domingo, 7 de abril de 2013

Escáner como lupa digital. ¿Alternativa viable?

Resumen:

En algunas prácticas y procesos relativos al estudio y análisis de las fibras textiles se utiliza el microscopio como instrumento de observación y toma de datos visuales de los elementos a analizar. En este artículo queremos abordar el uso del escáner como un instrumento digital similar a una lupa. Este instrumento, sin llegar a la capacidad de los microscopios digitales puede resultar útil en el análisis de tejidos aunque quizás no tanto para las fibras. Revisaremos en primer lugar los conceptos de zoom analógico y digital, además del de resolución de entrada y de salida. Trataremos las posibilidades de uso de este instrumento ejemplificadas en dos muestras diferentes de tejidos y fibras textiles.

Abstract:

In some practical situations and process related with studying and analyzing textile fibers, microscope is used as observing tool and acquiring visual data from sample. Our aim in this paper is to approach using scanning images as a similar tool to a magnifying glass. This tool, although don't get the capacity of digital microscopes, it can be useful in textile analisys no so much with the fibers. First, we review concepts as analogic and digital zooming, furthermore input/output resolution. We deal with using this tool and its scope. We exemplify with some samples of textile.

Introducción

El microscopio es un instrumento de observación muy común en un buen laboratorio de productos textiles, aunque quizás no tanto en contextos escolares no especializados. Hoy día podemos encontrar en el mercado soluciones aceptables en cuanto a precio para este tipo de instrumentos. A pesar de esto, aún es bastante más fácil y accesible encontrar escáneres de mesa en cualquier tipo de contexto. ¿Es posible utilizarlos para realizar  funciones similares al microscopio? La respuesta es parcialmente negativa. Los escáneres de sobremesa no especializados llegan a un nivel de aumentos muy inferior al de los microscopios digitales más simples quedándose lejos de llegar a las necesidades de análisis de una fibra textil.
Sin embargo, para el análisis de la fábrica y disposición de los hilos de una tela, como un buen sustituto del cuentahilos o la lupa podemos disponer de un escáner de sobremesa. Mejora y simplifica ostensiblemente procesos similares con una cámara digital siempre que la muestra a considerar sea susceptible de ser aplanada. Este es el tema principal de esta comunicación.
Antes de abordar el uso del escáner como una lupa digital vamos a revisar los conceptos básicos a considerar.

Definiciones previas


Las definiciones que vamos a dar no pretender establecerse de manera formal, sino ser de utilidad en el contexto que nos encontramos.

Zoom: Llamamos zoom de la imagen de un objeto al cociente entre la representación de dicho objeto y sus dimensiones reales, es decir:

A partir de esa definición genérica, es fácil comprender que un zoom inferior a 1 supone una reducción y un zoom mayor que 1 una ampliación. Por supuesto, el zoom igual a 1 es lo que se suele llamar “tamaño real” o también “escala 1:1”. Es inmediato darse cuenta de la relación de identidad entre los conceptos de escala y zoom tal y como los definimos aquí.
Resolución de una imagen: Llamamos resolución de una imagen digital al número de puntos (píxeles) por unidad de longitud. Para nuestros intereses en este artículo vamos a considerar que los puntos de una imagen son cuadrados, por lo que las resolución en vertical y horizontal coinciden. La resolución suele medirse en puntos por pulgada (ppp), si las especificaciones técnicas están en inglés se usa como abreviatura (dpi), que significa dots per inch, es decir, puntos por pulgada. En ocasiones puede sernos útil usar los puntos por centímetro cuya abreviatura suele ser (ppcm) o a veces leemos (ppc). Algunas herramientas de software usan px/pulg para ppp o px/cm para ppc.
Resolución de entrada: Aquella resolución que se adopta a la hora de capturar la imagen mediante un dispositivo digital. Esto es, en el escáner, el número de ppp que vamos a capturar. Los escáneres de sobremesa no especializados ofrecen, como mucho, una resolución entre 3600 ppp y 4800 ppp. La mayoría de los fabricantes señalan resoluciones superiores pero éstas no son ópticas, son obtenidas por algoritmos de interpolación y no añaden calidad a las imágenes obtenidas. Estas resoluciones interpoladas no son útiles para los efectos de este artículo.
Resolución de salida: Aquella resolución que se adopta a la hora de mostrar la imagen mediante un dispositivo digital. Esta resolución es posible variarla en pantalla o en impresora mediante herramientas básicas de ampliación y reducción. Las resoluciones estándares de una pantalla de ordenador van de los 72 a los 96 ppp. Esto quiere decir que en una pulgada, por mucho que disminuyamos la imagen no cabrán más de esos puntos.
Es conveniente reflexionar sobre este hecho debidamente. Los programas de presentación y/o tratamiento de imágenes nos permiten presentar una imagen “a mayor resolución lógica” pero no física, puesto que la pantalla solo tiene ese número de puntos por pulgada.
Zoom analógico: Para nuestros intereses en este artículo, llamamos zoom analógico a un proceso de reducción o ampliación de un objeto en donde no se tienen en consideración los procedimientos de construcción de las imágenes mediante una matriz de puntos. Así, cuando miramos por un microscopio óptico, la imagen percibida por el ocular y la imagen percibida natural son ambas imágenes cuya definición solo depende del ojo del observador.
Zoom digital: Llamaremos zoom digital a la selección de un número de píxeles dentro de una imagen, manteniendo el mismo tamaño de salida. El zoom digital altera la resolución de la imagen. Desaconsejamos el uso del zoom digital para producir una falsa sensación de aumento a costa de la definición o resolución de la imagen. Esto procedimiento, como decíamos arriba, también se llama en ocasiones interpolación digital o ampliación mediante remuestreo.
Pixelado de la imagen: Se dice que una imagen está pixelada cuando a simple vista se pueden reconocer los puntos de la imagen. Una pantalla de ordenador muestra imágenes pixeladas cuando la resolución está por debajo de los 80 ppp (aunque esto, obviamente, también depende del observador y de la calidad de la pantalla).

El uso del escáner de mesa en nuestro contexto

La idea que da pie a esta comunicación es el hecho de que una gran mayoría de los escáneres de mesa soportan resoluciones de entrada muy superiores a las de salida de cualquier pantalla digital. Hay que asegurarse de que dicha resolución sea óptica y no digital y que supere los 800 ppp (normalmente la máxima suele estar entre 2600 y 4800 ppp). De esta forma podemos conseguir una imagen de unos 10 aumentos en pantalla, ya que como hemos dicho la mayoría de las pantallas nos dan una resolución de unos 80 ppp. No podemos llegar, desde luego, a las ampliaciones de un microscopio, aunque puede ser suficiente para conseguir imágenes útiles para nosotros.
Una pequeña tabla nos servirá de inspiración: 
¿Cómo actuar? Dependerá, obviamente del escáner. Para este artículo se han usado dos escáneres: HP Scanjet djf2200, cuya resolución óptica máxima es 4800 ppp y una impresora multifunción Brother MFC-J6510DW cuya resolución óptica máxima es 2600 ppp.
Dado que la resolución se mide en puntos por pulgada, para facilitar la comprensión de los cálculos supongamos que escaneamos un cuadrado de 1 pulgada (2,54 cm) de lado en un escáner del primer tipo. Tendremos entonces 4800x4800=23040000 puntos, lo que nos dará en términos de peso digital, considerando una imagen en color RGB de 8 bits por canal, alrededor de 66 MB. Es, por tanto, una imagen bastante pesada de la que podemos extraer bastante información.

El proceso de escaneado

Recomendamos el proceso siguiente:
  1. Limpieza de la superficie de cristal de escáner. (Muy importante)
  2. Colocación de la muestra bien estirada.
  3. Selección manual de la resolución óptica máxima del escáner. Normalmente se hará desde el propio software del escáner. Podemos usar también este software para la selección de una parte de la muestra, la que sea de nuestro interés. Previsualización del escaneado. Ajuste (si fuera posible, algunos escáneres lo incorporan) de la retroiluminación de la muestra.
  4. Escaneado (puede durar unos minutos a alta resolución). Es muy importante la buena estabilidad del escáner para evitar vibraciones. Hemos obtenidos malos resultados que simplemente se han resuelto al asegurar la falta de vibraciones en la mesa de escaneo.
  5. Apertura de la imagen escaneada en un programa de tratamiento de imágenes digitales.
  6. Pre-tratamiento de la imagen (Rotación si se desea, recorte, balance de histograma de imagen). Es importante escoger un valor conocido de píxeles de la imagen final en el momento del recorte, hay que evitar el remuestreo de la imagen (supondría una alteración al alza o a la baja del tamaño en píxeles de la imagen).
Figura 1: Una pulgada de Tafetán

La figura 1 muestra el resultado de escanear un cuadrado de 1 pulgada de lado de un tafetán. Ha sido convenientemente girada en un programa de tratamiento de imágenes de mapa de bits. Se presenta aquí una versión para pantalla admisible en formato web.


Figura 2: Fragmento ampliado de la figura 1
Figura 2: Fragmento ampliado de la figura 1
Si queremos introducir un marcador de escala podemos hacerlo con el propio tratamiento de imágenes. En este caso hemos usado Photoshop Extended CS6 y la herramienta de marcador de escala. Hemos creado una escala gráfica que asocia 1890 píxeles a 1 cm (conversión de la resolución 4800 ppp a ppcm) y aplicado el marcador de escala. En la versión CS3 de Photoshop se encontraba en el menú Análisis y en la CS6 se encuentra dentro de Imagen, Análisis.
La imagen de 4800 ppp puede ampliarse mucho más manteniendo su funcionalidad como puede observarse en la figura 2. 
Distintas herramientas de tratamiento de imágenes de mapa de bits nos permiten hacer conteos, mediciones, etc., conservando la escala definida por nosotros y no la escala de impresión (escala de salida).

Figura 3: Una muestra de Espiguilla
Figura 3: Una muestra de Espiguilla
La figura 3 muestra una pulgada de espiguilla. La imagen ha sido obtenida con una resolución de entrada de 2400 ppp, una versión ampliada de un fragmento de esta imagen puede verse en la figura 4.
Figura 4: Fragmento ampliado de la figura 3
Figura 4: Fragmento ampliado de la figura 3
Creo que las imágenes validan por sí solas el uso del escáner en el contexto en el que nos encontramos.
Alejandro Sancho
Escuela de Arte de Granada
Agradezco la colaboración en esta comunicación a los profesores Ángel Sanz (EA Granada) y José Ignacio Pérez (EASD Orihuela)






No hay comentarios :

Publicar un comentario