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Semitono

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Izquierda: Puntos de semitono. Derecha: Ejemplo de cómo el ojo humano vería los puntos desde una distancia suficiente.

La técnica de semitonos simula imágenes de tono continuo mediante el uso de puntos, que varían en tamaño o espaciado, generando así un efecto de degradado. [ 1 ] El término «semitono» también puede utilizarse para referirse específicamente a la imagen producida por este proceso. [ 1 ]

Mientras que las imágenes de tono continuo contienen una gama infinita de colores o grises , el proceso de semitonos reduce las reproducciones visuales a una imagen impresa con un solo color de tinta, en puntos de diferente tamaño ( modulación por 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 con patrones como si fueran tonos suaves. A nivel microscópico, la película fotográfica en blanco y negro revelada también consta de solo dos colores, y no de una gama infinita de tonos continuos. Para más detalles, véase 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 gracias a la repetición del proceso de semitonos para cada color sustractivo , utilizando comúnmente el llamado " modelo de color CMYK ". [ 2 ] La propiedad semiopaca de la tinta permite que los puntos de semitonos de diferentes colores creen otro efecto óptico: imágenes a todo color. [ 1 ] Dado que la ubicación de los puntos individuales no se puede determinar con exactitud, los puntos se superponen parcialmente, lo que da lugar a una combinación de mezcla de color aditiva y sustractiva llamada mezcla de color autotípica .

Historia

La portada de The Canadian Illustrated News con una fotografía en semitono del príncipe Arturo
La primera fotografía impresa con la técnica de semitonos en una publicación periódica canadiense, 30 de octubre de 1869.
Postal multicolor de Jenny Nyström (1899) impresa a partir de planchas de semitonos hechas a mano.

Si bien los primeros procesos de impresión mecánica (en particular la Woodburytype , patentada en 1864) podían imitar el tono y los detalles sutiles de una fotografía, el costo y la practicidad impidieron su uso en la impresión comercial masiva que utiliza la impresión en relieve.

Antes del desarrollo de la impresión en semitonos, la mayoría de las imágenes en los periódicos utilizaban técnicas de xilografía o grabado en madera , empleando bloques de madera tallados a mano que, si bien a menudo se copiaban de fotografías, se asemejaban a bocetos dibujados a mano. Las imprentas comerciales buscaban una forma práctica de reproducir fotografías de manera realista en la página impresa, pero la mayoría de los procesos de impresión mecánica comunes solo pueden imprimir áreas de tinta o dejar áreas en blanco en el papel, y no una gama de tonos fotográficos; solo tinta negra (o de color), o nada. El proceso de semitonos superó estas limitaciones y se convirtió en un elemento básico de la industria del libro, los periódicos y otras publicaciones periódicas. [ 3 ]

Se atribuye a William Fox Talbot (1800–1877) la idea de la impresión en semitonos. En una patente de 1852, sugirió el uso de "pantallas o velos fotográficos" en combinación con un proceso de grabado fotográfico . [ 4 ] [ 5 ]

Durante las décadas siguientes se propusieron varios tipos de tramas. William Leggo produjo una versión temprana con su leggotipo mientras trabajaba para el Canadian Illustrated News . La primera fotografía impresa en semitonos 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 (titulada "Una escena en un barrio marginal") con una trama de semitonos rudimentaria. [ 7 ]

Frederic Ives de Filadelfia patentó el primer método comercial verdaderamente exitoso en 1881. [ 5 ] [ 7 ] Aunque encontró una manera de dividir la imagen en puntos de diferentes tamaños, no utilizó una trama. En 1882, el alemán Georg Meisenbach patentó en Alemania el proceso de semitonos "autotipo", al que denominó Autotypie . [ 8 ] Su invención se basó en las ideas previas de AJ Berchtold [ 9 ] y JW Swan . Utilizó tramas de una sola línea que se giraban durante la exposición para producir efectos de líneas cruzadas. Fue el primero en lograr cierto éxito comercial con semitonos 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 trama cruzada de calidad. [ 5 ]

El proceso de semitonos en relieve demostró ser un éxito casi inmediato. El uso de bloques de semitonos en revistas populares se generalizó a principios de la década de 1890. [ 5 ]

El desarrollo de los métodos de impresión de semitonos para litografía parece haber seguido un camino en gran medida independiente. En la década de 1860, A. Hoen & Co. se centró en métodos que permitían a los artistas manipular los tonos de las piedras de impresión trabajadas a mano. [ 10 ] Para la década de 1880, Hoen estaba trabajando en métodos de semitonos que podían usarse junto con piedras trabajadas a mano o fotolitográficas. [ 11 ] [ 12 ]

Tramado fotográfico de semitonos

Antes de la digitalización, se desarrollaron técnicas fotográficas especiales para descomponer las imágenes en escala de grises en puntos discretos. La primera de ellas fue el "tramado", en el que se suspendía una pantalla de tela de trama gruesa frente a la placa fotográfica que se iba a exponer, dividiendo la luz incidente en un patrón de puntos mediante una combinación de efectos de interrupción y difracción . Posteriormente, la placa fotográfica se podía revelar mediante técnicas de fotograbado para crear una plancha de impresión.

Otras técnicas empleaban una «pantalla» compuesta por barras paralelas ( 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. Posteriormente, se utilizaron pantallas de contacto fotográficas o, en ocasiones, ninguna pantalla, exponiendo directamente sobre una película litográfica ( de contraste extremadamente alto ) con un patrón de semitonos preexpuesto.

Tramado tradicional

Resolución de las pantallas de semitonos

La resolución de una trama de semitonos se mide en líneas por pulgada (lpi). Esta es la cantidad de líneas de puntos en una pulgada, medidas paralelamente al ángulo de la trama. Conocida como línea de trama, la resolución se indica con el sufijo lpi o con una almohadilla; por ejemplo, "150 lpi" o "150#".

Cuanto mayor sea la resolución de píxeles de un archivo de origen, mayor será el nivel de detalle que se puede reproducir. Sin embargo, este aumento también requiere un incremento correspondiente en el tramado, de lo contrario, la imagen resultante sufrirá posterización . Por lo tanto, la resolución del archivo se ajusta a la resolución de salida. Los puntos no son fácilmente visibles a simple vista, pero se pueden distinguir con un microscopio o una lupa.

Múltiples pantallas y tramado de color

Tres ejemplos de tramado de color moderno con separaciones CMYK. De izquierda a derecha: la separación cian, la separación magenta, la separación amarilla, la separación negra, el patrón de tramado combinado y, finalmente, cómo el ojo humano percibiría el patrón de tramado combinado desde una distancia suficiente.
Este primer plano de una impresión en semitonos muestra que el magenta sobre amarillo aparece como naranja/rojo, y el cian sobre amarillo aparece como verde.
Ejemplos de ángulos de trama de semitonos CMYK típicos
Pantallas moradas utilizadas en la impresión offset : ángulos de 90°, 105° y 165°.

Al combinar diferentes pantallas, pueden producirse diversos efectos visuales molestos, como un énfasis excesivo en los bordes y un patrón de moiré . Este problema se puede mitigar girando las pantallas entre sí. El ángulo de la pantalla es otra medida común en la impresión, que se mide en grados en el sentido de las agujas del reloj a partir de una línea que se extiende hacia la izquierda (las 9 en punto corresponden a cero grados). Estos ángulos se optimizan para evitar patrones y reducir la superposición, que puede atenuar los colores .

El tramado también se utiliza comúnmente para imprimir imágenes en color. La idea general es la misma: al variar la densidad de los cuatro colores secundarios de impresión (cian, magenta, amarillo y negro, abreviatura CMYK ), se puede reproducir cualquier tonalidad. [ 13 ]

En este caso, surge un problema adicional. En el caso más sencillo, se podría crear un semitono utilizando las mismas técnicas que para imprimir tonos de gris, pero en este caso, los diferentes colores de impresión deben permanecer físicamente cerca unos de otros para engañar al ojo y hacerle creer que se trata de un solo color. Para lograr esto, la industria ha estandarizado un conjunto de ángulos conocidos, lo que da como resultado que los puntos formen pequeños círculos o rosetas.

formas de puntos

Aunque los puntos redondos son los más comunes, existen muchos tipos de puntos, cada uno con sus propias características. Se pueden usar simultáneamente para evitar el efecto moiré. Generalmente, la forma de punto preferida también depende del método de impresión o de la plancha de impresión.

  • Puntos redondos: los más comunes, adecuados para imágenes claras, especialmente para tonos de piel. Se unen en un valor tonal del 70%.
  • Puntos elípticos: adecuados para imágenes con muchos objetos. Los puntos elípticos se encuentran en los valores tonales del 40 % (extremos puntiagudos) y del 60 % (lado largo), por lo que existe el riesgo de que se forme un patrón.
  • Puntos cuadrados: ideales para imágenes detalladas, no recomendados para tonos de piel. Las esquinas se encuentran en un valor tonal del 50 %. La transición entre los puntos cuadrados a veces puede ser visible para el ojo humano. [ 14 ]

Tramado digital

El tramado digital ha ido sustituyendo al tramado fotográfico desde la década de 1970, cuando se desarrollaron los "generadores electrónicos de puntos" para las unidades de grabación de película conectadas a los escáneres de tambor de color fabricados por empresas como Crosfield Electronics , Hell y Linotype-Paul .

Una imagen del logotipo de Wikipedia que ha sido sometida a un proceso de tramado digital.

En la década de 1980, la función de tramado estuvo disponible en la nueva generación de fotocomponedoras de película y papel, desarrolladas a partir de las anteriores "componedoras láser". A diferencia de los escáneres o las fotocomponedoras puras, las fotocomponedoras podían generar todos los elementos de una página, incluyendo texto, fotografías y otros objetos gráficos. Los primeros ejemplos fueron las Linotype Linotronic 300 y 100, ampliamente utilizadas e introducidas en 1984, que también fueron las primeras en ofrecer RIP PostScript en 1985. [ 15 ]

Las primeras impresoras láser, desde finales de la década de 1970 en adelante, también podían generar semitonos, pero su resolución original de 300 ppp limitaba el tramado a unos 65 lpi. Esto mejoró con la introducción de resoluciones más altas, de 600 ppp o superiores, y técnicas de tramado .

Todo tramado utiliza una dicotomía de alta/baja frecuencia. En el tramado fotográfico, el atributo de baja frecuencia es un área local de la imagen de salida denominada celda de tramado. 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 tramado centrado de tamaño variable, compuesto de tinta o tóner. La relación entre el área entintada y el área sin entintar de la celda de salida corresponde a la luminancia o nivel de gris 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 nivel de gris de baja frecuencia entre celdas adyacentes igualmente espaciadas y puntos centrados.

El tramado digital utiliza una imagen rasterizada o mapa de bits en la que cada elemento de imagen monocromático o píxel puede estar encendido o apagado, con o sin tinta. Por consiguiente, para emular la celda de tramado fotográfico, la celda de tramado digital debe contener grupos de píxeles monocromáticos dentro de un área de celda del mismo tamaño. La ubicación y el tamaño fijos de estos píxeles monocromáticos comprometen la dicotomía de alta/baja frecuencia del método de tramado fotográfico. Los puntos multipíxel agrupados no pueden "crecer" de forma incremental, sino en saltos de un píxel completo. Además, la ubicación de ese píxel está ligeramente descentrada. Para minimizar este inconveniente, los píxeles monocromáticos del tramado digital deben ser bastante pequeños, con una densidad de entre 600 y 2540 píxeles por pulgada, o incluso más. Sin embargo, el procesamiento digital de imágenes también ha permitido el uso de algoritmos de tramado más sofisticados para decidir qué píxeles convertir en blanco o negro, algunos de los cuales ofrecen mejores resultados que el tramado digital. Recientemente también se ha propuesto el tramado digital basado en algunas herramientas modernas de procesamiento de imágenes, como la difusión no lineal y el volteo estocástico. [ 16 ]

Modulación

El método más común para crear pantallas, la modulación de amplitud , produce una cuadrícula regular de puntos de tamaño variable. El otro método, la modulación de frecuencia , se utiliza en un proceso también conocido como filtrado estocástico . Ambos métodos de modulación reciben su nombre por analogía con el uso de los términos en telecomunicaciones. [ 17 ]

Tramado inverso

Imagen original
Imagen original
Imagen tramada
Imagen tramada
Imagen sin pantalla
Imagen sin pantalla

El tramado inverso o eliminación de trama es el proceso de reconstruir imágenes de tono continuo de alta calidad a partir de la versión en tramado. El tramado inverso es un problema mal condicionado, ya que diferentes imágenes de origen pueden producir la misma imagen en tramado. Por consiguiente, una misma imagen en tramado tiene múltiples reconstrucciones plausibles. Además, información como los tonos y los detalles se descartan durante el tramado y, por lo tanto, se pierden irremediablemente. Debido a la variedad de patrones de tramado, no siempre es obvio qué algoritmo utilizar para obtener la mejor calidad.

Puntos en el cielo debido al aliasing espacial causado por el redimensionamiento de semitonos a una resolución menor.

Hay muchas situaciones en las que se desea la reconstrucción. Para los artistas, editar imágenes de semitonos es una tarea desafiante. Incluso las modificaciones simples, como alterar el brillo, generalmente funcionan cambiando los tonos de color. En las imágenes de semitonos, esto requiere además la preservación del patrón regular. Lo mismo se aplica a herramientas más complejas como el retoque. Muchas otras técnicas de procesamiento de imágenes están diseñadas para operar en imágenes de tono continuo. Por ejemplo, los algoritmos de compresión de imágenes son más eficientes para esas imágenes. [ 18 ] Otra razón es el aspecto visual, ya que el tramado degrada la calidad de una imagen. Los cambios bruscos de tono de la imagen original se eliminan debido a las variaciones de tono limitadas en las imágenes tramadas. También puede introducir distorsiones y efectos visuales como patrones de moiré . 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, los patrones de moiré se enfatizan. Por lo tanto, reconstruirlas antes de reimprimirlas es importante para proporcionar una calidad razonable.

Filtrado espacial y de frecuencia

Los pasos principales del procedimiento son la eliminación de patrones de semitonos y la reconstrucción de los cambios de tono. Al final, puede ser necesario recuperar detalles para mejorar la calidad de la imagen. Existen muchos algoritmos de tramado 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 eliminación de tramado adecuada, ya que generan diferentes patrones y la mayoría de los algoritmos de tramado inverso están diseñados para un tipo de patrón en particular. El tiempo es otro criterio de selección, ya que muchos algoritmos son iterativos y, por lo tanto, bastante lentos.

La forma más sencilla de eliminar los patrones de semitonos es mediante la aplicación de un filtro de paso bajo, ya sea en el dominio espacial o en el de la frecuencia. Un ejemplo simple es un filtro gaussiano . Este filtro descarta la información de alta frecuencia que difumina la imagen y, al mismo tiempo, reduce el patrón de semitonos. Esto es similar al efecto de desenfoque que experimentan nuestros ojos al observar una imagen de semitonos. En cualquier caso, es importante seleccionar un ancho de banda adecuado . Un ancho de banda demasiado limitado difumina los bordes, mientras que un ancho de banda excesivo produce una imagen ruidosa, ya que no elimina el patrón por completo. Debido a esta limitación, no es posible reconstruir información de bordes precisa.

Se pueden lograr mejoras adicionales con el realce de bordes. La descomposición de la imagen de semitonos en su representación wavelet permite extraer información de diferentes bandas de frecuencia. [ 19 ] Los bordes generalmente consisten 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 enfatizarlos, manteniendo la información de paso bajo en las regiones suaves.

Filtrado basado en optimización

Otra posibilidad para el tramado inverso es el uso de algoritmos de aprendizaje automático basados ​​en redes neuronales artificiales . [ 20 ] Estos enfoques basados ​​en el aprendizaje pueden encontrar la técnica de eliminación de tramado que se acerque lo más posible a la perfecta. La idea es usar diferentes estrategias dependiendo de la imagen de tramado real. Incluso para diferentes contenidos dentro de la misma imagen, la estrategia debe variar. Las redes neuronales convolucionales son muy adecuadas para tareas como la detección de objetos , que permite una eliminación de tramado basada en categorías. Además, pueden realizar detección de bordes para mejorar los detalles alrededor de las áreas de borde. Los resultados se pueden mejorar aún más con redes generativas antagónicas . [ 21 ] Este tipo de red puede generar artificialmente contenido y recuperar detalles perdidos. Sin embargo, estos métodos están limitados por la calidad y la completitud de los datos de entrenamiento utilizados. Los patrones de tramado no vistos 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, el cálculo de la imagen de tramado inverso es rápido en comparación con otros métodos iterativos porque solo requiere un único paso computacional.

Tabla de búsqueda

A diferencia de otros enfoques, el método de tabla de búsqueda no implica ningún filtrado. [ 22 ] Funciona calculando una distribución del vecindario para cada píxel en la imagen de semitonos. La tabla de búsqueda proporciona un valor de tono continuo para un píxel dado y su distribución. La tabla de búsqueda correspondiente se obtiene previamente utilizando histogramas de imágenes de semitonos y sus originales correspondientes. Los histogramas proporcionan la distribución antes y después del tramado y permiten aproximar el valor de tono continuo para una distribución específica en la imagen de semitonos. Para este enfoque, la estrategia de tramado debe conocerse de antemano para elegir una tabla de búsqueda adecuada. Además, la tabla debe recalcularse para cada nuevo patrón de tramado. La generación de la imagen sin tramado es rápida en comparación con los métodos iterativos porque requiere una búsqueda por píxel.

Véase también

Grupos de investigación académica importantes

  • Laboratorio de Sistemas de Imágenes Electrónicas de la Universidad de Purdue
  • Laboratorio de Procesamiento de Señales Integradas en la Universidad de Texas en Austin.

Referencias

  1. 1 2 3 Campbell, Alastair. El léxico del diseñador . ©2000 Chronicle, San Francisco.
  2. McCue, Claudia. Producción de impresión en el mundo real . ©2007, Peachpit Berkeley.
  3. Hannavy, John (2008), Enciclopedia de la fotografía del siglo XIX , Taylor & Francis Group, ISBN 978-0-203-94178-2
  4. El repertorio de invenciones patentadas | 1853. 1853.
  5. 1 2 3 4 5 Twyman, Michael. La imprenta 1770–1970: una historia ilustrada de su desarrollo y usos en Inglaterra. Eyre & Spottiswoode, Londres 1970.
  6. "Los primeros medios tonos" . Biblioteca y Archivos de Canadá. Archivado del original el 17 de agosto de 2009. Consultado el 17 de septiembre de 2007 .
  7. 1 2 Meggs, Philip B. (1998). Historia del diseño gráfico . John Wiley & Sons, Inc. pág. 141. ISBN  0-471-29198-6.
  8. ^ Kerner, Hans K. (2007). "Patente del Reich 22244". Lexikon der Reprotechnik . vol. 2. Reinhard Welz Vermittler Verlag eKp 436. ISBN   978-3-86656-554-8.
  9. Horgan, SH (febrero de 1927). "Donde comenzaron los medios tonos" . The Inland Printer. Maclean-Hunter Publishing Corporation. pág. 787. Recuperado el 24 de agosto de 2025. George Meisenbach, Alemania, 1882 , suele ser aclamado como el inventor del medio tono; otros dicen que fue anticipado por Fox Talbot, Inglaterra, 1852; AJ Berchtold, Francia, 1855; Edward y James Bullock, Inglaterra, 1865; el general Frederick von Egloffstein, Estados Unidos, 1865; William A. Leggo, Canadá, 1871. 
  10. Hoen, August. Composición para piedra de grabado , Patente estadounidense 27,981, 24 de abril de 1860.
  11. Hoen, August. Proceso litográfico , Patente estadounidense 227,730, 15 de mayo de 1883.
  12. Hoen, August. Proceso litográfico , Patente estadounidense 227,782, 18 de mayo de 1880.
  13. Tramas de semitonos en la impresión: "Uso de tramas de semitonos para la impresión de imágenes digitales en imprenta". (Última revisión: 20/04/2009)
  14. Kay Johansson, Peter Lundberg y Robert Ryberg, Guía para la producción de impresión gráfica . 2.ª ed. Hoboken: Wiley & Sons, pág. 286 y ss. (2007).
  15. "Historia de Linotype - 1973–1989" . Archivado del original el 1 de abril de 2023. Consultado el 19 de marzo de 2019 .
  16. Shen, Jackie (Jianhong) (2009). "Semitonizado por mínimos cuadrados mediante el sistema de visión humana y descenso de gradiente de Markov (LS-MGD): algoritmo y análisis". SIAM Rev. 3. 51 (3): 567– 589. Bibcode : 2009SIAMR..51..567S . doi : 10.1137/060653317 . S2CID 3253808 . 
  17. Sharma, Gaurav (2003). Manual de imágenes digitales en color . CRC Press. pág. 389. ISBN  0-8493-0900-X.
  18. Ming Yuan Ting; Riskin, EA (1994). "Compresión de imágenes con difusión de errores mediante un decodificador binario a escala de grises y cuantificación vectorial estructurada en árbol con poda predictiva". IEEE Transactions on Image Processing . 3 (6): 854– 858. Bibcode : 1994ITIP....3..854T . doi : 10.1109/83.336256 . ISSN 1057-7149 . PMID 18296253 .  
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  20. Li, Yijun; Huang, Jia-Bin; Ahuja, Narendra; Yang, Ming-Hsuan (2016), "Deep Joint Image Filtering", Computer Vision – ECCV 2016 , Lecture Notes in Computer Science, vol. 9908, Springer International Publishing, pp. 154–169 , doi : 10.1007/978-3-319-46493-0_10 , ISBN   978-3-319-46492-3
  21. Kim, Tae-Hoon; Park, Sang Il (30 de julio de 2018). "Desenmascaramiento y reenmascaramiento de imágenes de semitonos con conciencia del contexto profundo". ACM Transactions on Graphics . 37 (4): 1– 12. doi : 10.1145/3197517.3201377 . ISSN 0730-0301 . S2CID 51881126 .  
  22. Murat., Mese (1 de octubre de 2001). Método de tabla de búsqueda (LUT) para tramado inverso . The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc-IEEE. OCLC 926171988 . 
  • Sitio web de Daniel Lau sobre tramado
  • "The Rasterbator": Software que permite la creación de carteles con tipografía de semitonos de gran formato.
  • Caja de herramientas de tramado de imágenes para MATLAB por V. Monga, N. Damera-Venkata y BL Evans
  • Pantallas de semitonos en el Proyecto de Demostraciones de Wolfram
  • Creación de sombreado de semitonos con Adobe Photoshop
  • Un método sencillo para crear semitonos personalizados en Adobe Photoshop
  • Una guía visual sobre los medios tonos tradicionales y su creación.
  • Tutoriales de Photoshop sobre cómo crear y usar patrones de semitonos.
  • Complemento de Javascript para generar imágenes de semitonos