10.5 Muestreo espacial y cuantización de la imágen

Buena parte de la luz proveniente de las fuentes generadoras o reflectada por las superficies que constituyen los objetos presentes  en la escena observada por un sujeto, incide sobre el mosaico de células fotorreceptoras (conos y bastones) que conforman la primera capa de células de la retina. Estas células, sensibles a la energía radiante (fotosensores), mediante el proceso de la transducción codifican (transforman) este tipo de energía en energía eléctrica (impulsos bioeléctricos). Más concretamente, cada fotorreceptor puede considerarse como un fotómetro que mide la intensidad  de la luz que incide sobre él, generando una tasa de descarga neuronal (Número de impulsos bioeléctricos /unidad de tiempo) que se relaciona logarítmicamente con dicha intensidad luminosa incidente.
La energía radiante exterior es continua, tanto en sus coordenadas espaciales como en el valor de la intensidad que presenta. Sin embargo, el número de fotorreceptores disponibles en la retina es finito (aproximadamente 120 millones de bastones y unos 7 millones de conos). Estos fotosensores se hallan separados, espacialmente, unos de otros; es decir, son discontinuos en el espacio, además, se hallan distribuidos con diferente densidad en diferentes subregiones de la retina; es decir, la retina es inhomogénea o espacialmente variante. De manera que el número de fotorreceptores por unidad de superficie retiniana (densidad) decrece con la excentricidad o distancia al centro de la fóvea expresada en grados de ángulo visual (véase Figura 9).


FIGURA 8.- Densidad de conos y bastones, según la excentricidad.

Se llama muestreo al proceso de extracción de muestras de un conjunto o población de estudio. De acuerdo con ello, la expresión 'muestreo espacial de la imagen', llevado a cabo por los fotorreceptores retinianos, hace referencia a la selección de unos determinados puntos luminosos (pixeles= contracción de picture elements) de la senal continua bidimensional proveniente del exterior. En otras palabras, consiste en una discretización en el espacio de una senal continua.
La densidad de fotorreceptores de las diferentes regiones de la retina tiene como consecuencia que la luz que incida sobre ellas formará fragmentos de la imagen con distinto nivel de resolución espacial; es decir, contendrá diferente grado de detalle de la escena real. Así, en la retina central y particularmente en la fóvea (círculo con radio de excentricidad de 0.7o) se formará una región con alta resolución espacial, dado que la distribución de fotorreceptores llega a alcanzar una densidad de hasta  150.000 conos/mm2. En la retina intermedia (corona circular comprendida entre 0.7o y 8o de excentricidad), la resolución espacial decrece ligeramente, dado que la densidad de conos disminuye hasta alcanzar una densidad de unos  30.000 conos/mm2  mientras que en la periferia de la retina (excentricidad comprendida entre 8o y 70o) la densidad de los conos es muy baja, por lo que se comprime la información existente para ser transmitida a las siguientes capas de células retinianas.


FIGURA 10.- Estructura del muestreo log-polar retiniano.

Así, el muestreo espacial de la imagen tendrá una resolución que decrece en una escala log-polar, es decir, la resolución retinianan disminuye logarítmicamente con la excentricidad  (de la retina central hacia la periferia), de modo similar a la retícula en forma de telarana que se muestra en la Figura 10.
Por otra parte, la intensidad de la luz exterior también es otra función continua, mientras que el número de impulsos/unidad de tiempo en que resulta codificada es una función discreta. Por tanto, la imagen captada por los fotorreceptores será también discretizada en la intensidad de luz. En esto consiste el proceso de cuantización de la luz en un determinado rango de niveles de gris, para los cuales mostramos sensibilidad y somos capaces de detectar en una imagen. Normalmente, este rango de sensibilidad a la luminancia se reduce a menos de 64 diferentes niveles de gris.
En resumen, la senal de salida de las células fotorreceptoras está discretizada tanto en sus coordenadas espaciales como en la intensidad de luz y es espacialmente variante, resultando  codificada la intensidad en un patrón temporal de impulsos bioeléctricos.