La digitalización del patrimonio cultural es una tarea de enorme importancia, que requiere el uso de tecnologías avanzadas para asegurar que los artefactos y documentos históricos sean capturados con la mayor precisión posible. Entre las diversas consideraciones técnicas y metodológicas que deben tenerse en cuenta, el análisis del ruido en la calidad de imagen ocupa un lugar destacado. El ruido, entendido como cualquier variación indeseada que afecta la pureza de una señal de imagen, puede degradar significativamente la fidelidad de la imagen digitalizada y, como tal, es un factor crítico a controlar y medir para garantizar la calidad en la digitalización del patrimonio cultural.
Importancia del Ruido en la Digitalización del Patrimonio Cultural
El ruido en las imágenes digitales puede tener diversas fuentes, incluyendo el sensor de la cámara, la electrónica, y el procesamiento de la imagen. En el contexto de la digitalización del patrimonio cultural, el ruido puede resultar en la pérdida de detalles finos y la introducción de artefactos que no están presentes en el objeto original. Esto es particularmente problemático cuando se digitalizan documentos históricos, obras de arte o libros antiguos, donde mantener la integridad visual es crucial.
Existen diferentes tipos de ruido que pueden afectar la calidad de una imagen digital, entre ellos el ruido aleatorio, el ruido de patrón fijo, y el ruido periódico. El ruido aleatorio se refiere a las fluctuaciones que varían de manera azarosa, mientras que el ruido de patrón fijo se manifiesta consistentemente bajo las mismas condiciones de disparo. El ruido periódico, por otra parte, presenta una regularidad que puede ser particularmente molesta visualmente.
Normas ISO y el Análisis del Ruido
ISO 19264-1
La norma ISO 19264-1:2017, «Photography — Archiving Systems — Part 1: Best Practices for Digital Image Capture of Cultural Heritage Material,» establece directrices y estándares para la captura de imágenes digitales del patrimonio cultural. Esta norma hace referencia al concepto de «ruido visual» tal como se describe en la norma ISO 15739, que establece métodos para la medición del ruido en sistemas de imagen fijas electrónicas.
En la versión de 2021 de la ISO 19264-1, se introduce el uso del Nivel del Ruido RMS (Root Mean Square), también referido en la ISO 15739:2017, para la medición del ruido. El RMS es una estadística que mide la magnitud de variaciones aleatorias en una señal de imagen y es equivalente a la desviación estándar. Esta métrica es crítica, ya que la desviación estándar de una señal de imagen uniforme puede proporcionar información sobre la granularidad, compresión de artefactos, y fenómenos de posterización además del ruido introducido por fenómenos fotónicos o eléctricos.
La ISO 19264-1:2017 también especifica que el ruido debe ser evaluado en función a la relación seña-lruido (SNR, por sus siglas en inglés), que compara el nivel de la señal deseada con el nivel del ruido de fondo. Este estándar establece diferentes niveles de calidad para el ruido visual basado en esta métrica, con las categorías Level A, Level B y Level C.
ISO 19263-1
La ISO 19263-1:2017, «Photography — Archiving Systems — Part 1: Best Practices for Digital Image Capture of Cultural Heritage Material,» también juega un papel importante al ofrecer una visión general de las mejores prácticas para la digitalización de materiales de patrimonio cultural. Al igual que la ISO 19264-1, aborda el ruido desde la perspectiva de su impacto en la calidad de la imagen digital. La importancia de seguir estas normas radica en mantener la consistencia y calidad en la captura de imágenes, lo que es fundamental para la preservación digital a largo plazo.
Técnicas de Medición y Mitigación del Ruido
Medición en el dominio de la frecuencia y espacio
El ruido puede ser analizado tanto en el dominio del espacio como en el dominio de la frecuencia. La análisis en el dominio del espacio se centra en las desviaciones de los valores de píxeles en áreas que deberían ser uniformes, utilizando métricas estadísticas como el Error Cuadrático Medio (MSE) y los histogramas de imagen. Sin embargo, el análisis en el dominio de la frecuencia, que emplea la Transformada de Fourier, ofrece una perspectiva particularmente robusta para identificar ruido periódico y evaluar su impacto visual. Este enfoque se basa en la relación entre la frecuencia espacial del ruido y la respuesta del sistema de visión humano a diferentes frecuencias de contraste.
Uso de algoritmos de reducción de ruido
Muchos sistemas de captura de imágenes emplean algoritmos de reducción de ruido que filtran la señal en el dominio espacial o frecuencial. Estos filtros pueden trabajar atenuando las frecuencias altas, que son menos detectables por el ojo humano, para reducir la percepción del ruido sin comprometer significativamente la calidad de la señal útil. Sin embargo, es importante tener en cuenta que estos procesos pueden también suavizar detalles finos y reducir la capacidad de la imagen para representar con precisión el objeto original.
Espectro de potencias del ruido
El espectro de potencias del ruido (Noise Power Spectrum, NPS) es otra técnica relevante que correlaciona la energía del ruido con su distribución espacial. Esta metodología es particularmente útil en la identificación de patrones regulares de ruido que pueden afectar significativamente la percepción visual en la imagen digitalizada. Las investigaciones demuestran que, aunque el ruido en las imágenes digitales suele ser aleatorio, la representación en el dominio de la frecuencia es esencial para describir las fluctuaciones y su correlación con la percepción visual humana.
Conclusión
El análisis y control del ruido en la digitalización del patrimonio cultural es una tarea esencial para garantizar la calidad y fidelidad de las imágenes digitales resultantes. Las normas ISO, en particular la ISO 19264-1 y la ISO 19263-1, proporcionan directrices y técnicas cruciales para medir y mitigar el impacto del ruido, garantizando así que los materiales culturales sean preservados con la mayor precisión posible. La adopción de estas normas no solo facilita la conservación de detalles visuales finos, sino que también asegura la integridad y utilidad de las imágenes para futuras generaciones.
Es fundamental que los profesionales en el campo de la digitalización del patrimonio cultural continúen mejorando y adaptando sus técnicas conforme avancen las tecnologías y se actualicen las normas, siempre con el objetivo de reducir el ruido y mejorar la calidad de las imágenes digitales.
Resumen del capítulo 3.8 del libro «Digitalización y preservación del patrimonio cultural»
