escaneo raster

Un escaneo raster , o escaneo raster , es el patrón rectangular de captura y reconstrucción de imágenes en televisión. Por analogía, el término se usa para gráficos raster , el patrón de almacenamiento y transmisión de imágenes utilizado en la mayoría de los sistemas de imágenes de mapa de bits de las computadoras . La palabra raster proviene del latín rastrum (rastrillo), que deriva de radere (raspar); véase también rastrum , un instrumento para dibujar líneas de pentagramas musicales . El patrón que dejan las púas de un rastrillo, cuando se traza en línea recta, se asemeja a las líneas paralelas de un raster: este escaneo línea por línea es lo que crea un raster. Es un proceso sistemático de cubrir el área progresivamente, una línea a la vez. Aunque a menudo es mucho más rápido, es similar en el sentido más general a cómo se mueve la mirada cuando se leen líneas de texto.

En la mayoría de las tarjetas gráficas modernas , los datos que se van a dibujar se almacenan internamente en un área de memoria semiconductora llamada framebuffer . Esta área de memoria guarda los valores de cada píxel de la pantalla. Estos valores se recuperan del búfer de actualización y se dibujan en la pantalla fila por fila.

En detalle, cada línea (marco horizontal o HFrame) consta de:

• línea de exploración, cuando el haz no está bloqueado y se mueve constantemente hacia la derecha
• porche delantero , cuando la viga está tapada y se mueve constantemente hacia la derecha.
• pulso de sincronización , cuando el haz se bloquea y se mueve rápidamente de vuelta a la izquierda.
• porche trasero , cuando la viga está bloqueada, y nuevamente moviéndose constantemente hacia la derecha.

Los porches y el enmascaramiento asociado sirven para proporcionar tiempo de caída y tiempo de estabilización para que el haz vuelva a moverse hacia la izquierda (el voltaje disminuya) y para que el zumbido se atenúe. El fotograma vertical (VFrame) consta exactamente de los mismos componentes, pero solo aparece una vez por fotograma de imagen, y los tiempos son considerablemente más largos. Los detalles de estos intervalos se denominan temporización de vídeo. Consulte Detalles de temporización de vídeo revelados para ver un diagrama de estos. Estos no suelen ser visibles para los usuarios finales, pero eran visibles en el caso de XFree86 Modelines , donde los usuarios de XFree86 podían (y a veces necesitaban) ajustar manualmente estas temporizaciones, particularmente para lograr ciertas resoluciones o frecuencias de actualización .

El escaneo rasterizado en los monitores CRT produce la impresión de una imagen estable desde un único punto de escaneo (solo se dibuja un punto a la vez) mediante diversos procesos técnicos y psicológicos. Estas imágenes generan la impresión de movimiento de forma muy similar a como lo hace el cine: una velocidad de fotogramas suficientemente alta en imágenes fijas produce la impresión de movimiento. Sin embargo, el escaneo rasterizado difiere en algunos aspectos, en particular en el entrelazado.

En primer lugar, debido a la persistencia del fósforo , aunque solo se dibuja un "píxel" a la vez (recordemos que en una pantalla analógica, el "píxel" está mal definido, ya que no hay divisiones horizontales fijas, sino más bien un "punto flotante"), cuando se ha pintado toda la pantalla, el píxel inicial aún está relativamente iluminado. Su brillo habrá disminuido un poco, lo que puede provocar una percepción de parpadeo . Esta es una de las razones del uso del entrelazado : dado que solo se dibuja una línea sí y otra no en un solo campo de vídeo de transmisión, las líneas brillantes recién dibujadas, entrelazadas con las líneas más antiguas y algo atenuadas, crean una iluminación relativamente más uniforme.

En segundo lugar, gracias a la persistencia de la visión , la imagen observada permanece un instante en la retina y se percibe como relativamente estable. Debido al umbral de fusión de parpadeo relacionado , estos píxeles pulsantes parecen estables.

Estas imágenes fijas, que se mantienen estables desde el punto de vista perceptual, se ensamblan para producir una imagen en movimiento, similar a un proyector de cine . Sin embargo, hay que tener en cuenta que en los proyectores de cine, la imagen completa se proyecta de una sola vez (no mediante un barrido rasterizado), sin entrelazar, a una velocidad de 24 fotogramas por segundo. En cambio, un vídeo entrelazado con barrido rasterizado produce una imagen de 50 o 60 campos por segundo (un campo es una línea alterna, lo que corresponde a una velocidad de 25 o 30 fotogramas por segundo), y cada campo se dibuja píxel a píxel, en lugar de la imagen completa a la vez. Ambos métodos producen un vídeo, pero generan percepciones o sensaciones ligeramente diferentes .

En una pantalla CRT, cuando se activan los haces de electrones, la componente de deflexión horizontal del campo magnético, generada por el yugo deflector, hace que los haces se desplacen de izquierda a derecha a una velocidad constante. Los datos de los píxeles consecutivos se envían (a la frecuencia de reloj de píxeles) a los convertidores digital-analógico para cada uno de los tres colores primarios (sin embargo, en las pantallas planas modernas, los datos de los píxeles permanecen digitales). Al trazarse la línea de exploración, en el borde derecho de la pantalla, todos los haces se desactivan, pero el campo magnético continúa aumentando su magnitud durante un breve instante después de la desactivación.

Para aclarar posibles confusiones: En lo que respecta a los campos de deflexión magnética, si no existieran, todos los haces incidirían en la pantalla cerca del centro. Cuanto más lejos del centro, mayor será la intensidad del campo necesaria. Los campos de una polaridad mueven el haz hacia arriba y a la izquierda, y los de polaridad opuesta lo mueven hacia abajo y a la derecha. En algún punto cercano al centro, el campo de deflexión magnética es cero. Por lo tanto, el escaneo comienza cuando el campo disminuye. A mitad del proceso, pasa por cero y vuelve a aumentar gradualmente para completar el escaneo.

Una vez que se ha creado una línea en la pantalla y se han desactivado los haces, el campo magnético alcanza su valor máximo. En relación con el tiempo necesario para un barrido hacia adelante, vuelve a su valor inicial con relativa rapidez, hasta alcanzar el necesario para posicionar el haz más allá del borde izquierdo del área visible (sin desactivar). Este proceso se produce con todos los haces desactivados y se denomina retroceso. En el borde izquierdo, la magnitud del campo disminuye progresivamente para iniciar otro barrido hacia adelante, y poco después, los haces se activan para comenzar una nueva línea de barrido visible.

Un proceso similar ocurre para el escaneo vertical, pero a la frecuencia de actualización de la pantalla (normalmente de 50 a 75  Hz). Un campo completo comienza con una polaridad que colocaría los haces más allá de la parte superior del área visible, con el componente vertical del campo de deflexión al máximo. Después de algunas decenas de escaneos horizontales (pero con los haces bloqueados), el componente vertical del desbloqueo, combinado con el desbloqueo horizontal, permite que los haces muestren la primera línea de escaneo. Una vez escrita la última línea de escaneo, el componente vertical del campo magnético continúa aumentando en el equivalente a un pequeño porcentaje de la altura total antes de que tenga lugar el retroceso vertical. El retroceso vertical es relativamente lento, y ocurre durante un lapso de tiempo requerido para varias decenas de escaneos horizontales. En los televisores CRT analógicos, ajustar el brillo al máximo generalmente hacía que el retroceso vertical fuera visible como líneas en zigzag en la imagen.

En la televisión analógica, originalmente resultaba demasiado costoso crear un barrido raster secuencial simple del tipo descrito con una frecuencia de actualización suficientemente rápida y una resolución horizontal suficiente, aunque el sistema francés de 819 líneas tenía mejor definición que otros estándares de la época. Para obtener una imagen sin parpadeo, la televisión analógica utilizaba una variante del esquema de los proyectores de cine, en el que cada fotograma se mostraba dos o tres veces. Para ello, el obturador se cerraba y se volvía a abrir para aumentar la frecuencia de parpadeo, pero no la frecuencia de actualización de datos.

The use of raster scanning in television was proposed in 1880 by French engineer Maurice Leblanc.^[1] The concept of raster scanning was inherent in the original mechanical disc-scanning television patent of Paul Nipkow in 1884. The term raster was used for a halftone printing screen pattern as early as 1894.^[2] Similar terminology was used in German at least from 1897; Eder^[3] writes of "die Herstellung von Rasternegativen für Zwecke der Autotypie" (the production of raster negatives for halftones). Max Dieckmann and Gustav Glage were the first to produce actual raster images on a cathode-ray tube (CRT); they patented their techniques in Germany in 1906.^[4] It has not been determined whether they used the word raster in their patent or other writings.

An early use of the term raster with respect to image scanning via a rotating drum is Arthur Korn's 1907 book which says (in German):^[5] "...als Rasterbild auf Metall in solcher Weise aufgetragen, dass die hellen Töne metallisch rein sind, oder umgekehrt" (...as a raster image laid out on metal in such way that the bright tones are metallically pure, and vice versa). Korn was applying the terminology and techniques of halftone printing, where a "Rasterbild" was a halftone-screened printing plate. There were more scanning-relevant uses of Raster by German authors Eichhorn in 1926:^[6] "die Tönung der Bildelemente bei diesen Rasterbildern" and "Die Bildpunkte des Rasterbildes" ("the tone of the picture elements of this raster image" and "the picture points of the raster image"); and Schröter in 1932:^[7] "Rasterelementen," "Rasterzahl," and "Zellenraster" ("raster elements," "raster count," and "cell raster").

El primer uso de ráster específicamente para un patrón de escaneo de televisión a menudo se atribuye al barón Manfred von Ardenne, quien escribió en 1933: ^{[ 8 ]} "In einem Vortrag im Januar 1930 konnte durch Vorführungen nachgewiesen werden, daß die Braunsche Röhre hinsichtlich Punktschärfe und Punkthelligkeit zur Herstellung eines präzisen, lichtstarken Rasters laboratoriumsmäßig durchgebildet war" (En una conferencia en enero de 1930 se demostró mediante demostraciones que el tubo Braun fue un prototipo en el laboratorio con nitidez y brillo puntuales para la producción de una trama precisa y brillante). Raster se adoptó en la literatura televisiva inglesa al menos en 1936, en el título de un artículo en Electrician . ^{[ 9 ]} La teoría matemática del escaneo de imágenes fue desarrollada en detalle utilizando técnicas de transformada de Fourier en un artículo clásico de Mertz y Gray de Bell Labs en 1934. ^{[ 10 ]}

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