Diseño gráfico: Determinación del color en epicarpios de frutos durante su maduración.

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Inicialmente voy a comentar sobre una experiencia personal. Hace años en una búsqueda de empleo introduje mi currículo en una empresa de alimentos que solicitaba un supervisor para el área de molinería. Fui contactado, seguí el proceso de selección (entrevistas, exámenes médicos, sicológicos, de capacidades intelectuales,…). Aprobé todo, quedamos 4, y solo restaba una última entrevista. El día de la entrevista el sujeto entrevistador al final me dijo que le parecía que era una persona inconstante porque se reflejaba en mi currículo que aunque me dedicaba a los alimentos también me inclinaba por el diseño gráfico. Le dije que inconstante no, sino versátil. No obtuve el empleo.

La realidad es que soy apasionado por la ciencia de alimentos y aficionado al diseño gráfico. Posteriormente meditando el asunto me pregunté, ¿cómo puedo relacionar los alimentos con el diseño gráfico?; transcurrido un tiempo la respuesta la encontré y el producto fue una investigación que publiqué en una revista académica costarricense. Luego de esa publicación generé otras, y sobre 2 de ellas es que comentaré en esta entrada.

Espero que entre líneas se entienda la moraleja de esa experiencia que viví.

A raíz de esa primera publicación que consistió en la creación de un procedimiento para obtener imágenes de muestras de alimentos, para determinarles el color y que pudieran expresarse en coordenadas colorimétricas del espacio de color CIE*-Lab, empleando un sistema de visión computarizada y herramientas de diseño gráfico comúnmente usadas, me di cuenta que podía utilizarlo para determinar y evaluar estados de maduración en epicarpios de frutos.

El primero lo hice con tomate (Lycopersicum esculentum Mill.), maduración de verde a rojo, y el segundo con mango (Mangifera sp.) y plátano (Musa AAB), maduración de verde a amarillo. Ambos trabajos están publicados.

Color en epicarpio de tomate

Inicialmente muestro 3 imágenes con 3 tomates cada una, son los mismos 3 tomates en diferentes estados de maduración. Las imágenes captadas con una cámara digital no fueron obtenidas al azar.

Para obtener esas imágenes fue necesario realizar lo siguiente:

Instalé un escenario como el de la imagen a continuación. Usé un portalámpara y una lámpara fluorescente cuyas características en conjunto deben hacer que simule la luz del día; se conoce como iluminante D₆₅. La lámpara o reflector debe incidir sobre la muestra a una distancia de 13 cm y el fondo donde se colocan las muestras debe ofrecer blancura; utilicé papel digital liso de alta blancura y mate. Entre cámaras digitales, deben ser calibradas, primero fotografié texto de color negro impreso en papel digital blanco a diferentes distancias para luego apreciarlo en la computadora y seleccioné la cámara digital que dio el mejor enfoque (y por supuesto la mejor distancia; fue 22 cm, una cámara marca Panasonic, modelo DMC-FS42). Después configuré el menú de captura tomando fotografías a una referencia de color (usé el color cian de una guía de colores PANTONE), por ejemplo, varié condiciones de sensibilidad ISO y compensación EV o valor de exposición; la configuración depende de la cámara a usar.

En el escenario con las condiciones establecidas, la geometría de las direcciones de iluminación/observación (cámara) debe ser de 45º/0º, y bajo esas condiciones capturé imágenes variando el tamaño de imagen (los megapíxeles) y seleccioné el que dio el mejor enfoque en la zona paraxial (centro de la imagen; fue 5 megapíxeles). El monitor de la computadora portátil (laptop) también debe ser calibrado, tomando en cuenta que la luz ambiental debe ser inferior a la de la intensidad del monitor, lo hice con el software Adobe Gamma, que viene incluido en el software Photoshop, presentó mucho contraste y adicionalmente utilicé el software Catalyst® Control Center de ATI de la laptop; calibradores en línea también pueden usarse. Lo que se persigue es que el color que uno aprecie en la realidad, en ese escenario, por ejemplo, el rojo del tomate, sea similar al de una imagen vista en lo virtual, o sea en el monitor de la computadora; por eso se llama sistema de visión computarizada.

He descrito las condiciones para una de las publicaciones, la del tomate, y debo aclarar que para la de mango y plátano usé el mismo procedimiento pero donde arriba se resalta en negrita, distancia de 13 cm, tuve que cambiarla a 15 cm y la otra resaltada en negrita, 22 cm, la cambié a 24 cm, usé la misma cámara Panasonic y en vez de una laptop fue una computadora de escritorio (desktop), el tamaño de imagen fue el mismo (5 megapíxeles) y al calibrar el monitor solo bastó el software Adobe Gamma. Comento esto porque el aplicar el procedimiento implica que se puede usar cualquier cámara digital o computadora pero deben ser calibrados esos equipos.

Y para extenderme un poco más en estos detalles, comento que en la primera publicación precursora de los 2 trabajos aquí tratados, la distancia de 13 cm, fue 15 cm, y la de 22 cm, fue de 35 cm, con una cámara distinta, marca HP, modelo M22, cuyos ajustes fueron distintos configurando en el menú la iluminación adaptable baja y alta, y equilibrio de blanco fluorescente, usé otro computador desktop, el tamaño de imagen en vez de 5 megapíxeles fue de 0,5 megapíxeles y solo el software Adobe Gamma para la calibración del monitor.

Me extendí explicando las variaciones por cámara digital y computadora porque si algún estudiante o docente investigador en su institución realiza un trabajo relacionado con el color (no solo de alimentos), y no dispone de instrumentos de medición del color (colorímetros) que por lo general son costosos, se dañan y no permiten visualizar el color porque solo muestran valores de coordenadas que por lo general ofrecen errores en las mediciones, el procedimiento usando herramientas más accesibles o disponibles se presenta como alternativa de solución, tomando en cuenta que todo debe ser calibrado. Si una persona somete un trabajo a evaluación en una revista académica argumentando el color con solo términos, como por ejemplo, tomate verde o pintón, dudo sea considerado para evaluación; en la academia se requiere expresar el color con coordenadas colorimétricas. El más beneficiado con el procedimiento sería el investigador independiente sin institución que lo ampare.

Ahora si, a continuación presento el procesamiento digital de las imágenes del tomate. Se utiliza el software Adobe Photoshop en cualquier versión (para los frutos aquí mencionados utilicé la versión CS3 Extended). Describiré los pasos de manera muy puntual porque en mayores detalles se encuentra en la publicación precursora y el objeto de esta entrada es su aplicación con otro propósito; el de la determinación del color en epicarpios de frutos durante su maduración.

Lo hice con los 3 tomates de la imagen que presento, en condiciones de temperatura ambiental, y con otros 3 también en condiciones de refrigeración (en ambos casos durante 24 días). Pero solo mostraré el caso de uno solo, el primer día, el del tomate señalado con la flecha; en condición de temperatura ambiental.

Se preprocesa recortando la imagen de tomate deseada, en este caso con una elipse la seleccioné, luego invertí la selección y eliminé el fondo con la herramienta “borrador mágico”, ese fondo cuadriculado indica que carece de color (A).

Luego seleccioné con otra elipse la brillantez ocasionada por la luz del reflector para discriminarla en la imagen (B). En realidad lo que hay que ir haciendo es un proceso de segmentación de manera secuencial con el fin de obtener la región de interés, como se muestra en las letras C, D, y E. Aclaro que la imagen debe ser vista como que posee dos regiones, región de discriminación que es la que hay que eliminar y región de interés, que en este caso es aquella que contiene en general el color que interesa, es decir, el que representa el del tomate. Nótese que eliminé la sombra según mi criterio. Todo el procesamiento se hace a criterio de quien lo realiza.

Para evitar la sombra que se aprecia en la imagen, en vez de usar una sola lámpara, conviene emplear 3 formando un triángulo o 4 formando un cuadrado.

Luego de obtener la región de interés (E), en ella se encuentran ligeras variaciones de color entre los píxeles, a veces apenas perceptibles al ojo humano, pero con la herramienta “cuentagotas” si pueden notarse al pulsar sobre algunos ya que el software indica las coordenadas del color diferentes en donde se pulsa.

En una ocasión alguien me escribió de España preguntándome que cómo hacía para obtener el color en coordenadas colorimétricas, o sea, después de haber segmentado, que si sumaba uno a uno los valores de las coordenadas y luego les sacaba la media aritmética. Me pareció hizo la pregunta porque notó que en el trabajo que revisó, solo coloqué “promediado de los píxeles en la región de interés”, no aparecía el procedimiento y le comenté que en dicho trabajo citaba la referencia que correspondía a la publicación precursora en el cual se describe el procedimiento detalladamente. Le envíe el trabajo y respondí como se hacía. El la pestaña menú opción “filtro” del software Photoshop, se encuentra el submenú “desenfocar” y en el mismo se pulsa la opción “promediar” y de manera automática se realiza la sumatoria de todos los píxeles que quedan en la imagen, como se aprecia en la letra G; un solo color.

Luego, para obtener las coordenadas colorimétricas L, a y b del espacio de color CIE-Lab, tomé con la herramienta “cuentagotas” una muestra del color promediado y los valores quedaron reflejados en la paleta de colores del software. En el caso del tomate fueron 91, -12 y 70 como se aprecia en la imagen (G). En la letra H también se aprecian estos valores de coordenadas pero adicionalmente con otros 2 colores promediados con sus respectivas coordenadas, y aparecen porque la captura de la misma imagen del tomate la realicé por triplicado y el resultado final es el promedio de las 3 repeticiones que se observa en la letra I con coordenadas 89, -11 y 67, respectivamente para L, a y b.

En Photoshop, en la paleta de colores entre sus reguladores, donde se indica Lab, refiere a coordenadas del espacio de color CIE*-Lab por lo que no debe confundirse con el espacio de color HunterLab.

Finalmente en esta sección, muestro las mismas 3 imágenes con 3 muestras de tomates que coloqué al principio pero con rectángulos incrustrados con los colores finales obtenidos y además un cuadro donde se aprecian las coordenadas colorimétricas y la evolución del color durante la maduración de las mismas 3 muestras.

Color en epicarpio de mango y plátano

En esta sección presentaré imágenes y comentaré solo lo relevante.

En la imagen a continuación, nótese que a diferencia del tomate cuyo color natural en el epicarpio puede ofrecer variaciones en amarillo-anaranjado-rojo, no presentó la aparición de “pecas” marrones o “cicatrices” como sí ocurrió en la imagen de mango; y además se aprecia el pedúnculo. En tal sentido, esas son regiones a discriminar junto con la incidencia de la luz del reflector y la sombra. Para este caso se aplica en Photoshop una variante del procedimiento en el que se usa una ventana de un submenú denominado “gama de colores”, que permite tomar muestras del color que se considera discriminar variando a criterio la tolerancia y luego se ejecuta para eliminarlo; se pueden eliminar varios colores distintos.

Destaco que si para medir el color en la muestra de mango hubiese usado un colorímetro, tomando en cuenta descartar el área de la “cicatriz”, con seguridad las “pecas” marrones no las pudiera haber descartado por estar presentes en todo el epicarpio. Dicho instrumento integraría el color marrón de las “pecas” al verde del epicarpio, por lo que el valor de la medida sobre el área en la que se aplicó no describiría de manera adecuada el color de la muestra. Los colorímetros no realizan segmentación de imágenes.

El epicarpio de los plátanos verdes y maduros siempre se caracteriza por sus manchas negras.

Por otro lado y para culminar, en esta última imagen puede observarse que el software Photoshop reviste interés para su utilización en la medición cualitativa de defectos de calidad en la superficie de alimentos como las manchas de madurez, rozaduras y cortes, entre otros.