Capítulo III. Procesamiento de imágenes
En el procesamiento digital de imágenes se distinguen dos niveles principales de manera general:
· Procesamiento de imágenes a bajo nivel
Muy poco uso de conocimiento respecto al contenido de las imágenes.
Comúnmente se reconoce una secuencia de cuatro para el procesamiento a bajo nivel: adquisición de la imagen, pre-procesamiento, segmentación de la imagen, descripción y clasificación de objetos.
· Entendimiento de imágenes a alto nivel
Existe la capacidad de realizar toma de decisiones respecto al contenido de las imágenes.
El el procesamiento de imágenes está dado por un conjunto de operaciones llevadas a cabo sobre las imágenes a fin de realizar mediciones cuantitativas para poder describirlas; es decir, extraer ciertas características que permitan mejorar, perfeccionar o detallar la imagen.
Las herramientas para la adquisición de imágenes transforman la imagen visual de un objeto físico y sus características intrínsecas en un conjunto de datos digitalizados, usados para procesarla.
En el procesamiento digital de imágenes, existen diversas aplicaciones y problemas:
- Representación
- Transformación
- Modelado
- Restauración
- Reconstrucción
- Análisis
- Compresión de datos
3.2 Filtros para la eliminación de ruido en las imágenes
Se define como ruido cualquier entidad en las imágenes, datos o resultados intermedios que no son interesantes para la computación que se pretende llevar a cabo.
Capítulo III. Animación por Computadora
La animación es la simulación de un movimiento, creada por la muestra de una serie de imágenes o cuadros. Un ejemplo sencillo de esto son las caricaturas, que pertenecen a la animación tradicional. Con el paso de los años, la animación de imágenes he evolucionado de forma considerable. Hace algunos años se debía dibujar cada cuadro y se unían para formar una imagen animada. Ahora, el uso de la computadora permite crear escenas mucho más reales.
3.1 Características de la Animación 3D
Una característica importante de la animación por computadora es que nos permite crear escenas “realmente” tridimensionales. Esto quiere decir que, a diferencia de la animación dibujada a mano, en una escena animada por computadora es posible cambiar el ángulo de la cámara y con esto, ver otra parte de la escena. John Lasseter de Pixar fue una de las primeras personas en crear animación por computadora y el tiene un trabajo muy reconocido presentado en SIGGRAPH 84 llamado “Las Aventuras de Andre y Wally B”.
Otra ventaja de la animación por computadora es que se pueden reutilizar partes de la animación por separado. Incluso, una animación puede verse muy diferente simplemente cambiando el ángulo de la cámara o cambiando el tiempo del movimiento o de partes de la animación. Por ejemplo, si tenemos un conjunto de elementos iguales que se mueven en forma similar (como en el caso de esta tesis un grupo de animales), podemos hacer que cada uno de ellos tenga ligeros movimientos independientes además del movimiento que hace el grupo. De esta manera la animación se verá mucho más dinámica.
3.2 Animación en el Cine
Sin duda la industria del cine es una de las que más estudios sobre animación por computadora ha hecho, tanto en efectos visuales como en películas totalmente animadas por computadora.
Los estudios de Animación Pixar crearon en conjunto con los estudios Disney la primera película animada completamente por computadora: Toy Story. Esta además ganó el premio de la Academia en 1995. Otras películas producidas por pixar son Bichos (“A Bugs Life”, 1998), Toy Story 2 (1999) y Monsters Inc. (2001).
Monsters Inc. [12] Copyright © Pixar Animation Studios Otros estudios famosos que también producen películas con animación por computadora son Dream Works SKG. Estos estudios fueron creados en 1994 por Steven Spielberg, Jeffrey Katzenberg y David Geffen. Algunas películas conocidas de estos estudios son: Pollitos en Fuga (Chicken Run), Pequeños Soldados (Small Soldiers), Hormiguitaz (Antz) y Shrek ganadora del premio de la Academia en el año 2001 por mejor película animada y ganándole a la producción de Pixar, Monsters Inc.
3.3 Técnicas de animación
Algunas técnicas que se utilizan en la animación tradicional son la animación en acetatos (cel animation), la animación basada en cuadros (flipbook animation) y la animación en sprite.
3.3.1 Animación Basada en Cuadros
La animación basada en cuadros es una de las más utilizadas. Una película contiene 24 cuadros por segundo generalmente, las caricaturas tienen solamente 12. Para hacer una secuencia, se van filmando las imágenes cuadro por cuadro y luego estos se unen para formar la animación. Es posible formar bibliotecas de movimientos de cada parte del cuerpo de la animación para de esta forma combinarlas y hacer animaciones diferentes.
3.3.2 Animación Basada en Sprites
Sobre la animación en Sprites, esta se refiere a animaciones de objetos sobre fondos estáticos, es decir, lo que cambia son los personajes. Esta técnica es aplicada en los video juegos. Con el paso del tiempo, se han creado nuevas técnicas como key framing, rotoscopiado, motion control [17] y wavelets [18].
3.3.3 Key Framming
El key framing se refiere a establecer posiciones en puntos específicos de tiempo en una animación y la parte intermedia la obtiene la computadora por medio de interpolación matemática. Es necesario hacer un key frame para cada control en cada nivel de la jerarquía del modelo.
3.3.4 Rotoscopiado
El Rotoscopiado consiste en una forma más elaborada de key framing. En este caso se obtienen la posición y el ángulo de los puntos clave de imágenes reales y se trata de hacer converger los modelos en computadora con ellos.
3.3.5 Motion Control
La técnica de Motion control es muy utilizada actualmente, sobre todo en sets virtuales y en el cine. Consiste en obtener posiciones clave de manera automática a partir de un actor real por medio de dispositivos que se conectan a su cuerpo. El primer modelo importante utilizando esta técnica fue Sexy Robot en 1985 creado por Robert Abel & Associates. En México, un modelo muy conocido de esta técnica es el Ponchito Virtual, utilizado por Andrés Bustamante en el programa de TV Azteca Los Protagonistas. El Ponchito Virtual fue construido por la empresa mexicana ARTEC.
3.3.6 Wavelets
Wavelets significa “pequeñas ondulaciones”. Esta técnica permite que en una sola imagen se compriman una gran cantidad de datos para que al acercarse a ella, se vayan viendo los detalles.
Por ejemplo, con esta técnica es posible que al irse acercando a una planta, se vayan viendo las ramas, las hojas y todos los detalles necesarios. Esto no es posible lograrlo con una imagen normal, ya que si nos acercamos a ella, solo se verá cada vez más distorsionada.
La técnica de los Wavelets es una teoría puramente matemática que ha sido aplicada en distintas áreas, por ejemplo, fue utilizada para buscar una manera de transmitir mensajes claros a través de los hilos telefónicos, encontrar una forma mejor de interpretar las señales sísmicas e incluso es utilizada por el FBI para codificar su base de datos de 30 millones de huellas digitales. La técnica de los Wavelets fue utilizada en la realización de la película Bichos (Bugs) de Pixar.
3.3.7 Técnicas de Pixar
El proceso que utiliza Pixar para crear sus animaciones se compone de cuatro etapas principales: Desarrollo (crear el guión de la historia), preproducción (se direccionan los retos técnicos), producción (creación de la película) y post producción (pulir los últimos detalles). El proceso es largo y si lo vemos mas a detalle, es el siguiente: El primer paso de la producción es la presentación de una idea por parte de los empleados a su equipo. Se escribe un texto llamado Text Treatment que es un pequeño documento que resume la idea principal de la historia.
¿Qué es la visión por computadora y por qué deberíamos estar interesados en estudiarla?Hay varias razones por las que debemos estar interesados en la visión computacional o visión artificial, pero los dos siguientes aspectos nos permitirán observar las distintas direcciones en las cuales se puede ver el tema:
· Todas las formas de vida inteligente poseen la capacidad de obrar recíprocamente y de manipular su ambiente de una manera coherente y estable. Esta interacción es facilitada por la continua intervención inteligente entre la percepción y el control del movimiento (es decir acción); la percepción visual es de fundamental importancia para la vida inteligente.
· Más fabricantes están preocupados por la integridad cosmética de sus productos; los clientes comparan absolutamente a menudo la calidad del aspecto con calidad funcional. Así pues, para asegurar la acertada comercialización a largo plazo de un artículo, es altamente deseable comparar su aspecto visual antes de ser empaquetado y enviado. Asimismo, es deseable que el proceso de la inspección esté automatizado y efectuado sin la intervención humana
La experiencia en el mundo en que vivimos esta cubierta por una variedad sin fin de objetos, animados e inanimados. Así pues, si la visión es un medio para un fin – conocer el mundo observándolo – la visión artificial es exactamente lo mismo salvo que el medio por el cual se adquiere el conocimiento ahora es un instrumento de cómputo más bien que el cerebro de alguna ser vivo. Sin duda, esto es una definición muy amplia. Pero el tema de la visión artificial es extenso: los asuntos tales como la restauración de imágenes, mejoramiento de imagen, inspección visual automatizada, visión robótica, escenas tridimensionales, y percepción y cognición visual todas forman parte del término “Visión Artificial”.
Como hemos visto, a la visión artificial le compete estudiar la estructura física tridimensional del mundo para el análisis automático de imágenes. Sin embargo, es necesaria la calidad en el uso de imágenes. Primero, analicemos una simple imagen es de dos- dimensiones y, por lo tanto, perdemos inevitable la información en el proceso de la proyección, es decir en pasar de un mundo tridimensional a una imagen de dos dimensiones.
La visión artificial incluye muchas técnicas que son útiles para si misma, Ej., el procesamiento de imágenes (que se refiere a la transformación, codificación, y transmisión de las imágenes) y los patrones, de las cuales los patrones visuales son pero solo una instancia). Más significativamente, sin embargo, la visión artificial incluye técnicas para la descripción útil de la forma y del volumen, para modelos geométricos, y para el llamado proceso cognoscitivo. Así, aunque la visión artificial se refiere ciertamente al procesamiento de imágenes, estas imágenes son solamente la materia prima de una ciencia mucho más amplia, la misma que se esfuerza en última instancia para emular las capacidades perceptivas del hombre y, quizás, para verter una luz sobre la manera por la cual él logra su interacción adaptativa y robusta con su ambiente.
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