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Gráficos rasterizados

La carita sonriente en la esquina superior izquierda es una imagen rasterizada. Al ampliarla, los píxeles individuales aparecen como cuadrados. Si se amplía aún más, cada píxel ...

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La carita sonriente en la esquina superior izquierda es una imagen rasterizada. Al ampliarla, los píxeles individuales aparecen como cuadrados. Si se amplía aún más, cada píxel se puede analizar, y sus colores se construyen mediante la combinación de los valores de rojo, verde y azul.

En gráficos por computadora y fotografía digital , un gráfico rasterizado , imagen rasterizada o simplemente raster es una imagen digital compuesta por una cuadrícula rectangular de pequeños píxeles de color (generalmente cuadrados) . A diferencia de los gráficos vectoriales , que utilizan fórmulas matemáticas para describir formas y líneas, las imágenes rasterizadas almacenan el color exacto de cada píxel, lo que las hace ideales para fotografías e imágenes con colores y detalles complejos. Las imágenes rasterizadas se caracterizan por sus dimensiones (ancho y alto en píxeles) y profundidad de color (el número de bits por píxel ). [ 1 ] Se pueden mostrar en pantallas de computadora , imprimir en papel o visualizar en otros soportes, y se almacenan en varios formatos de archivo de imagen .

Las industrias de impresión y preimpresión conocen los gráficos rasterizados como contones (de " continuous tones "). En cambio, el arte lineal se suele implementar como gráficos vectoriales en sistemas digitales. [ 2 ]

Transponer una imagen a una organización de trama encubierta (una operación relativamente costosa para formatos empaquetados con menos de un byte por píxel); componer una reflexión de línea de trama adicional (casi gratuita), ya sea antes o después, equivale a una rotación de la imagen de 90° en una dirección u otra.

Muchas manipulaciones de imágenes rasterizadas se corresponden directamente con los formalismos matemáticos del álgebra lineal , donde los objetos matemáticos de estructura matricial son de vital importancia.

Los datos ráster o en cuadrícula pueden ser el resultado de un procedimiento de interpolación en cuadrícula .

Etimología

La palabra «raster» tiene su origen en el latín rastrum (rastrillo), que deriva de radere (raspar). Proviene del escaneo raster de los monitores de vídeo de tubo de rayos catódicos (CRT) , que dibujan la imagen línea por línea dirigiendo magnética o electrostáticamente un haz de electrones enfocado . [ 3 ] Por asociación, también puede referirse a una cuadrícula rectangular de píxeles. La palabra moderna rastrum se refiere a un dispositivo para dibujar las líneas del pentagrama musical.

Modelo de datos

Un gráfico rasterizado simple

La estrategia fundamental que subyace al modelo de datos ráster es la teselación de un plano en una matriz bidimensional de cuadrados, cada uno llamado celda o píxel (del latín "picture element"). En fotografía digital , el plano es el campo visual proyectado sobre el sensor de imagen ; en arte digital , el plano es un lienzo virtual; en sistemas de información geográfica , el plano es una proyección de la superficie terrestre. El tamaño de cada píxel cuadrado, conocido como resolución o soporte , es constante en toda la cuadrícula.

Luego se almacena un único valor numérico para cada píxel. Para la mayoría de las imágenes, este valor es un color visible, pero son posibles otras mediciones, incluso códigos numéricos para categorías cualitativas. Cada cuadrícula raster tiene un formato de píxel especificado , el tipo de datos para cada número. Los formatos de píxel comunes son binario , escala de grises , paletizado y a todo color , donde la profundidad de color [ 4 ] determina la fidelidad de los colores representados, y el espacio de color determina el rango de cobertura de color (que a menudo es menor que el rango completo de la visión del color humana ). La mayoría de los formatos raster de color modernos representan el color usando 24  bits (más de 16  millones de colores distintos), con 8  bits (valores 0–255) para cada canal de color (rojo, verde y azul). Los sensores digitales utilizados para la teledetección y la astronomía a menudo pueden detectar y almacenar longitudes de onda más allá del espectro visible ; El gran sensor CCD de mapa de bits del Observatorio Vera C. Rubin captura 3,2  gigapíxeles en una sola imagen (6,4  GB en formato sin procesar ), a través de seis canales de color que superan el rango espectral de la visión cromática humana.

Usos

Almacenamiento de imágenes

Utilizar un ráster para resumir un patrón de puntos

La mayoría de las imágenes de computadora se almacenan en formatos de gráficos rasterizados o variaciones comprimidas, incluyendo GIF , JPEG y PNG , que son populares en la World Wide Web . [ 4 ] [ 5 ] Una estructura de datos rasterizada se basa en una teselación (generalmente rectangular, de base cuadrada) del plano 2D en celdas, cada una conteniendo un solo valor. Para almacenar los datos en un archivo, la matriz bidimensional debe serializarse. La forma más común de hacerlo es un formato de fila principal , en el que las celdas a lo largo de la primera (generalmente superior) fila se enumeran de izquierda a derecha, seguidas inmediatamente por las de la segunda fila, y así sucesivamente.

En el ejemplo de la derecha, las celdas de la teselación A se superponen al patrón de puntos B, lo que da como resultado una matriz C de recuentos de cuadrantes que representan la cantidad de puntos en cada celda. Para fines de visualización, se ha utilizado una tabla de consulta para colorear cada una de las celdas en una imagen D. Aquí están los números como una matriz serial por filas:

1 3 0 0 1 12 8 0 1 4 3 3 0 2 0 2 1 7 4 1 5 4 2 2 0 3 1 2 2 2 2 3 0 5 1 9 3 3 3 4 5 0 8 0 2 4 3 2 8 4 3 2 2 7 2 3 2 10 1 5 2 1 3 7

Para reconstruir la cuadrícula bidimensional, el archivo debe incluir una sección de encabezado al principio que contenga, como mínimo, el número de columnas y el tipo de datos del píxel (especialmente el número de bits o bytes por valor), de modo que el lector sepa dónde termina cada valor para comenzar a leer el siguiente. Los encabezados también pueden incluir el número de filas, parámetros de georreferenciación para datos geográficos u otras etiquetas de metadatos , como las especificadas en el estándar Exif .

Compresión

Las cuadrículas ráster de alta resolución contienen una gran cantidad de píxeles y, por lo tanto, consumen mucho espacio de almacenamiento. Esto ha dado lugar a diversos métodos para comprimir el volumen de datos en archivos más pequeños. La estrategia más común consiste en buscar patrones o tendencias en los valores de los píxeles y, a continuación, almacenar una versión parametrizada del patrón en lugar de los datos originales. Entre los algoritmos de compresión ráster más comunes se incluyen la codificación de longitud de ejecución (RLE), JPEG , LZ (base de PNG y ZIP ), Lempel-Ziv-Welch (LZW) (base de GIF ) y otros.

Por ejemplo, la codificación de longitud de ejecución busca valores repetidos en la matriz y los reemplaza con el valor y la cantidad de veces que aparece. Por lo tanto, el ráster anterior se representaría como:

Esta técnica es muy eficiente cuando hay grandes áreas con valores idénticos, como en un dibujo lineal, pero en una fotografía, donde los píxeles suelen ser ligeramente diferentes de sus vecinos, el archivo RLE podría llegar a tener hasta el doble del tamaño del original.

Algunos algoritmos de compresión, como RLE y LZW, son sin pérdida , lo que significa que los valores originales de los píxeles se pueden regenerar perfectamente a partir de los datos comprimidos. Otros algoritmos, como JPEG, son con pérdida , ya que los patrones parametrizados son solo una aproximación de los valores originales de los píxeles, por lo que estos últimos solo se pueden estimar a partir de los datos comprimidos.

Conversión ráster-vectorial

Mediante software, las imágenes vectoriales (trazados lineales) pueden rasterizarse (convertirse en píxeles) y las imágenes rasterizadas vectorizarse (convertirse en gráficos vectoriales). En ambos casos, se pierde cierta información, aunque algunas operaciones de vectorización pueden recuperar información relevante, como en el caso del reconocimiento óptico de caracteres .

Pantallas

Los primeros televisores mecánicos, desarrollados en la década de 1920, empleaban principios de rasterización. La televisión electrónica, basada en pantallas de tubo de rayos catódicos, utiliza un escaneo de trama, donde las tramas horizontales se pintan de izquierda a derecha y las líneas de trama se pintan de arriba abajo.

Las pantallas planas modernas, como los monitores LED, siguen utilizando un enfoque de trama. Cada píxel en pantalla corresponde directamente a un pequeño número de bits en la memoria. [ 6 ] La pantalla se actualiza simplemente recorriendo los píxeles y coloreándolos según cada conjunto de bits. El procedimiento de actualización, al ser crítico para la velocidad, suele implementarse mediante circuitos dedicados, a menudo como parte de una unidad de procesamiento gráfico .

Mediante este método, el ordenador dispone de un área de memoria que almacena todos los datos que se van a mostrar. El procesador central escribe los datos en esta región de memoria y el controlador de vídeo los recupera. Los bits de datos almacenados en este bloque de memoria están relacionados con el patrón final de píxeles que se utilizará para construir una imagen en la pantalla. [ 7 ]

Una de las primeras pantallas escaneadas con gráficos rasterizados por computadora fue inventada a finales de la década de 1960 por A. Michael Noll en Bell Labs , [ 8 ] pero su solicitud de patente presentada el 5 de febrero de 1970 fue abandonada por la Corte Suprema en 1977 debido al tema de la patentabilidad del software informático. [ 9 ]

Impresión

During the 1970s and 1980s, pen plotters, using vector graphics, were common for creating precise drawings, especially on large format paper. However, since then almost all printers create the printed image as a raster grid, including both laser and inkjet printers. When the source information is vector, rendering specifications and software such as PostScript are used to create the raster image.

Three-dimensional rasters

Three-dimensional voxel raster graphics are employed in video games and are also used in medical imaging such as MRI scanners.[10]

Geographic information systems

Geographic phenomena are commonly represented in a raster format in GIS. The raster grid is georeferenced, so that each pixel (commonly called a cell in GIS because the "picture" part of "pixel" is not relevant) represents a square region of geographic space.[11] The value of each cell then represents some measurable (qualitative or quantitative) property of that region, typically conceptualized as a field. Examples of fields commonly represented in rasters include: temperature, population density, soil moisture, land cover, surface elevation, etc. Two sampling models are used to derive cell values from the field: in a lattice, the value is measured at the center point of each cell; in a grid, the value is a summary (usually a mean or mode) of the value over the entire cell.

Resolution

Raster graphics are resolution dependent, meaning they cannot scale up to an arbitrary resolution without loss of apparent quality. This property contrasts with the capabilities of vector graphics, which easily scale up to the quality of the device rendering them. Raster graphics deal more practically than vector graphics with photographs and photo-realistic images, while vector graphics often serve better for typesetting or for graphic design. Modern computer-monitors typically display about 72 to 130 pixels per inch (PPI), and some modern consumer printers can resolve 2400 dots per inch (DPI) or more; determining the most appropriate image resolution for a given printer-resolution can pose difficulties, since printed output may have a greater level of detail than a viewer can discern on a monitor. Typically, a resolution of 150 to 300 PPI works well for 4-color process (CMYK) printing.

Sin embargo, para las tecnologías de impresión que realizan la mezcla de colores mediante tramado ( semitono ) en lugar de mediante sobreimpresión (prácticamente todas las impresoras de inyección de tinta y láser domésticas/de oficina), los DPI de la impresora y los PPI de la imagen tienen un significado muy diferente, lo que puede resultar engañoso. Debido a que, mediante el proceso de tramado, la impresora construye un único píxel de imagen a partir de varios puntos de impresión para aumentar la profundidad de color , la configuración de DPI de la impresora debe ser mucho mayor que los PPI deseados para garantizar una profundidad de color suficiente sin sacrificar la resolución de la imagen. Por lo tanto, por ejemplo, imprimir una imagen a 250 PPI puede requerir en realidad una configuración de impresora de 1200 DPI. [ 12 ]

Editores de imágenes basados ​​en ráster

Los editores de imágenes basados ​​en ráster, como PaintShop Pro , Corel Painter , Adobe Photoshop , Paint.NET , Microsoft Paint , Krita y GIMP , se centran en la edición de píxeles , a diferencia de los editores de imágenes basados ​​en vectores, como Xfig , CorelDRAW , Adobe Illustrator o Inkscape , que se centran en la edición de líneas y formas (vectores). Cuando una imagen se renderiza en un editor de imágenes basado en ráster, la imagen se compone de millones de píxeles. En esencia, un editor de imágenes de ráster funciona manipulando cada píxel individual. [ 5 ] La mayoría [ 13 ] de los editores de imágenes basados ​​en píxeles funcionan con el modelo de color RGB , pero algunos también permiten el uso de otros modelos de color, como el modelo de color CMYK . [ 14 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Introducción a los gráficos por computadora, Sección 1.1 -- Pintura y dibujo" . math.hws.edu . Consultado el 25 de agosto de 2024 .
  2. ↑ "Patente US6469805 – Controles de procesamiento posterior a la imagen rasterizada para la impresión digital de imágenes en color" . Google.nl. Archivado del original el 5 de diciembre de 2014. Consultado el 30 de noviembre de 2014 .
  3. ↑ Bach, Michael; Meigen, Thomas; Strasburger, Hans (1997). "Tubos de rayos catódicos de barrido raster para la investigación de la visión: límites de resolución en el espacio, el tiempo y la intensidad, y algunas soluciones". Spatial Vision . 10 (4): 403–14 . doi : 10.1163/156856897X00311 . PMID 9176948 . 
  4. 1 2 "Tipos de mapas de bits" . Microsoft Docs . Microsoft. 29 de marzo de 2017. Archivado del original el 2 de enero de 2019. Recuperado el 1 de enero de 2019. El número de bits dedicados a un píxel individual determina el número de colores que se le pueden asignar. Por ejemplo, si cada píxel está representado por 4 bits, entonces a un píxel dado se le puede asignar uno de 16 colores diferentes (2^4 = 16).
  5. 1 2 "Ráster vs Vector" . Conversiones vectoriales de Gomez Graphics. Archivado del original el 5 de enero de 2019. Recuperado el 1 de enero de 2019. Las imágenes rasterizadas se crean con programas basados ​​en píxeles o se capturan con una cámara o escáner. Son más comunes en general, como jpg, gif, png, y se utilizan ampliamente en la web.
  6. ↑ "visualización de mapa de bits" . FOLDOC. 15 de mayo de 2002. Archivado del original el 16 de junio de 2018. Consultado el 30 de noviembre de 2014 .
  7. ↑ Murray, Stephen. « Dispositivos gráficos ». Ciencias de la Computación , editado por Roger R. Flynn, vol. 2: Software y hardware, Macmillan Reference USA, 2002, pp. 81–83. Gale eBooks . Consultado el 3 de agosto de 2020.
  8. ↑ Noll, A. Michael (marzo de 1971). "Gráficos por computadora con pantalla escaneada" . Communications of the ACM . 14 (3): 143– 150. doi : 10.1145/362566.362567 . S2CID 2210619 . 
  9. ↑ "Patentes" . Noll.uscannenberg.org. Archivado del original el 22 de febrero de 2014. Consultado el 30 de noviembre de 2014 .
  10. ↑ "CAPÍTULO-1" . Cis.rit.edu. Archivado del original el 16 de diciembre de 2014. Recuperado el 30 de noviembre de 2014 .
  11. ↑ Bolstad, Paul (2008). Fundamentos de SIG: Un primer texto sobre sistemas de información geográfica (3.ª ed.). Eider Press. pág. 42.  
  12. ↑ Fulton, Wayne (10 de abril de 2010). "Resolución de impresoras a color" . Algunos consejos para escanear . Archivado del original el 5 de agosto de 2011. Recuperado el 21 de agosto de 2011 .
  13. ↑ Tooker, Logan (2022-02-02). "Photoshop vs. CorelDRAW: ¿Cuál es mejor para los editores gráficos?" . MUO . Consultado el 13-07-2024 .
  14. ↑ "Conceptos básicos de impresión: RGB frente a CMYK" . HP Tech Takes . HP. 12 de junio de 2018. Archivado del original el 2 de enero de 2019. Consultado el 1 de enero de 2019. Si la imagen se va a visualizar en un monitor, elija RGB. Si se va a imprimir, utilice CMYK. (Consejo: En Adobe® Photoshop®, puede elegir entre los canales de color RGB y CMYK accediendo al menú Imagen y seleccionando Modo).