Ensayo

Hardware y Software Gráfico

 

El tubo de rayos catódicos.

 

Un CRT básicamente consiste en un tubo de vacío en cuyo interior un cátodo de metal calentado mediante un filamento por el que circula corriente eléctrica. El calor propicia el desprendimiento de electrones del cátodo; estos electrones, cargados negativamente, atraviesan diferentes dispositivos de enfoque y aceleración, y mediante los adecuados sistemas de control de deflexión son dirigidos a diferentes puntos del otro externo del tubo. En este extremo se encuentra la pantalla, recubierta internamente de fósforo, fósforo que al recibir el impacto de los electrones absorbe su energía, transformándola parcialmente en calor y utilizando el resto para elevar sus propios electrones a niveles superiores de excitación. Poco tiempo después estos electrones "excitados" vuelven a su estado original, desprendiendo el exceso de energía en forma de fotones; que es lo que produce el punto de la imagen visible.

Monitores de barrido.

En el tipo de monitor con CRT más utilizado el haz de electrones recorre el punto por punto en dirección longitudinal y línea por línea en dirección vertical, variando su intensidad en cada punto de acuerdo con la luminosidad correspondiente al punto de la imagen correspondiente que se pretende representar. La intensidad de cada uno de estos puntos de imagen, conocidos como "pixel", debe estar almacenada en la memoria del ordenador (a la memoria encargada de contener esta información se le denomina búfer de pantalla o frame buffer); si p.e. para representar la intensidad de un pixel se utilizan 24 bits, para una pantalla de 1024 x 1024 se necesitan 3 Mb de memoria.

Monitores de trazado aleatorio o vectorial

En este sistema, actualmente menos utilizado, el haz de electrones en lugar de recorrer la pantalla a base de pixels, traza una serie de segmentos correspondientes a las líneas de la imagen que se pretende representar.

Así, la imagen está definida en memoria como una sucesión de instrucciones de trazado y movimiento aleatorio; y esta serie de instrucciones son ejecutadas por el haz de electrones un mínimo de 30 veces por segundo. Los sistemas vectoriales de alta calidad pueden llegar a manejar imágenes con 100.000 líneas; cuando la imagen tiene muy pocas líneas se introducen un retraso entre redibujados, ya que de otra forma se podría llegar a quemar el fósforo.

Monitores CRT en color

Los monitores CRT en color utilizan una combinación de fósforos que emiten luz con colores distintos, colores básicos que combinados producen la sensación de los colores del espectro que se deseen.

Estos monitores utilizan principalmente la técnica de la "máscara de sombra". Partiendo de un tubo con tres fósforos que emiten, para cada punto, luz roja, verde y azul, y con tres cañones de electrones, los tres haces de electrones se enfocan y se hacen coincidir sobre la máscara, que contiene una serie de orificios alineados con los patrones de punto de fósforo. Cuando los tres haces pasan por un orificio activan el triángulo correspondiente, que se ve como un punto de color.

Monitores de cuarzo líquido (LCD)

Los monitores de cuarzo líquido utilizan dos placas de cristal que contienen cada una un polarizador de luz girado 90 grados un respecto a la otra. Estas placas prensan el cuarzo líquido (con estructura cristalina, pero con moléculas capaces de fluir como en estado líquido). En una de las placas se crean líneas verticales de conductores transparentes, y en la otra, horizontales. La intersección de las líneas define los pixels, de forma que cuando existe voltaje ambos conductores en ambos conductores las moléculas se alinean y la luz que atraviesa el cristal no gira y por lo tanto no atraviesa el segundo cristal.

Cuando la luz se genera mediante un transistor en cada pixel, se habla de pantallas LCD de matriz activa, siendo esta la tecnología más utilizada en la actualidad.

Aparte de eso, la representación de la información es similar a la de los monitores CRT de barrido: también se utiliza el búfer de pantalla con la imagen formada por pixels.

 

Trazado de líneas

Para obtener la representación como mapa de pixels a partir de una línea en dos dimensiones es necesario seleccionar las posiciones de la pantalla que pertenecen al trazado de la línea. Dado que estas posiciones se corresponden a pixels localizados en posiciones fijas enteras lo máximo que se podrá conseguir es una aproximación a los valores redondeados de las coordenadas de la línea. Esta aproximación por lo general producirá un efecto de "escalonamiento"; efecto que puede amortiguarse ajustando la intensidad de los pixels a lo largo de la línea.

 

Antialiasing

Para reducir el efecto de escalonamiento se suele recurrir, como ya se ha comentado, a variaciones en la intensidad de los pixels a lo largo de la línea. La forma de determinar esa intensidad, por lo general, se basa en un sobre-muestreo; es decir, se supone cada pixel formado por una malla de subpixels, y la línea, se supone de grosor finito de un pixel (por oposición a la línea ideal sin anchura). De esta forma se puede calcular el grado de "cobertura" de cada pixel por parte de la línea. Este cálculo se puede hacer por simple enumeración de subpixels por los que pasa la línea, o bien dando más peso a los subpixels mas próximos al centro del pixel. La forma de realizar esto último suele consistir en la aplicación de una función de filtro simétrica tipo rectángulo, cono o campana de Gauss.

 

Pantallas LCD

 ¿Cómo funciona un televisor LCD? Pues la base de su funcionamiento hay que buscarla en los cristales líquidos, elementos que se coloca entre dos capas de cristales polarizados. Cada píxel de la pantalla podríamos decir que incluye moléculas helicoidales de cristal líquido, que es un material especial que comparte propiedades de un sólido y líquido. En ello se basa su funcionamiento. ¿Como podemos variar la cantidad de luz que pasa a través de esas moléculas de cristal líquido? Pues se logra aprovechando que podemos polarizar o más sencillo, orientar sus moléculas simplemente aplicando una determinada corriente eléctrica. Esto podemos aplicarlo a cada uno de los píxeles. Por lo tanto, cuando esas moléculas de cristal líquido son excitadas con electricidad, reaccionan a la misma permitiendo el paso de más o menos luz.

 

Pantallas de Plasma

Las pantallas o displays del tipo denominado "plasma", son planas, livianas, con una capa o substrato superficial que cubre millones de pequeñas celdas o "burbujas". Cada burbuja contiene neón y xenón gaseoso a baja presión, y está cubierta con una substancia fosfórica. Dentro de cada celda, hay tres subceldas que generarán los respectivos colores primarios, rojo, verde y azul (RGB). Hay que aclarar que la denominación "fosfórica" es genérica, ya que hay compuestos que no contienen fósforo.

El principio físico es similar al de otras pantallas, fenómeno conocido como luminiscencia. Inicialmente, debido a un campo eléctrico intenso, los átomos de un elemento "se ionizan", convirtiéndose en un plasma. En este gas excitado, electrones libres acelerados colisionan con electrones de capas internas de átomos del gas, excitándolos. Luego, estos átomos se desexcitan emitiendo luz ultravioleta (UV). Posteriormente, como esta radiación invisible tiene energía suficiente, excita el estado electrónico de los átomos de la cobertura fosfórica. Finalmente, la desexcitación de estos átomos, produce la emisión de radiación visible, correspondiente al R, o al G o al B, ya que la composición química de la substancia fosfórica de cada subcelda, es la apropiada para generar color rojo, o verde o azul. Cuando esta emisión es rápida, la luminiscencia recibe el nombre particular de fluorescencia (como en los tubos fluorescentes); contrariamente, si la emisión tarda más en producirse, el fenómeno se conoce como fosforescencia, que es el caso de las algas marinas, los tubos de rayos catódicos (CRT) y las pantallas de plasma.

En las pantallas con CRT, los televisores (TV) color tienen 3 cañones de electrones, para R, para G y para B, dentro del mismo tubo. Pero tanto en los TV-blanco y negro (con un cátodo) como en los TV-color (con 3), los electrones son frenados al chocar con el fósforo de la pantalla, generando rayos X. Esto no sucede con las de plasma, donde no hay desaceleración de electrones.

Finalmente, hay que mencionar que las pantallas de matriz activa formadas por millones de pixel con transistores y condensadores, también son caras, planas, delgadas, livianas, tienen bajo consumo y no generan rayos X ni tanto calor como los CRT. Pero las pantallas color de matriz activa, y las grises de cristal líquido (LCD), funcionan utilizando otros principios físicos, y resultan muy sensibles a las bajas y altas temperaturas (fenómeno al menos observado por muchos de nosotros al llevar un laptop, calculadora de bolsillo o reloj digital a la playa).