Halftone es la técnica reprográfica que simula imágenes de tonos continuos mediante el uso de puntos, variando en tamaño o espaciado, generando así un efecto similar a un degradado. [1] "Medio tono" también se puede utilizar para referirse específicamente a la imagen que se produce mediante este proceso. [1]
Cuando las imágenes de tonos continuos contienen una gama infinita de colores o grises , el proceso de medios tonos reduce las reproducciones visuales a una imagen que se imprime con un solo color de tinta, en puntos de diferente tamaño ( modulación de ancho de pulso ) o espaciado ( modulación de frecuencia ). o ambos. Esta reproducción se basa en una ilusión óptica básica : cuando los puntos de semitono son pequeños, el ojo humano interpreta las áreas estampadas como si fueran tonos suaves. A nivel microscópico, la película fotográfica revelada en blanco y negro también consta de sólo dos colores y no de una gama infinita de tonos continuos. Para más detalles, consulte grano de película .
Así como la fotografía en color evolucionó con la adición de filtros y capas de película, la impresión en color es posible repitiendo el proceso de medios tonos para cada color sustractivo , más comúnmente utilizando lo que se llama " modelo de color CMYK ". [2] La propiedad semiopaca de la tinta permite que los puntos de medios tonos de diferentes colores creen otro efecto óptico: imágenes a todo color. [1] Dado que la ubicación de los puntos individuales no se puede determinar exactamente, los puntos se superponen parcialmente, lo que lleva a una combinación de mezcla de colores aditiva y sustractiva llamada mezcla de colores autotípica .
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Si bien existían procesos de impresión mecánica anteriores que podían imitar el tono y los detalles sutiles de una fotografía, en particular el tipo Woodbury , el costo y la practicidad prohibían su uso en la impresión comercial masiva que utilizaba impresión en relieve.
Anteriormente, la mayoría de las imágenes de los periódicos eran xilografías o grabados en madera hechos a partir de bloques de madera tallados a mano que, si bien a menudo eran copiados de fotografías, parecían bocetos dibujados a mano. Los impresores comerciales querían una forma práctica de reproducir fotografías de manera realista en la página impresa, pero los procesos de impresión mecánica más comunes sólo pueden imprimir áreas de tinta o dejar áreas en blanco en el papel y no una gama fotográfica de tonos; sólo tinta negra (o de color), o nada. El proceso de semitono superó estas limitaciones y se convirtió en el elemento básico de la industria del libro, el periódico y otras publicaciones periódicas. [3]
A William Fox Talbot se le atribuye la idea de la impresión de medios tonos. En una patente de 1852 sugirió el uso de "pantallas o velos fotográficos" en relación con un proceso de calcografía fotográfica . [4] [5]
Durante las décadas siguientes se propusieron varios tipos diferentes de pantallas. Uno de los primeros intentos fue el de William Leggo con su leggotipo mientras trabajaba para el Canadian Illustrated News . La primera fotografía impresa en medios tonos fue una imagen del Príncipe Arturo publicada el 30 de octubre de 1869. [6] El New York Daily Graphic publicaría más tarde "la primera reproducción de una fotografía con una gama tonal completa en un periódico" el 4 de marzo de 1880 (titulado "Una escena en Shantytown") con una tosca trama de semitonos. [7]
El primer método comercial verdaderamente exitoso fue patentado por Frederic Ives de Filadelfia en 1881. [5] [7] Aunque encontró una manera de dividir la imagen en puntos de diferentes tamaños, no utilizó una pantalla. En 1882, el alemán Georg Meisenbach patentó un proceso de semitonos en Alemania al que denominó autotipo . [8] Su invento se basó en las ideas anteriores de Berchtold y Swan. Usó pantallas de una sola línea que se giraban durante la exposición para producir efectos de líneas cruzadas. Fue el primero en lograr algún éxito comercial con los medios tonos en relieve . [5]
Poco después, Ives, esta vez en colaboración con Louis y Max Levy, mejoró aún más el proceso con la invención y producción comercial de pantallas de calidad con líneas cruzadas. [5]
El proceso de semitonos en relieve demostró ser un éxito casi de inmediato. El uso de bloques de medios tonos en las revistas populares se volvió habitual a principios de la década de 1890. [5]
El desarrollo de los métodos de impresión de medios tonos para litografía parece haber seguido un camino en gran medida independiente. En la década de 1860, A. Hoen & Co. se centró en métodos que permitieran a los artistas manipular los tonos de las piedras de impresión trabajadas a mano. [9] En la década de 1880, Hoen estaba trabajando en métodos de medios tonos que podían usarse junto con piedras fotolitográficas o trabajadas a mano. [10] [11]
Antes de las imágenes digitalizadas, se desarrollaron técnicas fotográficas especiales para dividir las imágenes en escala de grises en puntos discretos. El primero de ellos fue el "cribado", en el que se suspendía una pantalla de tela gruesa ante la placa de la cámara que se iba a exponer, rompiendo la luz entrante en un patrón de puntos mediante una combinación de efectos de interrupción y difracción . Luego, la placa fotográfica podría revelarse utilizando técnicas de fotograbado para crear una placa de impresión.
Otras técnicas utilizaban una "pantalla" formada por barras paralelas (una regla de Ronchi ), que luego se combinaba con una segunda exposición con la misma pantalla orientada en otro ángulo. Otro método consistía en exponer a través de una placa de pantalla con líneas cruzadas grabadas en la superficie. Más tarde, se utilizaron pantallas de contacto fotográficas o, a veces, ninguna pantalla, exponiendo directamente sobre una película litográfica (de contraste extremadamente alto ) con un patrón de semitonos preexpuesto.
La resolución de una pantalla de medios tonos se mide en líneas por pulgada (lpi). Este es el número de líneas de puntos en una pulgada, medidas paralelas al ángulo de la pantalla. Conocida como regla de pantalla, la resolución de una pantalla se escribe con el sufijo lpi o una almohadilla; por ejemplo, "150 lpp" o "150#".
Cuanto mayor sea la resolución de píxeles de un archivo fuente, mayor será el detalle que se podrá reproducir. Sin embargo, dicho aumento también requiere un aumento correspondiente en la regla de la pantalla o la salida sufrirá posterización . Por lo tanto, la resolución del archivo coincide con la resolución de salida. Los puntos no se pueden ver fácilmente a simple vista, pero se pueden distinguir a través de un microscopio o una lupa.
Cuando se combinan diferentes pantallas, pueden producirse una serie de efectos visuales que distraen, incluido el énfasis excesivo de los bordes, así como un patrón muaré . Este problema se puede reducir girando las pantallas entre sí. Este ángulo de la pantalla es otra medida común utilizada en la impresión, medida en grados en el sentido de las agujas del reloj desde una línea que va hacia la izquierda (las 9 en punto son cero grados). Estos ángulos están optimizados para evitar patrones y reducir la superposición, lo que puede hacer que los colores parezcan más tenues. [ cita necesaria ]
Los medios tonos también se utilizan comúnmente para imprimir imágenes en color. La idea general es la misma, variando la densidad de los cuatro colores secundarios de impresión, cian, magenta, amarillo y negro (abreviatura CMYK ), se puede reproducir cualquier tono en particular. [12]
En este caso, puede ocurrir un problema adicional. En el caso simple, se podría crear un medio tono usando las mismas técnicas utilizadas para imprimir tonos de gris, pero en este caso los diferentes colores de impresión deben permanecer físicamente cerca uno del otro para engañar al ojo y hacerle creer que son un solo color. Para ello, la industria ha estandarizado un conjunto de ángulos conocidos, que dan como resultado que los puntos formen pequeños círculos o rosetas.
Aunque los puntos redondos son los más utilizados, hay muchos tipos de puntos disponibles, cada uno con sus propias características. Se pueden utilizar simultáneamente para evitar el efecto muaré. Generalmente, la forma de punto preferida también depende del método de impresión o de la plancha de impresión.
Los medios tonos digitales han estado reemplazando a los medios tonos fotográficos desde la década de 1970, cuando se desarrollaron "generadores de puntos electrónicos" para las unidades de grabación de películas conectadas a escáneres de tambor en color fabricados por empresas como Crosfield Electronics , Hell y Linotype-Paul .
En la década de 1980, los medios tonos estuvieron disponibles en la nueva generación de grabadoras de papel y película fotográfica que se habían desarrollado a partir de las anteriores "componedoras láser". A diferencia de los escáneres puros o las fotocomponedoras, las fotocomponedoras pueden generar todos los elementos de una página, incluidos textos, fotografías y otros objetos gráficos. Los primeros ejemplos fueron los Linotype Linotronic 300 y 100, ampliamente utilizados, introducidos en 1984, que también fueron los primeros en ofrecer RIP PostScript en 1985. [14]
Las primeras impresoras láser de finales de la década de 1970 en adelante también podían generar medios tonos, pero su resolución original de 300 ppp limitaba la resolución de la pantalla a aproximadamente 65 lpp. Esto mejoró a medida que se introdujeron resoluciones más altas de 600 ppp y superiores, y técnicas de tramado .
Todos los medios tonos utilizan una dicotomía de alta/baja frecuencia. En los medios tonos fotográficos, el atributo de baja frecuencia es un área local de la imagen de salida designada como celda de medios tonos. Cada celda de igual tamaño se relaciona con un área correspondiente (tamaño y ubicación) de la imagen de entrada de tono continuo. Dentro de cada celda, el atributo de alta frecuencia es un punto de semitono centrado de tamaño variable compuesto de tinta o tóner. La relación entre el área entintada y el área no entintada de la celda de salida corresponde a la luminancia o nivel de grises de la celda de entrada. Desde una distancia adecuada, el ojo humano promedia tanto el nivel de gris aparente de alta frecuencia aproximado por la relación dentro de la celda como los cambios aparentes de baja frecuencia en el nivel de gris entre celdas adyacentes igualmente espaciadas y puntos centrados.
Los medios tonos digitales utilizan una imagen rasterizada o un mapa de bits dentro del cual cada elemento o píxel de la imagen monocromática puede estar encendido o apagado, con o sin tinta. En consecuencia, para emular la celda de semitonos fotográfica, la celda de semitonos digital debe contener grupos de píxeles monocromáticos dentro del área de celda del mismo tamaño. La ubicación fija y el tamaño de estos píxeles monocromáticos comprometen la dicotomía de alta frecuencia/baja frecuencia del método de medios tonos fotográficos. Los puntos de varios píxeles agrupados no pueden "crecer" incrementalmente sino en saltos de un píxel completo. Además, la ubicación de ese píxel está ligeramente descentrada. Para minimizar este compromiso, los píxeles monocromáticos de semitonos digitales deben ser bastante pequeños, con un número de entre 600 y 2540, o más, píxeles por pulgada. Sin embargo, el procesamiento de imágenes digitales también ha permitido que algoritmos de tramado más sofisticados decidan qué píxeles se vuelven blancos o negros, algunos de los cuales producen mejores resultados que los medios tonos digitales. Recientemente también se han propuesto medios tonos digitales basados en algunas herramientas modernas de procesamiento de imágenes, como la difusión no lineal y el cambio estocástico. [15]
El método más común para crear pantallas, la modulación de amplitud , produce una cuadrícula regular de puntos que varían en tamaño. El otro método de creación de pantallas, la modulación de frecuencia , se utiliza en un proceso también conocido como cribado estocástico . Ambos métodos de modulación reciben su nombre por analogía con el uso de los términos en telecomunicaciones. [dieciséis]
El semitono inverso o destramado es el proceso de reconstruir imágenes de tonos continuos de alta calidad a partir de la versión de semitonos. Los medios tonos inversos son un problema mal planteado porque diferentes imágenes de origen pueden producir la misma imagen de medios tonos. En consecuencia, una imagen de medios tonos tiene múltiples reconstrucciones plausibles. Además, información como tonos y detalles se descarta durante la creación de medios tonos y, por tanto, se pierde irremediablemente. Debido a la variedad de diferentes patrones de medios tonos, no siempre es obvio qué algoritmo utilizar para obtener la mejor calidad.
Hay muchas situaciones en las que se desea la reconstrucción. Para los artistas, editar imágenes de medios tonos es una tarea desafiante. Incluso las modificaciones simples, como alterar el brillo, suelen funcionar cambiando los tonos de color. En imágenes de medios tonos, esto requiere además mantener el patrón regular. Lo mismo se aplica a herramientas más complejas como el retoque. Muchas otras técnicas de procesamiento de imágenes están diseñadas para funcionar con imágenes de tonos continuos. Por ejemplo, los algoritmos de compresión de imágenes son más eficientes para esas imágenes. [17] Otra razón es el aspecto visual, ya que los medios tonos degradan la calidad de una imagen. Los cambios de tono repentinos de la imagen original se eliminan debido a las variaciones de tono limitadas en las imágenes de medios tonos. También puede introducir distorsiones y efectos visuales como patrones muaré . Especialmente cuando se imprime en periódico, el patrón de semitonos se vuelve más visible debido a las propiedades del papel. Al escanear y reimprimir estas imágenes, se enfatizan los patrones muaré. Por lo tanto, es importante reconstruirlos antes de reimprimirlos para proporcionar una calidad razonable.
Los pasos principales del procedimiento son la eliminación de patrones de medios tonos y la reconstrucción de cambios de tono. Al final, puede que sea necesario recuperar detalles para mejorar la calidad de la imagen. Hay muchos algoritmos de medios tonos que se pueden clasificar principalmente en las categorías de tramado ordenado , difusión de errores y métodos basados en optimización. Es importante elegir una estrategia de destramado adecuada ya que generan diferentes patrones y la mayoría de los algoritmos de medios tonos inversos están diseñados para un tipo particular de patrón. El tiempo es otro criterio de selección porque muchos algoritmos son iterativos y, por tanto, bastante lentos.
La forma más sencilla de eliminar los patrones de medios tonos es la aplicación de un filtro de paso bajo, ya sea en el dominio espacial o de frecuencia. Un ejemplo sencillo es un filtro gaussiano . Descarta la información de alta frecuencia que desenfoca la imagen y simultáneamente reduce el patrón de medios tonos. Esto es similar al efecto borroso de nuestros ojos cuando vemos una imagen de medios tonos. En cualquier caso, es importante elegir un ancho de banda adecuado . Un ancho de banda demasiado limitado difumina los bordes, mientras que un ancho de banda elevado produce una imagen ruidosa porque no elimina el patrón por completo. Debido a esta compensación, no puede reconstruir información de borde razonable.
Se pueden lograr más mejoras con la mejora de los bordes. Descomponer la imagen de medios tonos en su representación wavelet permite seleccionar información de diferentes bandas de frecuencia. [18] Los bordes suelen consistir en energía de paso alto. Al utilizar la información de paso alto extraída, es posible tratar las áreas alrededor de los bordes de manera diferente para enfatizarlas y al mismo tiempo mantener la información de paso bajo entre las regiones suaves.
Otra posibilidad para los medios tonos inversos es el uso de algoritmos de aprendizaje automático basados en redes neuronales artificiales . [19] Estos enfoques basados en el aprendizaje pueden encontrar la técnica de describado que se acerque lo más posible a la perfecta. La idea es utilizar diferentes estrategias dependiendo de la imagen de medios tonos real. Incluso para diferentes contenidos dentro de una misma imagen, la estrategia debe ser variada. Las redes neuronales convolucionales son adecuadas para tareas como la detección de objetos , que permite una detección basada en categorías. Además, pueden realizar detección de bordes para mejorar los detalles alrededor de las áreas de los bordes. Los resultados pueden mejorarse aún más mediante redes generativas de confrontación . [20] Este tipo de red puede generar contenido artificialmente y recuperar detalles perdidos. Sin embargo, estos métodos están limitados por la calidad y la integridad de los datos de entrenamiento utilizados. Los patrones de medios tonos invisibles que no estaban representados en los datos de entrenamiento son bastante difíciles de eliminar. Además, el proceso de aprendizaje puede llevar algún tiempo. Por el contrario, calcular la imagen de medios tonos inversos es rápido en comparación con otros métodos iterativos porque requiere solo un paso computacional.
A diferencia de otros enfoques, el método de la tabla de búsqueda no implica ningún filtrado. [21] Funciona calculando una distribución de la vecindad para cada píxel en la imagen de medios tonos. La tabla de búsqueda proporciona un valor de tono continuo para un píxel determinado y su distribución. La tabla de consulta correspondiente se obtiene antes de utilizar histogramas de imágenes de medios tonos y sus correspondientes originales. Los histogramas proporcionan la distribución antes y después de los medios tonos y permiten aproximar el valor de tono continuo para una distribución específica en la imagen de medios tonos. Para este enfoque, se debe conocer de antemano la estrategia de medios tonos para elegir una tabla de búsqueda adecuada. Además, es necesario volver a calcular la tabla para cada nuevo patrón de medios tonos. Generar la imagen sin trama es rápido en comparación con los métodos iterativos porque requiere una búsqueda por píxel.
