Aliasing, Moiré y otros fantasmas.

¿Qué hace el filtro AA?

Cuando en una cámara digital vemos filtro AA, el fabricante se está refiriendo a un filtro paso bajo que pone delante del sensor de imagen, también denominado filtro anti-aliasing. Como todo filtro paso bajo, este filtro impone una frecuencia espacial máxima en la imagen final, y en consecuencia es limitante de la resolución, es decir, de la nitidez. En tratamiento digital de imagen, el filtro paso bajo se implementa haciendo la media de brillo de los píxeles de la máscara. Así un filtro de máscara 3×3 tiene como salida en cada píxel la media de brillo de los 8 píxeles que le rodean junto con la del propio píxel, lo que supone un emborronamiento de la imagen. A la hora de digitalizar, el filtro AA analógico hace exactamente lo mismo, perder nitidez y detalles de la imagen original antes de pasar por el CCD.

Pero, ¿por qué interesa al fabricante reducir la calidad de la imagen de su sensor? Pensemos en que la resolución de una cámara es inferior a la de nuestro ojo, y a continuación pensemos en una señal de muy pequeñas barras verticales blancas y negras, de tal manera que una línea es: blanco, negro, blanco, negro, y así sucesivamente. Nosotros lo vemos así, pero como la cámara tiene menor resolución, será incapaz de registrar todas las barras. Lo que ocurrirá es que, según la frecuencia de muestreo, la señal digitalizada tendrá barras blancas y negras de ancho distinto, dando lugar a frecuencias inferiores a las de la señal original. Es el llamado efecto Moiré o ondas de agua, especialmente molesto cuando se trata de señales de video debido al movimiento de las mismas, pero perfectamente apreciable también en imágenes:

Fuente: Wikipedia
Fuente: Wikipedia

Aunque una pérdida de nitidez no es deseable, en fotografía, para huir de este efecto se ha colocado típicamente el filtro AA en los sensores. En el ejemplo anterior, si la señal de barras no era posible digitalizarla sin este efecto, al poner delante un filtro paso bajo, la imagen pierde toda su nitidez y se convierte en un gris, pero es el máximo rendimiento que podemos sacar a la cámara sin el Moiré.

El filtro paso bajo es esencial en todo sistema de adquisición de imágenes o digitalización de señales. El teorema de Nyquist nos dice que la máxima frecuencia que podemos tener en la señal muestreada es la mitad de la frecuencia de muestreo, toda frecuencia superior presente en la imagen no hace más que emborronar la resolución en altas frecuencias de la señal (aliasing), de ahí la existencia del filtro. Por usar una de las imágenes más famosas en procesado de imagen, tomemos la imagen de Lena:

Lena512
Lena512

Esta es la resolución de imagen que ha logrado la cámara, aceptable para nuestro ojo, pero supongamos que como decíamos antes la cámara tiene mucha menos resolución, por ejemplo una cuarta parte. La adquisición será similar a:

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¿Merece la pena comprar un televisor 4K?

Para tratar de responder a esta pregunta lo primero que tenemos que hacer es estudiar cómo observa nuestro ojo una imagen de televisión.

Aunque disponemos de una magnífica maquinaria de visión, el ojo humano no es perfecto. Sin menospreciar al resto de nuestros valiosos sentidos, la visión probablemente sea el sentido del que más nos fiamos y el que más información aporta para hacernos una idea de conjunto de nuestro entorno, sin embargo, también tiene sus defectos. Así, los ingenieros de los sistemas de televisión a lo largo de la historia han ido aprovechando estos defectos para lograr engañarnos, en el buen sentido de palabra, para que las imágenes proyectadas por los receptores sean para nosotros casi reales.

Ojo humano
Ojo humano

Agudeza Visual

La agudeza visual es nuestra capacidad para detectar cosas pequeñas a grandes distancias. Si consideramos dos puntos, cuanto más cerca estén uno de otro, llegará un momento en que nuestro ojo los perciba como uno sólo. En imágenes y en televisión estos puntos son los píxeles. Nos estamos refiriendo por tanto a la misma resolución espacial que nos referíamos en:

https://principiatechnologica.com/wp-content/uploads/2013/10/25/que-es-la-resolucion-de-una-imagen-de-fullhd-a-ultrahd/

Por la posición de nuestros ojos (horizontal), nuestra visión es más sensible a cambios verticales. Es decir, tenemos mayor agudeza visual para detectar dos puntos cercanos si se colocan separados verticalmente que si lo están en horizontal. Como los puntos son infinitésimos, ¿cómo medimos esto? Bien, el ojo es capaz de discernir dos puntos separados formando un ángulo con él de 1 minuto. Es lo que los oftalmólogos consideran agudeza visual normal (se puede utilizar el término 1, 10/10, 100%, o lo que es lo mismo, 0,01667 grados).

Agudeza Visual
Agudeza Visual

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¿Qué son los Hertzios de la tele?

Hoy hablamos de la resolución temporal de una señal de vídeo, es decir, de las famosas frecuencias Hertzianas.

Por idénticos motivos que sucede con la resolución espacial, por pequeñas imprecisiones o defectos en la visión humana, una secuencia de vídeo es considerada como continua cuando realmente es una exposición de instantáneas pasadas a gran velocidad. El ojo humano es capaz de detectar hasta aproximadamente 20 imágenes por segundo. Así, proyectando imágenes rápidamente (16 por segundo), un 28 de Diciembre de 1895 los hermanos Lumiére proyectaban en París escenas como la llegada de un tren, la llegada de un niño o el regador regado. Aquí vemos la danza de dos delfines a 6 fotogramas por segundo.

6 fotogramas por segundo
6 fotogramas por segundo

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¿Qué es la resolución de una imagen? De FullHD a UltraHD

En este artículo vamos a realizar un recorrido por las más recientes resoluciones de los sistemas de captación y reproducción de imágenes, entendiendo qué es la resolución de imagen y qué implicaciones tiene en cada sistema.

Resolución es el número de líneas horizontales (resolución vertical) que un monitor puede representar.

Así de sencillo. La resolución de un sistema se mide en líneas. Pero,

¿Por qué medimos la resolución vertical?

Buena pregunta, resulta que nuestro ojo es más crítico (sensible) con la resolución vertical que con la horizontal. Hay estudios psicológicos al respecto, pero parece ser que se debe a que la disposición horizontal de los ojos hace que el campo de visión sea como una elipse de eje mayor horizontal.

Su efecto es el llamado “horizontal-vertical”, donde, siendo iguales los dos  segmentos, siempre parecerá mayor el vertical, en una proporción aproximada del 30%. Es frecuente ver ejemplos de ilusiones que aprovechan esta circunstancia.

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