matricial o pixmap,
es una estructura o fichero de
datos que representa una
rejilla rectangular de pixeles
o
puntos
de
color,
denominada raster, que se
puede visualizar en un
monitor de ordenador, papel
u
otro
dispositivo
de
representación.
A las imágenes rasterizadas
se las suele caracterizar técnicamente por su altura y anchura (en pixels) y por su profundidad
de color (en bits por pixel), que determina el número de colores distintos que se pueden
almacenar en cada pixel, y por lo tanto, en gran medida, la calidad del color de la imagen.
Los gráficos rasterizados se distinguen de los gráficos vectoriales en que estos últimos
representan una imagen a través del uso de objetos geométricos como curvas de Bézier y
polígonos, no del simple almacenamiento del color de cada pixel. El formato de imagen
matricial está ampliamente extendido y es el que se suele emplear para tomar fotografías
digitales y realizar capturas de vídeo. Para su obtención se usan dispositivos de conversión
analógica-digital, tales como escáneres y cámaras digitales.
Colores
Cada pixel tiene su propio color; las imágenes en el modelo de color RGB, por ejemplo, están
formadas por pixeles de tres bytes — un byte para cada uno de los colores: rojo, verde y azul.
Las imágenes más sencillas requieren menos información por pixel; por ejemplo, una imagen
compuesta únicamente por pixeles negros y blancos sólo requiere un bit para cada pixel ( 1 si
es negro, 0 si es blanco).
Una imagen rasterizada a color (o pixmap) normalmente tendrá pixeles con ocho bits para
cada uno de los componentes de su color (rojo, verde y azul), a pesar de que existen otros
métodos de codificación para este tipo de imágenes.
Codificación
El número total de pixeles (resolución de imagen), y la cantidad de información de cada pixel
(profundidad de color) determinan la calidad de una imagen rasterizada. Por ejemplo, una
imagen que almacene 24 bits de información de color por pixel (el estándar para pantallas
desde 1995) puede representar más matices de color que una imagen que sólo almacene 16
bits por pixel, pero no tendrá el mismo nivel de detalle que una que almacene 48 bits por
pixel. De esta manera, una imagen con una resolución de 640 x 480 pixels (y por lo tanto que
contiene 307,200 pixels) parecerá más pequeña que una imagen de 1280 x 1024 (1,310,720
pixels), pero de la misma calidad. Puesto que almacenar imágenes de alta calidad requiere
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mucho espacio, los programas de tratamiento de imágenes a menudo utilizan técnicas de
compresión de datos para reducir su tamaño. Algunas de estas técnicas sacrifican
información, y por lo tanto calidad de imagen, para conseguir ahorrar espacio en disco.
Resolución
Detalle de una imagen rasterizada. Si hacemos zoom sobre esta
imagen, podemos ver los cuadraditos (pixels) que la conforman.
Una imagen rasterizada no se puede ampliar a cualquier
resolución sin que la pérdida de calidad sea notoria. Esta
desventaja contrasta con las posibilidades que ofrecen los
gráficos vectoriales, que pueden adaptar su resolución
fácilmente a la resolución máxima de nuestra pantalla u otro
dispositivo de visualización. Las imágenes rasterizadas son más
prácticas para tomar fotografías o filmar escenas, mientras que
los gráficos vectoriales se utilizan sobretodo para el diseño gráfico o la generación de
documentos escritos.
Resolución de imagen
La resolución de imagen indica cuánto detalle puede observarse en una imagen. Tener mayor
resolución se traduce en obtener una imagen con más detalle o calidad visual. Para las
imágenes digitales almacenadas como mapa de bits, la convención es describir la resolución
de la imagen con dos números enteros, donde el primero es la cantidad de columnas de
píxeles (cuántos píxeles tiene la imagen a lo ancho) y el segundo es la cantidad de filas de
píxeles (cuántos píxeles tiene la imagen a lo alto). La convención que le sigue en popularidad
es describir el número total de píxeles en la imagen (usualmente expresado como la cantidad
de megapíxeles), que puede ser calculado multiplicando la cantidad de columnas de píxeles
por la cantidad de filas de píxeles. Otras convenciones incluyen describir la resolución en una
unidad de superficie (por ejemplo píxeles por pulgada). A continuación se presenta una
ilustración sobre cómo se vería la misma imagen en diferentes resoluciones.
Para saber cuál es la resolución de una cámara digital debemos conocer los píxeles de ancho x
alto a los que es capaz de obtener una imagen. Así una camara capaz de obtener una imagen
de 1600 x 1200 píxeles tiene una resolución de 1600x1200=1.920.000 píxeles, es decir 1,92
megapíxeles.
Además, hay que considerar la resolución de impresión, es decir, los puntos por pulgada (ppp)
a los que se puede imprimir una imagen digital de calidad. A partir de 200 ppp podemos decir
que la resolución de impresión es buena, y si queremos asegurarnos debemos alcanzar los 300
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ppp porque muchas veces la óptica de la cámara, la limpieza de la lente o el procesador de
imágenes de la cámara digital disminuyen la calidad.
Para saber cual es la resolución de impresión máxima que permite una imagen digital hay que
dividir el ancho de esa imagen (por ejemplo, 1600 entre la resolución de impresión 200,
1600/200 = 8 pulgadas). Esto significa que la máxima longitud de foto que se puede obtener
en papel para una foto digital de 1600 píxeles de largo es de 8 pulgadas de largo en calidad
200 ppp (1600/300=5.33 pulgadas en el caso de una resolución de 300 ppp). Una pulgada
equivale a 2,54 centímetros.
Profundidad de color
La profundidad de color o bits por pixel es un concepto de los gráficos por ordenador que
se refiere a la cantidad de bits de información necesarios para representar el color de un pixel
en una imagen digital . Debido a la naturaleza del sistema binario de numeración, una
profundidad de bits de n implica que cada pixel de la imagen puede tener 2n posibles valores y
por lo tanto, representar 2n colores distintos.
Debido a la aceptación prácticamente universal de los octetos de 8 bits como unidades básicas
de información en los dispositivos de almacenamiento, los valores de profundidad de color
suelen ser divisores o múltiplos de 8, a saber 1,2,4,8,16,24 y 32, con la excepción de la
profundidad de color de 15, usada por ciertos dispositivos gráficos.
Color indexado
Para las profundidades de color inferiores o iguales a 8, los valores de los pixeles hacen
referencia a tonos RGB indexados en una tabla, llamada habitualmente mapa de colores o
paleta.
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•
•
•
1 bit por pixel: 21 = 2 colores, también llamado monocromo.
2 bits por pixel: 22 = 4 colores, o CGA.
4 bits por pixel: 24 = 16 colores, la cual es la mínima profundidad aceptada por el
estándar VGA.
8 bits por pixel: 28 = 256 colores, también llamado Super VGA.
Color directo
Cuando los valores de la profundidad de colores aumentan, se torna impráctico mantener una
tabla o mapa de colores debido a la progresión exponencial de la cantidad de valores que el
pixel puede tomar. En esos casos se prefiere codificar dentro de cada pixel los tres valores de
intensidad luminosa que definen un color cualquiera en el modelo de color RGB.
Color de alta resolución o HiColor
Los valores de profundidad de color de 15 y 16 bits son llamados habitualmente color de
alta resolución o HiColor.
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Color verdadero o True Color
Para la profundidad de color de 24 bits por pixel, se habla de color verdadero debido a que la
policromía se acerca a lo que el ojo humano puede encontrar en el mundo real, y a que dicho
ojo humano se torna incapaz de diferenciar entre un tono y otro, si la diferencia se mantiene
en un cierto rango mínimo. Cada pixel pueda tomar 224 = 256x256x256 = 16.777.216 colores
distintos.
Joint Photographic Experts Group(JPEG)
JPEG
Foto de una flor, comprimida con el formato JPEG.
JPEG
es
un
método
comúnmente utilizado para la
compresión
de
imágenes
fotográficas. El grado de
reducción se puede ajustar, lo
que permite seleccionar el
compromiso que existe entre el
tamaño de almacenamiento y la
calidad
de
la
imagen.
Normalmente
alcanza
una
compresión de 10 a 1 con pocas
pérdidas perceptibles en la
calidad de la imagen.
Además de ser un método de
compresión, es a menudo considerado como un formato de archivo. JPEG/Exif es el formato
de imagen más común utilizado por las cámaras fotográficas digitales y otros dispositivos de
captura de imagen, junto con JPEG/JFIF, que también es otro formato para el almacenamiento
y la transmisión de imágenes fotográficas en la World Wide Web. Estas variaciones de
formatos a menudo no se distinguen, y se llaman JPEG.
Compresión del JPEG
Es un algoritmo de compresión con pérdida. Esto significa que al descomprimir la imagen no
obtenemos exactamente la misma imagen que teníamos antes de la compresión. Una de las
características que hacen muy flexible el JPEG es el poder ajustar el grado de compresión. Si
especificamos una compresión muy alta se perderá una cantidad significativa de calidad, pero
obtendremos archivos de pequeño tamaño. Con una tasa de compresión baja obtenemos una
calidad muy parecida a la del original, y un archivo mayor.
Graphics Interchange Format (GIF)
GIF (Compuserve GIF) es un formato gráfico utilizado ampliamente en la World Wide
Web, tanto para imágenes como para animaciones. GIF es un formato sin pérdida de calidad
para imágenes con hasta 256 colores, limitados por una paleta restringida a este número de
colores. Por ese motivo, con imágenes con más de 256 colores (profundidad de color superior
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a 8 ), la imagen debe adaptarse reduciendo sus colores, produciendo la consecuente pérdida de
calidad.
Sus principales características son:
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•
•
•
Profundidad de color: 8 bits máximo (256 colores simultáneos).
Permite transparencia de 1 bit, de tal forma que cada pixel de la imagen puede ser o
no transparente.
Sus últimas versiones permiten hacer animaciones simples, aunque la compresión es
muy deficiente.
Permite utilizar entrelazado en imágenes, de tal forma que las imágenes se visualicen
al completo nada más empezar su descarga, pero con una baja definición que va
progresando hasta cargarse por completo en los navegadores.
Gráfico vectorial
Locomotora a vapor en formato de imagen vectorial,
originalmente en formato Windows Metafile (convertido a
PNG.) Se puede comprobar que a la imagen le falta realismo
fotográfico en comparación con su equivalente en formato
matricial o rasterizado.
La foto original que fue tomado en un formato matricial
JPEG
Una imagen vectorial es una imagen digital formada por objetos geométricos
independientes (segmentos, polígonos, arcos, etc.), cada uno de ellos definido por distintos
atributos matemáticos de forma, de posición, de color, etc. Por ejemplo un círculo de color
rojo quedaría definido por la posición de su centro, su radio, el grosor de línea y su color.
Este formato de imagen es completamente distinto al formato de los gráficos rasterizados,
también llamados imágenes matriciales, que están formados por pixeles. El interés principal
de los gráficos vectoriales es poder ampliar el tamaño de una imagen a voluntad sin sufrir
el efecto de escalado que sufren los gráficos rasterizados. Asimismo, permiten mover, estirar
y retorcer imágenes de manera relativamente sencilla. Su uso también está muy extendido en
la generación de imágenes en tres dimensiones tanto dinámicas como estáticas.
Todos los ordenadores actuales traducen los gráficos vectoriales a gráficos rasterizados para
poder representarlos en pantalla al estar ésta constituida físicamente por píxeles.
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Este es un ejemplo en el que se pueden comparar los gráficos
vectoriales (columna de la izquierda) con los gráficos
rasterizados (columna de la derecha) al ampliar las
respectivas imágenes. Como se puede comprobar, a medida
que aumenta el zoom los gráficos de la izquierda mantienen
su calidad, mientras que los de la derecha van revelando
paulatinamente los píxeles que conforman la imagen. Los
gráficos vectoriales pueden ser escalados ilimitadamente sin
perder su calidad. Los dos ejemplos de ampliación al 300% y
al 600% ilustran especialmente bien esta propiedad de los
gráficos vectoriales: los contornos de las figuras geométricas
(franjas blancas detrás de la letra A) no aumentan
proporcionalmente en la figura en el caso del gráfico
rasterizado.
•
Muchos generadores de gráficos vectoriales permiten
rotar, mover, reflejar, estirar, inclinar y realizar finas
transformaciones de los objetos, como combinar
objetos primarios para formar objetos más complejos
•
Hay otro tipo de operaciones de un nivel más
sofisticado que incluye acciones sobre objetos
cerrados tales como: unir o soldar, combinar,
intersectar y diferenciar.
Los gráficos vectoriales son ideales para generar gráficos
que necesiten contener formas independientes, bien sea para
ampliar la imagen posteriormente, o por otras razones.
Los gráficos vectoriales que se encuentran en el World Wide
Web suelen ser o bien de formato abierto (SVG) o bien SWF
en formato propietario. Estos últimos se pueden visualizar
con Adobe Flash Player.
Programas y formatos vectoriales
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Adobe Flash ® (formato SWF)
Adobe Illustrator ® (formato AI)
CorelDRAW ® (formato CDR)
Drawing eXchange File, formato de intercambio de
Autocad (formato DXF)
InkScape
Metaarchivo de Windows (WMF) (permite también
la inclusión de mapas de bits)
Portable Document Format ® (PDF)
PostScript ®
Scalable Vector Graphics ® (SVG)
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Impresión
Un punto clave de las imágenes vectoriales es su practica puesta a punto en el momento de la
impresión ya que es posible escalarlas y aumentar su definición de forma ilimitada. Por
ejemplo: se puede tomar el mismo logo vectorizado imprimirlo en una tarjeta personal, y
después, agrandarlo e imprimirlo en una valla manteniendo en ambas imágenes el mismo
nivel de calidad. Los ejemplos más populares de formato de documentos que se deban
imprimir son PDF y PostScript.
Ventajas y desventajas
Ventajas
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Dependiendo de cada caso particular, las imágenes vectoriales pueden requerir menor
espacio en disco que un bitmap. Las imágenes formadas por colores planos o
degradados sencillos son más factibles de ser vectorizadas. A menor información para
crear la imagen, menor será el tamaño del archivo. Dos imágenes con dimensiones de
presentación distintas pero con la misma información vectorial, ocuparán el mismo
espacio en disco.
No pierden calidad al ser escaladas. En principio, se puede escalar una imagen
vectorial de forma ilimitada. En el caso de las imágenes rasterizadas, se alcanza un
punto en el que es evidente que la imagen está compuesta por píxeles.
Los objetos definidos por vectores pueden ser guardados y modificados en el futuro.
Algunos formatos permiten animación. Esta se realiza de forma sencilla mediante
operaciones básicas como traslación o rotación y no requiere un gran acopio de datos,
ya que lo que se hace es reubicar las coordenadas de los vectores en nuevos puntos
dentro de los ejes x, y y z en el caso de las imágenes 3D.
Desventajas
•
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Los gráficos vectoriales en general no son aptos para codificar fotografías o vídeos
tomados en el "mundo real" (fotografías de la Naturaleza, por ejemplo), aunque
algunos formatos admiten una composición mixta (vector + imagen bitmap).
Prácticamente todas las cámaras digitales almacenan las imágenes en formato
rasterizado.
Los datos que describen el gráfico vectorial deben ser procesados, es decir, el
computador debe ser suficientemente potente para realizar los cálculos necesarios para
formar la imagen final. Si el volumen de datos es elevado se puede ralentizar la
representación de la imagen en pantalla, incluso trabajando con imágenes pequeñas.
Por más que se construya una imagen con gráficos vectoriales su visualización tanto
en pantalla, como en la mayoría de sistemas de impresión, en última instancia tiene
que ser traducida a píxeles.
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