Semitono

El semitono es una técnica reprográfica que simula imágenes de tonos continuos mediante el uso de puntos que varían en tamaño o espaciado, generando así un efecto de degradado. ^[1] "Semitono" también se puede utilizar para referirse específicamente a la imagen que se produce mediante este proceso. ^[1]

Cuando las imágenes de tonos continuos contienen una gama infinita de colores o grises , el proceso de semitonos reduce las reproducciones visuales a una imagen que se imprime con un solo color de tinta, en puntos de diferente tamaño ( modulación de ancho de pulso ) o espaciado ( modulación de frecuencia ) o ambos. Esta reproducción se basa en una ilusión óptica básica : cuando los puntos de semitonos son pequeños, el ojo humano interpreta las áreas estampadas como si fueran tonos suaves. A nivel microscópico, la película fotográfica en blanco y negro revelada también consta de solo dos colores, y no de una gama infinita de tonos continuos. Para obtener más detalles, consulte grano de película .

Así como la fotografía en color evolucionó con la adición de filtros y capas de película, la impresión en color es posible al repetir el proceso de medios tonos para cada color sustractivo , más comúnmente usando lo que se llama el " modelo de color CMYK ". ^[2] La propiedad semiopaca de la tinta permite que los puntos de medios tonos de diferentes colores creen otro efecto óptico: imágenes a todo color. ^[1] Dado que la ubicación de los puntos individuales no se puede determinar con exactitud, los puntos se superponen parcialmente, lo que da lugar a una combinación de mezcla de colores aditiva y sustractiva llamada mezcla de colores autotípica .

Si bien existían procesos de impresión mecánica anteriores que podían imitar el tono y los detalles sutiles de una fotografía, en particular el Woodburytype , el costo y la practicidad prohibían su uso en la impresión comercial masiva que utilizaba impresión en relieve.

Anteriormente, la mayoría de las imágenes de los periódicos eran xilografías o grabados en madera hechos a partir de bloques de madera tallados a mano que, si bien a menudo se copiaban de fotografías, parecían bocetos dibujados a mano. Los impresores comerciales querían una forma práctica de reproducir fotografías de manera realista en la página impresa, pero la mayoría de los procesos de impresión mecánica más comunes solo pueden imprimir áreas de tinta o dejar áreas en blanco en el papel y no una gama fotográfica de tonos; solo tinta negra (o de color), o nada. El proceso de medios tonos superó estas limitaciones y se convirtió en el elemento básico de la industria de los libros, periódicos y otras publicaciones periódicas. ^[3]

A William Fox Talbot se le atribuye la idea de la impresión en semitonos. En una patente de 1852, sugirió utilizar "pantallas o velos fotográficos" en relación con un proceso de huecograbado fotográfico. ^{[4] [5]}

Durante las décadas siguientes se propusieron varios tipos diferentes de tramas. Uno de los primeros intentos fue el de William Leggo con su leggotipo mientras trabajaba para el Canadian Illustrated News . La primera fotografía impresa en semitonos fue una imagen del príncipe Arturo publicada el 30 de octubre de 1869. ^[6] El New York Daily Graphic publicaría más tarde "la primera reproducción de una fotografía con una gama tonal completa en un periódico" el 4 de marzo de 1880 (titulada "Una escena en un barrio marginal") con una trama de semitonos rudimentaria. ^[7]

El primer método comercial verdaderamente exitoso fue patentado por Frederic Ives de Filadelfia en 1881. ^{[5] [7]} Aunque encontró una forma de dividir la imagen en puntos de distintos tamaños, no utilizó una pantalla. En 1882, el alemán Georg Meisenbach  [de] patentó un proceso de medios tonos en Alemania al que llamó autotipo  [de] . ^[8] Su invención se basó en las ideas previas de Berchtold y Swan. Utilizó pantallas de una sola línea que se giraban durante la exposición para producir efectos de líneas cruzadas. Fue el primero en lograr algún éxito comercial con medios tonos en relieve . ^[5]

Poco después, Ives, esta vez en colaboración con Louis y Max Levy, mejoró aún más el proceso con la invención y producción comercial de pantallas de líneas cruzadas de calidad. ^[5]

El proceso de semitono en relieve demostró ser un éxito casi inmediato. El uso de bloques de semitono en revistas populares se volvió habitual a principios de la década de 1890. ^[5]

El desarrollo de los métodos de impresión de medios tonos para litografía parece haber seguido un camino en gran medida independiente. En la década de 1860, A. Hoen & Co. se centró en métodos que permitieran a los artistas manipular los tonos de las piedras de impresión trabajadas a mano. ^[9] En la década de 1880, Hoen estaba trabajando en métodos de medios tonos que pudieran utilizarse junto con piedras trabajadas a mano o fotolitográficas. ^{[10] [11]}

Antes de que existieran las imágenes digitalizadas, se desarrollaron técnicas fotográficas especiales para descomponer las imágenes en escala de grises en puntos discretos. La primera de ellas fue el "tramado", en el que se suspendía una pantalla de tejido grueso delante de la placa de la cámara para exponerla, descomponiendo la luz entrante en un patrón de puntos mediante una combinación de efectos de interrupción y difracción . La placa fotográfica podía entonces revelarse utilizando técnicas de fotograbado para crear una placa de impresión.

Otras técnicas utilizaban una "pantalla" formada por barras paralelas (una regla de Ronchi ), que luego se combinaba con una segunda exposición con la misma pantalla orientada en otro ángulo. Otro método consistía en exponer a través de una placa de pantalla con líneas cruzadas grabadas en la superficie. Más tarde, se utilizaron pantallas de contacto fotográfico o, a veces, ninguna pantalla en absoluto, exponiendo directamente sobre una película litográfica ( de contraste extremadamente alto ) con un patrón de medios tonos preexpuesto.

La resolución de una trama de semitonos se mide en líneas por pulgada (lpp). Se trata del número de líneas de puntos que hay en una pulgada, medidas en paralelo al ángulo de la pantalla. La resolución de una pantalla, conocida como "raya de pantalla", se escribe con el sufijo lpp o con una almohadilla; por ejemplo, "150 lpp" o "150#".

Cuanto mayor sea la resolución de píxeles de un archivo de origen, mayor será el nivel de detalle que se puede reproducir. Sin embargo, dicho aumento también requiere un aumento correspondiente en la resolución de la pantalla o la salida sufrirá posterización . Por lo tanto, la resolución del archivo se adapta a la resolución de salida. Los puntos no se pueden ver fácilmente a simple vista, pero se pueden discernir a través de un microscopio o una lupa.

Cuando se combinan diferentes pantallas, pueden producirse varios efectos visuales que distraigan, como que los bordes se enfaticen demasiado y se produzca un patrón muaré . Este problema se puede reducir girando las pantallas entre sí. Este ángulo de la pantalla es otra medida común que se utiliza en la impresión y se mide en grados en el sentido de las agujas del reloj a partir de una línea que corre hacia la izquierda (las 9 en punto son cero grados). Estos ángulos están optimizados para evitar patrones y reducir la superposición, que puede hacer que los colores se vean más tenues. ^{[ cita requerida ]}

El semitono también se utiliza habitualmente para imprimir imágenes en color. La idea general es la misma: al variar la densidad de los cuatro colores de impresión secundarios, cian, magenta, amarillo y negro (abreviatura CMYK ), se puede reproducir cualquier tono en particular. ^[12]

En este caso, puede surgir un problema adicional. En el caso más sencillo, se podría crear un semitono utilizando las mismas técnicas que se utilizan para imprimir tonos de gris, pero en este caso los diferentes colores de impresión tienen que permanecer físicamente cerca unos de otros para engañar al ojo y hacerle creer que son un solo color. Para ello, la industria ha estandarizado un conjunto de ángulos conocidos, que dan como resultado que los puntos formen pequeños círculos o rosetas.

Aunque los puntos redondos son los más utilizados, existen muchos tipos de puntos, cada uno con sus propias características. Se pueden utilizar simultáneamente para evitar el efecto muaré. Por lo general, la forma preferida del punto también depende del método de impresión o de la placa de impresión.

• Puntos redondos: los más comunes, adecuados para imágenes claras, especialmente para tonos de piel. Se encuentran en un valor tonal del 70%.
• Puntos elípticos: apropiados para imágenes con muchos objetos. Los puntos elípticos se encuentran en los valores tonales 40% (extremos puntiagudos) y 60% (lado largo), por lo que existe el riesgo de que se forme un patrón.
• Puntos cuadrados: son ideales para imágenes detalladas, no se recomiendan para tonos de piel. Las esquinas se unen en un valor tonal del 50 %. La transición entre los puntos cuadrados a veces puede ser visible para el ojo humano. ^[13]

El semitono digital ha ido sustituyendo al semitono fotográfico desde la década de 1970, cuando se desarrollaron "generadores de puntos electrónicos" para las unidades de grabación de película vinculadas a los escáneres de tambor de color fabricados por empresas como Crosfield Electronics , Hell y Linotype-Paul .

En la década de 1980, la tecnología de medios tonos se hizo disponible en la nueva generación de filmadoras y grabadoras de papel que se habían desarrollado a partir de las anteriores "componedoras láser". A diferencia de los escáneres o las fotocomponedoras puras, las fotocomponedoras podían generar todos los elementos de una página, incluidos los tipos, las fotografías y otros objetos gráficos. Los primeros ejemplos fueron las ampliamente utilizadas Linotype Linotronic 300 y 100, introducidas en 1984, que también fueron las primeras en ofrecer RIP PostScript en 1985. ^[14]

Las primeras impresoras láser de finales de los años 70 en adelante también podían generar medios tonos, pero su resolución original de 300 ppp limitaba la resolución de la pantalla a unos 65 lpp. Esto mejoró con la introducción de resoluciones más altas de 600 ppp y más, y técnicas de tramado .

Todos los medios tonos utilizan una dicotomía de alta frecuencia/baja frecuencia. En los medios tonos fotográficos, el atributo de baja frecuencia es un área local de la imagen de salida designada como celda de medios tonos. Cada celda de igual tamaño se relaciona con un área correspondiente (tamaño y ubicación) de la imagen de entrada de tono continuo. Dentro de cada celda, el atributo de alta frecuencia es un punto de medios tonos de tamaño variable centrado compuesto de tinta o tóner. La relación entre el área entintada y el área no entintada de la celda de salida corresponde a la luminancia o nivel de gris de la celda de entrada. Desde una distancia adecuada, el ojo humano promedia tanto el nivel de gris aparente de alta frecuencia aproximado por la relación dentro de la celda como los cambios aparentes de baja frecuencia en el nivel de gris entre celdas adyacentes igualmente espaciadas y puntos centrados.

El semitono digital utiliza una imagen rasterizada o un mapa de bits dentro del cual cada elemento o píxel de la imagen monocromática puede estar activado o desactivado, con tinta o sin ella. En consecuencia, para emular la celda de semitono fotográfica, la celda de semitono digital debe contener grupos de píxeles monocromáticos dentro de un área de celda del mismo tamaño. La ubicación y el tamaño fijos de estos píxeles monocromáticos comprometen la dicotomía de alta frecuencia/baja frecuencia del método de semitono fotográfico. Los puntos multipíxel agrupados no pueden "crecer" de forma incremental, sino en saltos de un píxel completo. Además, la ubicación de ese píxel está ligeramente descentrada. Para minimizar este compromiso, los píxeles monocromáticos de semitono digital deben ser bastante pequeños, con un número de entre 600 y 2.540, o más, píxeles por pulgada. Sin embargo, el procesamiento de imágenes digitales también ha permitido algoritmos de tramado más sofisticados para decidir qué píxeles se vuelven negros o blancos, algunos de los cuales dan mejores resultados que el semitono digital. También se ha propuesto recientemente el semitono digital basado en algunas herramientas de procesamiento de imágenes modernas, como la difusión no lineal y el volteo estocástico. ^[15]

El método más común para crear pantallas, la modulación de amplitud , produce una cuadrícula regular de puntos que varían de tamaño. El otro método para crear pantallas, la modulación de frecuencia , se utiliza en un proceso también conocido como cribado estocástico . Ambos métodos de modulación se denominan por analogía con el uso de los términos en telecomunicaciones. ^[16]

El semitono inverso o destramado es el proceso de reconstrucción de imágenes de tonos continuos de alta calidad a partir de la versión de semitonos. El semitono inverso es un problema mal planteado porque diferentes imágenes de origen pueden producir la misma imagen de semitonos. En consecuencia, una imagen de semitonos tiene múltiples reconstrucciones plausibles. Además, durante el semitono se descarta información como tonos y detalles y, por lo tanto, se pierde de forma irrecuperable. Debido a la variedad de diferentes patrones de semitonos, no siempre es obvio qué algoritmo utilizar para obtener la mejor calidad.

Hay muchas situaciones en las que se desea una reconstrucción. Para los artistas, editar imágenes de medios tonos es una tarea desafiante. Incluso las modificaciones simples como alterar el brillo generalmente funcionan cambiando los tonos de color. En las imágenes de medios tonos, esto requiere además la preservación del patrón regular. Lo mismo se aplica a herramientas más complejas como el retoque. Muchas otras técnicas de procesamiento de imágenes están diseñadas para operar en imágenes de tono continuo. Por ejemplo, los algoritmos de compresión de imágenes son más eficientes para esas imágenes. ^[17] Otra razón es el aspecto visual, ya que el semitono degrada la calidad de una imagen. Los cambios de tono repentinos de la imagen original se eliminan debido a las variaciones de tono limitadas en las imágenes de medios tonos. También puede introducir distorsiones y efectos visuales como patrones muaré . Especialmente cuando se imprime en periódico, el patrón de medios tonos se vuelve más visible debido a las propiedades del papel. Al escanear y reimprimir estas imágenes, se enfatizan los patrones muaré. Por lo tanto, reconstruirlas antes de reimprimirlas es importante para proporcionar una calidad razonable.

Los pasos principales del procedimiento son la eliminación de patrones de semitonos y la reconstrucción de cambios de tono. Al final, puede ser necesario recuperar detalles para mejorar la calidad de la imagen. Hay muchos algoritmos de semitonos que se pueden clasificar principalmente en las categorías de tramado ordenado , difusión de errores y métodos basados ​​en optimización. Es importante elegir una estrategia de destramado adecuada, ya que generan diferentes patrones y la mayoría de los algoritmos de semitonos inversos están diseñados para un tipo particular de patrón. El tiempo es otro criterio de selección porque muchos algoritmos son iterativos y, por lo tanto, bastante lentos.

La forma más sencilla de eliminar los patrones de semitonos es la aplicación de un filtro de paso bajo, ya sea en el dominio espacial o de frecuencia. Un ejemplo sencillo es un filtro gaussiano . Descarta la información de alta frecuencia que difumina la imagen y, al mismo tiempo, reduce el patrón de semitonos. Esto es similar al efecto de desenfoque de nuestros ojos cuando vemos una imagen de semitonos. En cualquier caso, es importante elegir un ancho de banda adecuado . Un ancho de banda demasiado limitado difumina los bordes, mientras que un ancho de banda alto produce una imagen ruidosa porque no elimina el patrón por completo. Debido a esta compensación, no es capaz de reconstruir información de borde razonable.

Se pueden lograr mejoras adicionales con la mejora de los bordes. La descomposición de la imagen de semitonos en su representación wavelet permite obtener información de diferentes bandas de frecuencia. ^[18] Los bordes suelen estar compuestos de energía de paso alto. Al utilizar la información de paso alto extraída, es posible tratar las áreas alrededor de los bordes de manera diferente para enfatizarlas mientras se mantiene la información de paso bajo entre las regiones suaves.

Otra posibilidad para el semitono inverso es el uso de algoritmos de aprendizaje automático basados ​​en redes neuronales artificiales ^[19] . Estos enfoques basados ​​en el aprendizaje pueden encontrar la técnica de destramado que se acerque lo más posible a la perfecta. La idea es utilizar diferentes estrategias dependiendo de la imagen de semitono real. Incluso para diferentes contenidos dentro de la misma imagen, la estrategia debe variar. Las redes neuronales convolucionales son adecuadas para tareas como la detección de objetos , que permite un destramado basado en categorías. Además, pueden realizar la detección de bordes para mejorar los detalles alrededor de las áreas de los bordes. Los resultados se pueden mejorar aún más mediante redes generativas adversarias ^[20] . Este tipo de red puede generar contenido artificialmente y recuperar detalles perdidos. Sin embargo, estos métodos están limitados por la calidad y la integridad de los datos de entrenamiento utilizados. Los patrones de semitono no vistos que no estaban representados en los datos de entrenamiento son bastante difíciles de eliminar. Además, el proceso de aprendizaje puede llevar algún tiempo. Por el contrario, el cálculo de la imagen de semitono inverso es rápido en comparación con otros métodos iterativos porque solo requiere un único paso computacional.

A diferencia de otros enfoques, el método de la tabla de búsqueda no implica ningún filtrado. ^[21] Funciona calculando una distribución del vecindario para cada píxel en la imagen de semitonos. La tabla de búsqueda proporciona un valor de tono continuo para un píxel dado y su distribución. La tabla de búsqueda correspondiente se obtiene antes de usar histogramas de imágenes de semitonos y sus originales correspondientes. Los histogramas proporcionan la distribución antes y después del semitono y permiten aproximar el valor de tono continuo para una distribución específica en la imagen de semitonos. Para este enfoque, la estrategia de semitonos debe conocerse de antemano para elegir una tabla de búsqueda adecuada. Además, la tabla debe volver a calcularse para cada nuevo patrón de semitonos. Generar la imagen destramada es rápido en comparación con los métodos iterativos porque requiere una búsqueda por píxel.

• Puntos de Ben Day
• Impresión matricial de puntos
• Ganancia de punto
• Duotono
• Difusión de errores
• Grabado mezzotinto
• Sensor de imagen binaria sobremuestreado
• Modulación por ancho de pulso
• Procesador de imágenes rasterizadas (RIP)
• Pantalla de tono
• Vacilar

• Laboratorio de sistemas de imágenes electrónicas de la Universidad de Purdue
• Laboratorio de procesamiento de señales integradas en UT Austin

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Halftone .

• Sitio web de Daniel Lau sobre semitonos
• "The Rasterbator": software que permite la creación de carteles de gran tamaño tipo semitono
• Caja de herramientas de semitonos de imágenes para MATLAB por V. Monga, N. Damera-Venkata y BL Evans
• Tramas de semitonos en el proyecto de demostraciones de Wolfram
• Creación de sombreado de medios tonos con Adobe Photoshop
• Un método sencillo para crear medios tonos personalizados en Adobe Photoshop
• Una guía visual sobre los medios tonos tradicionales y su creación
• Tutoriales de Photoshop sobre cómo crear y utilizar patrones de semitonos
• Complemento de Javascript para generar imágenes de semitonos