La creación de imágenes digitales o la adquisición de imágenes digitales es la creación de una representación digital de las características visuales de un objeto, [1] como una escena física o la estructura interior de un objeto. A menudo se supone que el término implica o incluye el procesamiento , la compresión , el almacenamiento , la impresión y la visualización de dichas imágenes. Una ventaja clave de una imagen digital , frente a una imagen analógica como una fotografía en película , es la capacidad de propagar digitalmente copias del objeto original de forma indefinida sin ninguna pérdida de calidad de la imagen.
Las imágenes digitales se pueden clasificar por el tipo de radiación electromagnética u otras ondas cuya atenuación variable , al pasar a través de los objetos o reflejarse en ellos , transmite la información que constituye la imagen . En todas las clases de imágenes digitales, la información se convierte mediante sensores de imagen en señales digitales que son procesadas por una computadora y se convierten en una salida como una imagen de luz visible. Por ejemplo, el medio de luz visible permite la fotografía digital (incluida la videografía digital ) con varios tipos de cámaras digitales (incluidas las cámaras de video digitales ). Los rayos X permiten la obtención de imágenes digitales con rayos X ( radiografía digital , fluoroscopia y TC ), y los rayos gamma permiten la obtención de imágenes digitales con rayos gamma ( gammagrafía digital , SPECT y PET ). El sonido permite la ecografía (como la ecografía médica ) y el sonar , y las ondas de radio permiten el radar . Las imágenes digitales se prestan bien al análisis de imágenes por software , así como a la edición de imágenes (incluida la manipulación de imágenes).
Antes de la creación de imágenes digitales, la primera fotografía jamás producida, Vista desde la ventana de Le Gras , fue realizada en 1826 por el francés Joseph Nicéphore Niépce . Cuando Joseph tenía 28 años, estaba discutiendo con su hermano Claude sobre la posibilidad de reproducir imágenes con luz. Su enfoque en sus nuevas innovaciones comenzó en 1816. De hecho, estaba más interesado en crear un motor para un barco. Joseph y su hermano se centraron en eso durante bastante tiempo y Claude promovió con éxito su innovación moviéndolo y avanzando hacia Inglaterra. Joseph pudo concentrarse en la fotografía y finalmente, en 1826, pudo producir su primera fotografía de una vista a través de su ventana. Esto requirió 8 horas o más de exposición a la luz. [2]
La primera imagen digital se produjo en 1920, mediante el sistema de transmisión de imágenes por cable Bartlane . Los inventores británicos Harry G. Bartholomew y Maynard D. McFarlane desarrollaron este método. El proceso consistía en "una serie de negativos sobre placas de zinc que se exponían durante distintos períodos de tiempo, produciendo así densidades variables". [3] El sistema de transmisión de imágenes por cable Bartlane generaba, tanto en el extremo del transmisor como en el del receptor, una tarjeta o cinta perforada que se recreaba como una imagen. [4]
En 1957, Russell A. Kirsch produjo un dispositivo que generaba datos digitales que podían almacenarse en una computadora; este utilizaba un escáner de tambor y un tubo fotomultiplicador . [3]
La imagen digital se desarrolló en los años 1960 y 1970, en gran medida para evitar las debilidades operativas de las cámaras de película , para misiones científicas y militares, incluido el programa KH-11 . A medida que la tecnología digital se abarató en las décadas posteriores, reemplazó a los viejos métodos de película para muchos propósitos.
A principios de los años 1960, mientras desarrollaban equipos compactos, ligeros y portátiles para las pruebas no destructivas a bordo de aeronaves navales, Frederick G. Weighart [5] y James F. McNulty (ingeniero de radio estadounidense) [6] de Automation Industries, Inc., en ese entonces, en El Segundo, California, inventaron conjuntamente el primer aparato para generar una imagen digital en tiempo real, que era una radiografía digital fluoroscópica . Las señales de onda cuadrada se detectaban en la pantalla fluorescente de un fluoroscopio para crear la imagen.
El dispositivo acoplado por carga fue inventado por Willard S. Boyle y George E. Smith en Bell Labs en 1969. [7] Mientras investigaban la tecnología MOS, se dieron cuenta de que una carga eléctrica era la analogía de la burbuja magnética y que podía almacenarse en un pequeño condensador MOS . Como era bastante sencillo fabricar una serie de condensadores MOS en fila, les conectaron un voltaje adecuado para que la carga pudiera pasar de uno al siguiente. [8] El CCD es un circuito semiconductor que luego se utilizó en las primeras cámaras de video digitales para transmisión televisiva . [9]
Los primeros sensores CCD sufrían de un retardo de obturación . Esto se resolvió en gran medida con la invención del fotodiodo pinned (PPD). [10] Fue inventado por Nobukazu Teranishi , Hiromitsu Shiraki y Yasuo Ishihara en NEC en 1980. [10] [11] Era una estructura de fotodetector con bajo retardo, bajo ruido , alta eficiencia cuántica y baja corriente oscura . [10] En 1987, el PPD comenzó a incorporarse en la mayoría de los dispositivos CCD, convirtiéndose en un elemento fijo en las cámaras de vídeo electrónicas de consumo y luego en las cámaras fotográficas digitales . Desde entonces, el PPD se ha utilizado en casi todos los sensores CCD y luego en los sensores CMOS. [10]
El sensor de píxeles activos NMOS (APS) fue inventado por Olympus en Japón a mediados de la década de 1980. Esto fue posible gracias a los avances en la fabricación de dispositivos semiconductores MOS , con la escala MOSFET alcanzando niveles más pequeños de micrones y luego submicrones . [12] [13] El APS NMOS fue fabricado por el equipo de Tsutomu Nakamura en Olympus en 1985. [14] El sensor de píxeles activos CMOS (sensor CMOS) fue desarrollado posteriormente por el equipo de Eric Fossum en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en 1993. [10] Para 2007, las ventas de sensores CMOS habían superado los sensores CCD. [15]
Un desarrollo importante en la tecnología de compresión de imágenes digitales fue la transformada de coseno discreta (DCT). [16] La compresión DCT se utiliza en JPEG , que fue introducido por el Joint Photographic Experts Group en 1992. [17] JPEG comprime imágenes a tamaños de archivo mucho más pequeños y se ha convertido en el formato de archivo de imagen más utilizado en Internet . [18]
Estas diferentes ideas de escaneo fueron la base de los primeros diseños de cámaras digitales. Las primeras cámaras tardaban mucho tiempo en capturar una imagen y no eran adecuadas para fines de consumo. [3] No fue hasta la adopción del CCD ( dispositivo de acoplamiento de carga ) que la cámara digital realmente despegó. El CCD se convirtió en parte de los sistemas de imágenes utilizados en telescopios, las primeras cámaras digitales en blanco y negro en la década de 1980. [3] Con el tiempo, se agregó el color al CCD y es una característica habitual de las cámaras actuales.
Se han logrado grandes avances en el campo de la imagen digital. Los negativos y la exposición son conceptos desconocidos para muchos, y la primera imagen digital de 1920 condujo finalmente a la creación de equipos más baratos, un software cada vez más potente pero simple y el crecimiento de Internet. [19]
El avance y la producción constantes de equipos físicos y hardware relacionados con la imagen digital han afectado al entorno que rodea a este campo. Desde cámaras y cámaras web hasta impresoras y escáneres, el hardware se está volviendo más elegante, más delgado, más rápido y más barato. A medida que disminuye el costo del equipo, el mercado para nuevos entusiastas se amplía, lo que permite que más consumidores experimenten la emoción de crear sus propias imágenes.
Los ordenadores portátiles, de sobremesa y de empresa que utilizamos habitualmente son capaces de manejar software fotográfico. Nuestros ordenadores son máquinas más potentes con capacidades cada vez mayores para ejecutar programas de cualquier tipo, especialmente software de imágenes digitales. Y ese software se está volviendo cada vez más inteligente y sencillo. Aunque las funciones de los programas actuales alcanzan el nivel de edición precisa e incluso de renderización de imágenes en 3D, las interfaces de usuario están diseñadas para ser fáciles de usar tanto para usuarios avanzados como para aficionados principiantes.
Internet permite editar, ver y compartir fotografías y gráficos digitales. Con una rápida búsqueda en la Web se pueden encontrar fácilmente obras gráficas de artistas en ciernes, fotos de noticias de todo el mundo, imágenes corporativas de nuevos productos y servicios, y mucho más. Internet ha demostrado claramente ser un catalizador para fomentar el crecimiento de la imagen digital.
Compartir fotografías en línea cambia la forma en que entendemos la fotografía y a los fotógrafos. Sitios en línea como Flickr , Shutterfly e Instagram brindan a miles de millones de personas la posibilidad de compartir sus fotografías, ya sean aficionados o profesionales. La fotografía ha pasado de ser un medio de comunicación y compartición de lujo a ser un momento fugaz en el tiempo. Los sujetos también han cambiado. Las fotografías solían tomarse principalmente de personas y familiares. Ahora, las tomamos de cualquier cosa. Podemos documentar nuestro día y compartirlo con todos con el toque de nuestros dedos. [20]
En 1826, Niepce fue el primero en desarrollar una fotografía que utilizaba luces para reproducir imágenes. El avance de la fotografía ha aumentado drásticamente con el paso de los años. Ahora todo el mundo es fotógrafo a su manera, mientras que a principios del siglo XIX y del XX, los consumidores y productores valoraban y apreciaban mucho el coste de las fotografías duraderas. Según el artículo de la revista Five Ways Digital Camera Changed Us (Cinco formas en que la cámara digital nos cambió), se afirma lo siguiente: El impacto en los fotógrafos profesionales ha sido espectacular. Hubo un tiempo en que un fotógrafo no se atrevía a desperdiciar una toma a menos que estuviera virtualmente seguro de que funcionaría. "El uso de imágenes digitales (fotografía) ha cambiado la forma en que interactuamos con nuestro entorno a lo largo de los años. Parte del mundo se experimenta de manera diferente a través de la imaginación visual de recuerdos duraderos, se ha convertido en una nueva forma de comunicación con amigos, familiares y seres queridos en todo el mundo sin interacciones cara a cara. A través de la fotografía es fácil ver a aquellos que nunca has visto antes y sentir su presencia sin que estén cerca, por ejemplo, Instagram es una forma de redes sociales donde cualquiera puede tomar, editar y compartir fotos de lo que quiera con amigos y familiares. Facebook, snapshot, vine y twitter también son formas en las que las personas se expresan con pocas o ninguna palabra y pueden capturar cada momento que es importante. Los recuerdos duraderos que eran difíciles de capturar, ahora son fáciles porque todos pueden tomar fotografías y editarlas en sus teléfonos o computadoras portátiles. La fotografía se ha convertido en una nueva forma de comunicarse y está aumentando rápidamente a medida que pasa el tiempo, lo que ha afectado al mundo que nos rodea. [21]
Un estudio realizado por Basey, Maines, Francis y Melbourne descubrió que los dibujos utilizados en clase tienen un efecto negativo significativo en el contenido de orden inferior de los informes de laboratorio de los estudiantes, las perspectivas de los laboratorios, el entusiasmo y la eficiencia del tiempo de aprendizaje. El aprendizaje de estilo documental no tiene efectos significativos en los estudiantes en estas áreas. También descubrió que los estudiantes estaban más motivados y entusiasmados por aprender cuando usaban imágenes digitales. [22]
En el ámbito de la educación.
El campo de la imagenología médica
En el campo de la tecnología, el procesamiento de imágenes digitales se ha vuelto más útil que el procesamiento de imágenes analógicas cuando se considera el avance tecnológico moderno.
La creación de imágenes digitales para la realidad aumentada (DIAR, por sus siglas en inglés) es un campo integral dentro del contexto más amplio de las tecnologías de realidad aumentada (RA). Implica la creación, manipulación e interpretación de imágenes digitales para su uso en entornos de realidad aumentada. La DIAR desempeña un papel importante en la mejora de la experiencia del usuario, ya que proporciona superposiciones realistas de información digital sobre el mundo real, cerrando así la brecha entre los reinos físico y virtual. [27] [28]
DIAR se utiliza en numerosos sectores, entre ellos el entretenimiento, la educación, la atención sanitaria, el ejército y el comercio minorista. En el ámbito del entretenimiento, DIAR se utiliza para crear experiencias de juego inmersivas y películas interactivas. En el ámbito educativo, proporciona un entorno de aprendizaje más atractivo, mientras que en el ámbito sanitario, ayuda en procedimientos quirúrgicos complejos. El ejército utiliza DIAR con fines de formación y visualización del campo de batalla. En el ámbito minorista, los clientes pueden probarse virtualmente la ropa o visualizar los muebles de su casa antes de realizar una compra. [29]
Con los continuos avances en la tecnología, se espera que el futuro de DIAR sea testigo de superposiciones más realistas, un modelado de objetos 3D mejorado y una integración perfecta con la Internet de las cosas (IoT). La incorporación de retroalimentación háptica en los sistemas DIAR podría mejorar aún más la experiencia del usuario al agregar una sensación de tacto a las superposiciones visuales. Además, se espera que los avances en inteligencia artificial y aprendizaje automático mejoren aún más la adecuación al contexto y el realismo de las imágenes digitales superpuestas. [30]
Aunque las teorías se están convirtiendo rápidamente en realidades en la sociedad tecnológica actual, el abanico de posibilidades de la imagen digital es muy amplio. Una de las principales aplicaciones que aún se está desarrollando es la de la seguridad y protección infantil. ¿Cómo podemos utilizar la imagen digital para proteger mejor a nuestros hijos? El programa de Kodak , Kids Identification Digital Software (KIDS), puede responder a esa pregunta. Los inicios incluyen un kit de imágenes digitales que se utilizará para recopilar fotografías de identificación de estudiantes, que serían útiles durante emergencias médicas y delitos. Todavía se están desarrollando versiones más potentes y avanzadas de aplicaciones como estas, y constantemente se prueban y agregan funciones mejoradas. [31]
Pero los padres y las escuelas no son los únicos que ven beneficios en bases de datos como éstas. Las oficinas de investigación criminal, como las comisarías de policía, los laboratorios forenses estatales e incluso las agencias federales se han dado cuenta de la importancia de las imágenes digitales para analizar huellas dactilares y pruebas, realizar arrestos y mantener comunidades seguras. A medida que evoluciona el campo de las imágenes digitales, también lo hace nuestra capacidad para proteger al público. [32]
La imagen digital puede estar estrechamente relacionada con la teoría de la presencia social, especialmente cuando se hace referencia al aspecto de las redes sociales de las imágenes capturadas por nuestros teléfonos. Hay muchas definiciones diferentes de la teoría de la presencia social, pero dos que definen claramente lo que es serían "el grado en el que las personas son percibidas como reales" (Gunawardena, 1995), y "la capacidad de proyectarse social y emocionalmente como personas reales" (Garrison, 2000). La imagen digital permite que uno manifieste su vida social a través de imágenes para dar la sensación de su presencia al mundo virtual. La presencia de esas imágenes actúa como una extensión de uno mismo para los demás, dando una representación digital de lo que está haciendo y con quién está. La imagen digital en el sentido de las cámaras de los teléfonos ayuda a facilitar este efecto de presencia con amigos en las redes sociales. Alexander (2012) afirma que “la presencia y la representación están profundamente grabadas en nuestras reflexiones sobre las imágenes… se trata, por supuesto, de una presencia alterada… nadie confunde una imagen con la realidad de la representación. Pero nos dejamos llevar por esa representación, y sólo esa “representación” es capaz de mostrar la vivacidad del ausente de una manera creíble”. Por lo tanto, la imagen digital nos permite ser representados de una manera que refleje nuestra presencia social. [33]
La fotografía es un medio que se utiliza para capturar visualmente momentos específicos. A través de la fotografía, nuestra cultura ha tenido la oportunidad de enviar información (como la apariencia) con poca o ninguna distorsión. La teoría de la riqueza de los medios proporciona un marco para describir la capacidad de un medio para comunicar información sin pérdida ni distorsión. Esta teoría ha brindado la oportunidad de comprender el comportamiento humano en las tecnologías de la comunicación. El artículo escrito por Daft y Lengel (1984, 1986) afirma lo siguiente:
Los medios de comunicación se dividen en cuatro categorías: la disponibilidad de retroalimentación instantánea, que permite hacer preguntas y responderlas; el uso de múltiples señales, como la presencia física, la inflexión vocal, los gestos corporales, las palabras, los números y los símbolos gráficos; el uso del lenguaje natural, que puede utilizarse para transmitir la comprensión de un amplio conjunto de conceptos e ideas; y el enfoque personal del medio (pág. 83).
Cuanto más capaz sea un medio de comunicar la apariencia exacta, las señales sociales y otras características similares, más rico será. La fotografía se ha convertido en una parte natural de nuestra forma de comunicarnos. Por ejemplo, la mayoría de los teléfonos tienen la capacidad de enviar imágenes en mensajes de texto. Las aplicaciones Snapchat y Vine se han vuelto cada vez más populares para comunicarse. Sitios como Instagram y Facebook también han permitido a los usuarios alcanzar un nivel más profundo de riqueza debido a su capacidad para reproducir información. Sheer, VC (enero-marzo de 2011). Uso de las funciones de MSN por parte de los adolescentes, temas de discusión y desarrollo de amistades en línea: el impacto de la riqueza de los medios y el control de la comunicación. Communication Quarterly, 59(1).
Una fotografía digital puede crearse directamente a partir de una escena física mediante una cámara o un dispositivo similar. Alternativamente, una imagen digital puede obtenerse a partir de otra imagen en un medio analógico , como fotografías , películas fotográficas o papel impreso , mediante un escáner de imágenes o un dispositivo similar. Muchas imágenes técnicas, como las adquiridas con equipos tomográficos , sonares de barrido lateral o radiotelescopios , se obtienen en realidad mediante un procesamiento complejo de datos que no son imágenes. Los mapas de radar meteorológico que se ven en las noticias de televisión son un ejemplo común. La digitalización de datos analógicos del mundo real se conoce como digitalización e implica muestreo (discretización) y cuantificación . La formación de imágenes de proyección de la radiografía digital se puede realizar mediante detectores de rayos X que convierten directamente la imagen a formato digital. Alternativamente, la radiografía de placa de fósforo es donde la imagen se toma primero en una placa de fósforo fotoestimulable (PSP) que luego se escanea mediante un mecanismo llamado luminiscencia fotoestimulada .
Por último, una imagen digital también puede calcularse a partir de un modelo geométrico o una fórmula matemática. En este caso, el nombre de síntesis de imágenes es más apropiado y se conoce más a menudo como renderización .
La autenticación de imágenes digitales es un problema [34] para los proveedores y productores de imágenes digitales, como las organizaciones de atención médica, las agencias de aplicación de la ley y las compañías de seguros. Están surgiendo métodos en la fotografía forense para analizar una imagen digital y determinar si ha sido alterada .
Antes, la creación de imágenes digitales dependía de procesos químicos y mecánicos, pero ahora todos estos procesos se han convertido en electrónicos. Para que se produzca la creación de imágenes digitales, deben ocurrir algunas cosas: la energía de la luz se convierte en energía eléctrica (piense en una red con millones de pequeñas células solares). Cada condición genera una carga eléctrica específica. Las cargas de cada una de estas "células solares" se transportan y se comunican al firmware para que las interprete. El firmware es lo que entiende y traduce el color y otras cualidades de la luz. Los píxeles son lo que se observa a continuación, con intensidades variables que crean y provocan diferentes colores, creando una imagen. Por último, el firmware registra la información para una fecha futura y para su reproducción.
La digitalización de imágenes tiene varias ventajas. En primer lugar, el proceso permite un fácil acceso a fotografías y documentos de Word. Google está a la vanguardia de esta "revolución", con su misión de digitalizar los libros del mundo. Esta digitalización permitirá realizar búsquedas en los libros, lo que permitirá que las bibliotecas participantes, como la Universidad de Stanford y la Universidad de California en Berkeley, sean accesibles en todo el mundo. [35] La digitalización de imágenes también beneficia al mundo médico porque "permite la transmisión electrónica de imágenes a proveedores externos, dentistas, consultores y compañías de seguros a través de un módem". [35] El proceso "también es respetuoso con el medio ambiente, ya que no requiere procesamiento químico". [35] La digitalización de imágenes también se utiliza con frecuencia para ayudar a documentar y registrar acontecimientos históricos, científicos y de la vida personal. [36]
También existen beneficios en lo que respecta a las fotografías . La imagen digital reducirá la necesidad de contacto físico con las imágenes originales. [37] Además, la imagen digital crea la posibilidad de reconstruir el contenido visual de fotografías parcialmente dañadas, eliminando así la posibilidad de que el original se modifique o destruya. [37] Además, los fotógrafos se "liberarán de estar 'encadenados' al cuarto oscuro", tendrán más tiempo para tomar fotografías y podrán cubrir los encargos de manera más efectiva. [38] La imagen digital "significa" que "los fotógrafos ya no tienen que llevar su película a la oficina a toda prisa, por lo que pueden permanecer en el lugar durante más tiempo y cumplir con los plazos". [39]
Otra ventaja de la fotografía digital es que se ha extendido a los teléfonos con cámara. Podemos llevar cámaras a todas partes y enviar fotos instantáneamente a otras personas. Es fácil para la gente identificarse con nosotros y ayuda en el proceso de autoidentificación para las generaciones más jóvenes [40].
Los críticos de la imagen digital citan varias consecuencias negativas. Una mayor "flexibilidad para ofrecer a los lectores imágenes de mejor calidad" tentará a los editores, fotógrafos y periodistas a manipular las fotografías. [38] Además, "los fotógrafos de plantilla ya no serán fotoperiodistas, sino operadores de cámara... ya que los editores tienen el poder de decidir qué quieren 'fotografiar'". [38]
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