Proceso de Filtrado
Es el conjunto de técnicas englobadas
dentro del preprocesamiento de imágenes cuyo objetivo fundamental es obtener, a
partir de una imagen origen, otra final cuyo resultado sea más adecuado para
una aplicación específica mejorando ciertas características de la misma que
posibilite efectuar operaciones del procesado sobre ella.
Los principales objetivos que se
persiguen con la aplicación de filtros son:
·
Suavizar la imagen: reducir la cantidad de variaciones de intensidad
entre píxeles vecinos.
·
Eliminar ruido: eliminar aquellos píxeles cuyo nivel de intensidad es
muy diferente al de sus vecinos y cuyo origen puede estar tanto en el proceso
de adquisición de la imagen como en el de transmisión.
·
Realzar bordes: destacar los bordes que se localizan en una imagen.
·
Detectar bordes: detectar los píxeles donde se produce un cambio brusco
en la función intensidad.
Por tanto, se consideran los filtros
como operaciones que se aplican a los píxeles de una imagen digital para
optimizarla, enfatizar cierta información o conseguir un efecto especial en
ella.
El proceso de filtrado puede llevarse a
cabo sobre los dominios de frecuencia y/o espacio.
Filtrado en el dominio de la frecuencia
Los filtros de frecuencia procesan una
imagen trabajando sobre el dominio de la frecuencia en la Transformada de
Fourier de la imagen. Para ello, ésta se modifica siguiendo el
Teorema de la Convolución correspondiente:
1. se aplica la
Transformada de Fourier,
2. se multiplica
posteriormente por la función del filtro que ha sido escogido,
3. para concluir
re-transformándola al dominio espacial empleando la Transformada Inversa de
Fourier.
Teorema de la Convolución (frecuencia): 
F(u,v): transformada de
Fourier de la imagen original.
H(u,v): filtro atenuador de
frecuencias.
Como la multiplicación en el espacio de
Fourier es idéntica a la convolución en el dominio espacial, todos los filtros
podrían, en teoría, ser implementados como un filtro espacial. 
Tipos
Existen básicamente tres tipos
distintos de filtros que pueden aplicarse:
·
Filtro paso bajo: atenúa las frecuencias altas y
mantiene sin variaciones las bajas. El resultado en el dominio espacial es
equivalente al de un filtro de suavizado, donde las altas frecuencias que son
filtradas se corresponden con los cambios fuertes de intensidad. Consigue
reducir el ruido suavizando las transiciones existentes.
·
Filtro paso alto: atenúa las frecuencias bajas
manteniendo invariables las frecuencias altas. Puesto que las altas frecuencias
corresponden en las imágenes a cambios bruscos de densidad, este tipo de
filtros es usado, porque entre otras ventajas, ofrece mejoras en la detección
de bordes en el dominio espacial, ya que estos contienen gran cantidad de
dichas frecuencias. Refuerza los contrastes que se encuentran en la imagen.
·
Filtro paso banda: atenúa
frecuencias muy altas o muy bajas manteniendo una banda de rango medio.
Ventajas
·
Método simple y sencillo de implementar.
·
Fácil asociación del concepto de frecuencia con ciertas características
de la imagen; cambios de tonalidad suaves implican frecuencias bajas y cambios
bruscos frecuencias altas.
·
Proporciona flexibilidad en el diseño de soluciones de filtrado.
·
Rapidez en el filtrado al utilizar el Teorema de la Convolución.
Desventajas
Se necesitan conocimientos en varios campos para desarrollar una
aplicación para el procesamiento de imágenes.
·
El ruido no puede ser eliminado completamente.
Filtrado en el dominio del espacio
Las operaciones de filtrado se llevan a
cabo directamente sobre los píxeles de la imagen. En este proceso se relaciona,
para todos y cada uno de los puntos de la imagen, un conjunto de píxeles
próximos al píxel objetivo con la finalidad de obtener una información útil,
dependiente del tipo de filtro aplicado, que permita actuar sobre el píxel
concreto en que se está llevando a cabo el proceso de filtrado para, de este
modo, obtener mejoras sobre la imagen y/o datos que podrían ser utilizados en
futuras acciones o procesos de trabajo sobre ella.
Los filtros en el dominio del espacio
pueden clasificarse en:
·
Filtros lineales (filtros basados en kernels
o máscaras de convolución).
·
Filtros no lineales.
El concepto de kernel se
entiende como una matriz de coeficientes donde el entorno del punto (x,y) que
se considera en la imagen para obtener g(x,y) está determinado
por el tamaño y forma del kernel seleccionado. Aunque la forma y tamaño de esta
matriz es variable y queda a elección de cada usuario, es común el uso de
kernels cuadrados nxn. Dependiendo de la implementación, en los
límites de la imagen se aplica un tratamiento especial (se asume un marco
exterior de ceros o se repiten los valores del borde) o no se aplica ninguno.
Es por ello, que el tipo de filtrado queda establecido por el contenido de dicho
kernel utilizado.
Para realizar un filtrado en el dominio
del espacio se realiza una convolución (barrido) del kernel sobre la imagen.
Para ello se sigue el Teorema de Convolución en el espacio: g(x,y) =
h(x,y) * f(x,y)
1. Cada píxel de la
nueva imagen se obtiene mediante el sumatorio de la multiplicación del kernel
por los píxeles contiguos:
g(x,y) = ∑∑ f(i,j) w(i,j)
2. Generalmente se
divide sobre cierto valor constante para normalizar que suele obtenerse de la
suma de los valores del kernel empleado.
Tipos
·
Filtro paso bajo (suavizamiento): utilizados para
eliminar ruido o detalles pequeños de poco interés puesto que sólo afecta a
zonas con muchos cambios. La frecuencia de corte se determina por el tamaño del
kernel y sus coeficientes. Se emplean diversos kernels:
·
Promedio: promedio de píxeles vecinos
(kernel de unos).
·
Paso bajo en frecuencia.
·
Media: reemplaza cada píxel por el valor
medio de sus contiguos.
·
Mediana: sustituye por el valor de la
mediana de los píxeles vecinos (normalmente se comporta mejor que el de
promedio).
·
Gaussiano: aproximación a la distribución
gaussiana.
Filtrado promedio
·
Filtro paso alto (atenuamiento): intensifica los
detalles, bordes y cambios de alta frecuencia, mientras que atenúa las zonas de
tonalidad uniforme. Esto permite una mejor identificación posterior de los
objetos que se encuentren en la imagen, puesto que el brillo se hace mayor en
las zonas con frecuencias más altas, al mismo tiempo que se oscurecen las zonas
de frecuencias bajas. Es común la aparición de ruido tras el proceso.
·
Realce de bordes por desplazamiento y diferencia: sustrae de la
imagen original una copia desplazada de la misma. Así, es posible localizar y
hacer resaltar los bordes existentes y que se quieran obtener según el modelo
de kernel aplicado:
·
Horizontal.
·
Vertical.
·
Horizontal/Vertical (diagonal).
·
Realce de bordes mediante Laplace: este tipo de
filtros realza los bordes en todas direcciones (los resultados que se obtienen
pueden considerarse como una “suma” de los obtenidos tras aplicar todos los
modelos del tipo anterior). En esta ocasión se trabaja con la segunda derivada,
que permite obtener unos mejores resultados, a pesar del aumento del ruido que
se produce en la imagen.
·
Resalte de bordes con gradiente direccional: empleado para
destacar y resaltar con mayor precisión los bordes que se localizan en una
dirección determinada. Trabaja con los cambios de intensidad existentes entre
píxeles contiguos.
·
Detección de bordes y filtros de contorno (Prewitt
y Sobel): al igual que los anteriores, se centra en las diferencias de
intensidad que se dan pixel a pixel. Son utilizados para obtener los contornos
de objetos y de este modo clasificar las formas existentes dentro de una
imagen. Este tipo de filtros requieren un menor coste computacional.
Filtro bordes original laplace sobel
FILTROS
Los filtros dejan pasar la radiación correspondiente al color con que vemos el filtro. Un filtro verde deja pasar el verde (radiación amarilla y verde) y uno rojo absorbe todos menos el rojo y el naranja.
A nivel subatómico los filtros, al igual que los pigmentos, absorben el mismo tipo de energía que luego emiten (aborben en la misma frecuencia que luego emiten). Al absorber energía los electrones promocionan a niveles superiores de mayor energía y al volver de nuevo a sus niveles emiten la misma energía que habían absorbido.
La teoría que explica el comportamineto de los filtros es la de la mezcla sustractiva.
Colocando varios filtros combinados podemos lograr que se absorban todas las radiaciones:
Utiliza el applet para lograr los filtros que te conduzcan a la transmisión cero
Si ponemos dos filtros: amarillo + cían, ¿qué color se transmite? ¿Verde?
¿Qué transmiten los filtros amarillo + rojo?
Recuerda: ¡Cada filtro sólo transmite los colores de su espectro!
Filtros de color
Finalizaremos los contenidos de este módulo con las opciones que tiene GIMP para trabajar directamente el color mediante Filtros. Ya hemos usado las herramientas de Niveles, Curvas, Saturación, etc. viendo las grandes posibilidades de GIMP para modificación del color.
Consigue la imagen que ves a continuación:
Al acceder al menú Colores habrás comprobado que hay más opciones para trabajar con el color.
- Algunas opciones simplemente sirven para realizar ciertos análisis de la imagen de color, como las que encuentras en el menú Colores --> Info.
- Histograma para acceder al histograma de la imagen.
- Análisis del cubo de color donde se nos muestran los histogramas de cada uno de los canales de color de la imagen de forma superpuesta.
- Promedio del borde para obtener como color de primer plano en la Caja de herramientas el color más usado en un borde de una imagen o selección.
- Suavizar paleta, hace una búsqueda de los colores que tiene una imagen y los muestra en una imagen nueva con el tamaño elegido por nosotros. Prueba estas cuatro opciones con la imagen propuesta.
- En el menú Colores --> Componentes encuentras otras opciones que hemos utilizado al trabajar losCanales.
- Descomponer, que permite obtener como imágenes independientes cada uno de los canales de una imagen RGB.
- Componer, utilizado para formar una imagen RGB a partir de otras tres que forman los canales de esa imagen.
- Mezclador de canales que permite modificar la cantidad de grises de cada uno de los diferentes canales.
Mapa
De este bloque de opciones del menú Colores la más importante es Mapa, en la que nos encontramos filtros que van desde Ajustar frente a fondo hasta un interesantísimo Rotación del mapa de color. A continuación presentamos los distintos efectos obtenidos sobre la imagen "color_08.jpg" utlizando esta opción del menú.
Colorear desde Muestra
Partiendo de los argumentos que se observan en la imagen siguiente y utilizando como degradado Blue Green.
Intercambio de color
Sustituye un color seleccionado de la imagen origen (63717e) por otro elegido por nosotros.
En este caso el color azul por el magenta.
Mapa alienígena
Cambia el mapa de colores de la imagen original por otros que podemos modificar a nuestro antojo.
Mapa de degradado
En este caso utilizando un gradiente frente a fondo, fondo blanco y frente de color rojo.
Mapa de paleta
Reduce los colores de la imagen a los de una paleta de colores seleccionada previamente. En esta ocasión la paleta seleccionada es Firecode (256).
Para seleccionar la paleta debes acceder al menú Ventanas --> Diálogos empotrables --> Paletas y allí elegir la paleta que aplicarás a este filtro.
Rotación del mapa de color
Completísima opción para modificar el mapa de color atendiendo a su posición en el círculo cromático.
En este ejemplo cambiamos los colores verde-azulados (Desde) por una gama situada en los colores rojos (A).
Otros efectos
Describimos brevemente otros filtros a los que puedes acceder desde el menú Colores y que puedes aplicar sobre la imagen "color_08.jpg".
Caliente
Modifica los colores que pueden dar problemas al ser mostrados en una pantalla de televisión que use el sistema PAL o o el sistema NTSC. Puedes elegir que sistema mejorar.
Aplicado sobre la imagen obtenida en Mapa de paleta en NTSC y Ennegrecer.
Color a Alfa
Uno de los colores de la imagen se transforma a alfa, es decir, se hace transparente.
Los píxeles transparentes de esta imagen hacen que se vea el color de fondo de la página a través de ellos.
Colorear
Reduce la imagen a un color que puedes seleccionar de entre todos los de la paleta de la imagen.
Retinex.
Mejora la representación visual de la imagen cuando las condiciones de iluminación no son buenas. Si la imagen se acerca a lo correcto hay que tener cuidado al aplicarlo porque puede modificar demasiado la imagen.
RGB max
Para cada píxel de la imagen se mantiene la intensidad máxima o mínima, por lo tanto el resultado es una imagen que se reduce a tres colores rojo, verde y azul y, en ocasiones, el color gris cuando coinciden los máximos o mínimos de los tres canales.
Paquete de filtros
Hemos dejado para el final el filtro denominado Paquete de filtros. Al acceder al filtro obtenemos la siguiente ventana:
Haz clic en la opción Tono. Aparece un cuadro de diálogo denominado Variaciones de Tono con unas miniaturas que nos muestran la imagen actual en el centro y otras con el aspecto que tendría la imagen variando el tono, de acuerdo a los colores del círculo cromático. Al hacer clic en cualquier opción de tono, cambia la imagen central para adoptar el de la imagen sobre la que hemos hecho clic. Selecciona varias opciones para comprobar su funcionamiento.
En la ventana Simulación de paquete de filtros puedes modificar la opción Rugosidad hacia la derecha aumentando y hacia la izquierda disminuyendo, comprobarás que se incrementa la saturación de cada uno de los colores. Esta opción es válida para todos los cuadros que vamos a hacer aparecer con esta opción para el tratamiento del color.
En Simulación del paquete de filtros haz clic en la opción de Ventana Saturación, aparece entoncesVariaciones de saturación.
Coloca todos las ventanas de tal forma que sean visibles en la pantalla a la vez.
Haz clic en la opción de ventana Valor y coloca este último cuadro de forma visible.
Y por último, haz clic en Avanzado para que se muestre la última ventana.
Si haces clic en una de las miniaturas de imagen y en cualquiera de los cuadros de diálogos, observarás que todos sufren modificación. En cualquier momento puedes volver al estado inicial de la imagen, haciendo clic en el botón Reiniciar del cuadro de diálogo Simulación de paquete de filtros. Modifica la imagen a tu gusto y haz clic en Aceptar.
Esta opción de Simulación de paquete de filtros puede servirte para comenzar a trabajar en la modificación del color de la imagen, sin conocer nada sobre la modificación del color ni de las herramientas de GIMPespecíficas para ello. Lo hemos dejado para el final para que compruebes que, aunque es más fácil tratar el color de nuestras imágenes con este filtro, el control del proceso es mucho más preciso utilizando las herramientas descritas en los anteriores apartados.
Aplicando las siguientes opciones:
Obtienes:
Modo Color indexado (1 bit)
Convertir una imagen a modo Color indexado B/N (1 bit), consiste en reducir la imagen a dos colores dejando la mínima información, por lo que el archivo es muy pequeño pero la calidad de la imagen también es baja.
El proceso para convertir la imagen a Color indexado B/N (1 bit) es muy sencillo.
- Abre la imagen "color_01.jpg" en GIMP y accede al menú Imagen --> Modo --> Indexado..., marca las opciones que se muestran a continuación.
- Obtienes una imagen en blanco y negro. GIMP hace una estimación en escala de grises de los diferentes valores de color de la imagen y transforma en blanco los píxeles con un valor mayor de 128 y en negro los píxeles con un valor menor de 128.
- Prueba los diferentes difuminados que se muestran en la ventana Conversión de color indexado:Difuminado de color normal, de color sangrado o de color posicionado.
Difuminado de color normal (Floyd-Steinberg)
Difuminado de color sangrado (Floyd-Steinberg)
Difuminado de color posicionado
- Dependiendo de nuestras necesidades utilizaremos un método u otro. Aunque cuando queramos conseguir imágenes de estas características es más adecuado partir de imágenes en modo Escala de grises, que nos permite controlar mejor las zonas que van a terminar siendo negras o blancas.
- Vamos a probarlo partiendo de la imagen base, "color_01.jpg". Accede al menú Imagen --> Modo --> Escala de grises.
- Ahora realiza la conversión a mapa de bits, tal y como hemos visto en el primer paso.
- Para poder comprobar que este método es más vérsatil que el anterior vamos a realizar unos cambios en la imagen en Color indexado B/N (1 bit). Estando aún en el modo Escala de grises, accede al menúColores --> Brillo y contraste y aumenta el brillo de la imagen para después volver cambiar al modoMapa de bits. Al disminuir los grises con valor menor de 128 en la imagen, ahora en el modo Color indexado B/N (1 bit) dominan más las zonas blancas.
Modo Escala de grises
El proceso consiste en acceder al menú Imagen --> Modo --> Escala de grises. El programa transforma los distintos colores en los niveles de gris correspondientes, como si fuera una fotografía tradicional en blanco y negro (mejor sería decir en blanco, negro y grises).
Para mejorar la calidad de la imagen en escala de grises, puedes tratar la imagen con distintas herramientas de color antes de hacer el cambio de modo de color.
- Partiendo de la fotografía original accede al menú Colores --> Componentes --> Mezclador de canales. En el cuadro de diálogo que aparece vas a marcar la opción Monocromo. En la Vista previapuedes comprobar cómo quedará la imagen tras aplicar esta opción.
- Modifica los valores de los distintos canales hasta obtener la imagen que desees. Con los valores que figuran en la imagen, la fotografía queda correcta en el modo de color Escala de grises.
- Puedes observar que existen dos botones que sirven para Abrir y Guardar las configuraciones que consideremos correctas. En el caso de que tengamos una serie de fotos con las mismas características, si corregimos una de ellas con el Mezclador de canales", podemos guardar esos parámetros para aplicarlos posteriormente al resto de imágenes.
- La imagen obtenida aparece ya en Escala de grises tal y como observamos. Comprueba las diferencias utilizando diferentes métodos para transformar una imagen a Blanco y negro:
Imagen --> Modo --> Escala de grises
Colores --> Componentes --> Mezclador de canales
Modo Color indexado 256 colores
El modo Color indexado 256 colores reduce los colores de la imagen a un máximo de 256, pudiendo elegir la paleta de colores o dejar a GIMP que elija la paleta.
- Partiendo de la imagen original "color_01.jpg" accede al menú Imagen --> Modo --> Indexado... y elige las opciones Generar paleta óptima (puedes elegir el número de colores a utilizar hasta un máximo de 256) y Ninguno como Difuminado del color.
- El resultado a simple vista parace adecuado trabajando exclusivamente con 256 colores y no con millones de colores (que es el modo en el que está la imagen original). Pero si nos acercamos con elZoom (tecla +) hasta un 400% sobre la zona marcada en rojo en la siguiente imagen, veremos que hay diferencias.
- También puedes conseguir, exclusivamente con 256 colores, imágenes que se asemejan a las tradicionales fotografías viradas.
Partiendo de la imagen original "color_01.jpg" accede al menú Colores --> Colorear... que te permite transformar la imagen en otra de 256 colores, con un efecto parecido a la Escala de grises, pero con el color que elijas y determinados tono, saturación y brillo.
Prueba distintas opciones, por ejemplo:
Obtienes un virado en azul:
Obtienes un virado en sepia:
Obtienes un virado en rojo:
- Una vez elegida la opción deseada sigues teniendo la imagen en modo RGB. Pasa la imagen a modoIndexado con el menú Imagen --> Modo --> Indexado... seleccionando las mismas opciones que has utilizado antes.
