mitos de la fotografía digital

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Mitos de la fotografía digital

Mitos de la fotografía digital – Guadalajara noviembre 2012 2

Índice

PARTE I

HARDWARE DEL SENSOR

PARTE II

ÓPTICA

El RAW como negativo digital ISOs reales vs ISOs forzados Rango dinámico y ruido Utilidad del rango dinámico Los bits del RAW Mpx vs ruido

Difracción, PDC y Mpx Filtro antialising. ¿Con o sin? Los angulares y la perspectiva

PARTE III

CAPTURA DIGITAL

El derecheo del histograma Uso inteligente del ISO Visor electrónico vs visor óptico HDR: número de capturas y

espaciado Modos de alto rango dinámico

PARTE IV

PROCESADO DE IMAGEN

El balance de blancos correcto “Recuperación” de altas luces en el

RAW Perfiles de color Uso inteligente del histograma El grano digital


PARTE IHARDWARE DEL SENSOR


EL MITO DE LA CAVERNA DEL RAW

“Tan simple como sea posible, pero no más simple”Albert Einstein


Fuente: Wikipedia

El RAW como negativo digital (1/2)

El sensor Bayer solo capta uno de los tres canales en cada fotocaptor

Los otros dos deberán ser interpolados

La imagen final tiene tantos píxeles como fotocaptores tiene el sensor

R

B

G1

G2


El RAW como negativo digital (2/2)

Pero el RAW no es más que un fichero numérico que puede por tanto manipularse, o construirse a partir de una imagen (JPEG)

El RAW no es garantía absoluta ni de la autoría de la obra, ni de la autenticidad de la imagen que contiene

Si se acepta como prueba es porque no se han generalizado herramientas para editarlo (que solo tendrían usos maliciosos)

RAW sintético


0

0

fotones convertidos

seña

l elé

ctric

aISO100 ISO200 ISO400

sat.sat.sat.

ISOs reales vs ISOs forzados (1/2)

ISO = amplificación analógica de la señal eléctrica

FOTOCAPTOR

ISO A/D ...1101001


ISOs reales vs ISOs forzados (2/2)

Los ISOs muy altos (>ISO3200), bajos (ISO50) o intermedios, suelen ser producto de corregir por software un ISO real

Cuando se dispara en RAW estos ISOs no deben usarse, porque no aportan nada y nos pueden hacer perder innecesariamente rango dinámico en las luces

Los ISOs falsos normalmente pueden detectarse analizando en detalle el RAW

ISO6400 falso Canon 5D MKII


Rango dinámico y ruido (1/12)Concepto de rango dinámico

Se define como rango dinámico (RD) a la relación existente entre una luminosidad máxima y una luminosidad mínima: MAX/MIN

Si el rango dinámico de la escena es superior al de la cámara, no se podrá captar toda la información de la escena con una sola toma

Rango comprendido entre la zona más luminosa (luces altas), y la más oscura (sombras profundas) de la misma

Rango comprendido entre la saturación, y las sombras con un ruido tal que no permita distinguir detalle

RD DE LA ESCENA RD DE LA CÁMARA


Rango dinámico y ruido (2/12)Expresión del rango dinámico

El rango dinámico se puede cuantificar numéricamente y expresar de diferentes formas. Por ejemplo una escena donde las altas luces sean 10.000 veces más luminosas que las sombras tendrá un...

RD lineal de 10.000

Contraste de 10.000:1

RD de 13,29 pasos o 13,29EV

RD de 80 dBlog2(10000) = log(10000)/log(2)

20·log10(10000)1EV = 6 dB


Rango dinámico y ruido (3/12)RD de la escena: medición con la cámara

Es preciso emplear la medición puntual de la cámara

Calcularemos la diferencia en pasos de diafragma entre el punto más luminoso y el más oscuro de la escena

~11EV de rango dinámico


Rango dinámico y ruido (4/12)RD de la escena: medición con el RAW

Revelamos el RAW con DCRAW que realiza un revelado 100% neutro:

Con Histogrammar obtenemos el histograma por pasos de diafragma y el diagrama de zonas

dcraw -v -a -4 -T foto.cr2

dcraw -v -r 1 1 1 1 -4 -T foto.cr2 También podemos revelar de manera neutra (todo a cero) con ACR

rango dinámico~11EV


Rango dinámico y ruido (5/12)RD de la escena: ejemplos reales

Escena de bajo rango dinámico:

~3EV

histograma RAW



Escena de rango dinámico medio:

~6EVhistograma RAW



Escena de alto rango dinámico:

~12EVhistograma RAW


Rango dinámico y ruido (8/12)Rango dinámico de la cámara: saturación y ruido

El rango dinámico de la cámara es el rango de luminosidades comprendido entre la saturación y aquella luminosidad en la que la presencia de ruido es tan grande que inutiliza las texturas

El rango dinámico de la cámara disminuye al aumentar el ISO porque al hacerlo el ruido aparece antes, en sombras no tan profundas

ruido

saturación

Canon 350D a ISO100~8EV de rango dinámico

RANGO DINÁMICO


Rango dinámico y ruido (9/12)Ejemplo de escena de alto RD: Canon vs Fuji

A continuación se muestra una comparación de rango dinámico captado por una Canon 30D vs una Fuji S5 Pro a ISO100

En ambos casos se empleó la medición de la cámara. Así cabe hablar de rango dinámico en las luces (saturación) y en las sombras (ruido)

La Fuji gana gracias a su sensor Super CCD

Archivos RAW cortesía de Javier Bonilla Quesada (Ojo Digital)


Rango dinámico y ruido (10/12)Comparación del RD de varias cámaras

Con el método de estimación visual se ha comparado el rango dinámico que es capaz de captar con uso fotográfico una serie de cámaras

Fuji (2004) destaca por su doble sensor Super CCD (HDR en la cámara)

La Nikon D800 (2012) pese a sus 36Mpx es la actual “reina” del RD gracias a su sensor de formato FF

La Pentax K5 (2010) parece haber logrado igualara 6 años después

Rango dinámico estimado en EV(menor ISO electrónico)

8 8,5 911 11 11,5

0

4

8

12

Canon350D

Canon5D

Canon40D Sony

A700Nikon D3

FujiS3/S5

Pro

PentaxK5

NikonD800


Rango dinámico y ruido (11/12)Medida objetiva del RD de la cámara

Para un cálculo riguroso deben hacerse medidas de relación S/N, y establecer un criterio de rango dinámico como el nivel de exposición en que la relación S/N cae por debajo de un umbral (típ. 12dB)

Medidas de rango dinámico hechas bajo diferentes criterios (p.ej. en distintas páginas web) no son comparables

Fuente: Emil Martinec

Nikon D3

Rango dinámico en EV (criterio S/N>2EV)

9,6

9,0

8,2

7,4

6,5

5,4

5

6

7

8

9

10

ISO200 ISO400 ISO800 ISO1600 ISO3200 ISO6400

12dB


Rango dinámico y ruido (12/12)RD de la visión humana vs dispositivos

mapeode tonos


Utilidad del rango dinámico (1/5)Escenas de alto rango dinámico

Un sensor de mucho rango dinámico permite capturar escenas de más contraste

Es posible capturar en una sola toma escenas que en otra cámara requerirán hacer más de una foto

Los sensores de alto rango dinámico eliminarán la necesidad de hacer ahorquillado en escenas HDR


Utilidad del rango dinámico (2/5)Errores de subexposición

Un sensor de mucho rango dinámico permite “levantar” fuertemente las sombras sin que aparezca un ruido excesivo

+6EV

Foto cortesía de Mika

6EV

histograma RAW


Utilidad del rango dinámico (3/5)Prevenir trepidación / Lograr gran PDC

Un sensor de mucho rango dinámico permite exponer menos la captura obteniendo aún un resultado de calidad en cuanto al ruido

Aumentando la velocidad de disparo evitaremos mejor una posible trepidación

Cerrando más diafragma garantizaremos una mayor PDC

MEJORA EN LA NITIDEZ DE LA IMAGEN

MEJORA EN LA PDC DE LA IMAGEN

-3EV


Utilidad del rango dinámico (4/5)“Izquierdeo” del histograma

Un sensor de mucho rango dinámico permite subexponer ligeramente por sistema, garantizando que las luces no se queman y obteniendo aún un resultado de calidad en cuanto al ruido

Este “izquierdeo” del histograma permite relegar el ajuste de exposición a un segundo plano

MEJORA EN OTROS ASPECTOS:

ENCUADRE,

COMPOSICIÓN,

ENFOQUE

...


Utilidad del rango dinámico (5/5)Procesado extremo en sombras profundas

Un sensor de mucho rango dinámico permite procesar agresivamente las sombras profundas garantizando que el ruido se mantenga contenido

POSIBILIDADES DE PROCESADO

Limpieza de ruido en las sombras profundas

ruido visible


Los bits del RAW (1/3)

Los bits del RAW son un requisito necesario para lograr un determinado rango dinámico

Pero no son una condición suficiente. El RD logrado depende del ruido del sensor


Los bits del RAW (2/3) Los primeros sensores de 14 bits (ej. Canon 40D) no los necesitaban

realmente, era una estrategia de marketing sin efecto práctico

RAW 14 bits

RAW 12 bitsFoto cortesía de Bea Molina

-2 bitsno hay posterización


Los bits del RAW (3/3) El sensor Sony ha sido el primero de 14 bits que realmente necesita y

saca provecho de dichos 14 bits gracias a su bajo ruido al ISO base

RAW 14 bits

RAW 12 bits

Foto cortesía de Mika

-2 bitsposterización


Mpx vs ruido A mayor resolución del sensor más pequeños son los fotocaptores

capturarán menos luz tendrán peor relación S/N más ruido visible a nivel de píxel

Pero eso no necesariamente se traducirá en más ruido visible a nivel de la imagen final porque el promediado estadístico de píxeles mejora la relación S/N

mejor relación S/N

mejor relación

S/N

es un mito que siempre más Mpx = más ruido


PARTE IIÓPTICA


Difracción, PDC y Mpx (1/4) Difracción: fenómeno físico inevitable por el que los rayos de luz se

dispersan (formando en su proyección discos de Airy) al atravesar aberturas estrechas pérdida de nitidez

Surge cuando se cierra mucho el diafragma y su efecto es independiente de la focal, solo dependiendo del número f usado (ya que f relaciona distancia focal y abertura física: f = focal / D)


Difracción, PDC y Mpx (2/4) En capturas donde se requiere una gran PDC (paisaje/arquitectura), hay

un compromiso de cara a la nitidez entre la PDC y la difracción

Difracción enCanon 10-22 (APS-C) a 15mm

La PDC produce pérdida de nitidez progresivamente mayor en las zonas más alejadas del plano enfocado. A mayor f mayor PDC

Pero a partir de cierto f, aparece la difracción produciendo pérdida de nitidez uniforme en toda la imagen. A mayor f más difracción


Difracción, PDC y Mpx (3/4) Hay que encontrar un f óptimo de modo que se tenga una PDC suficiente

para nuestra escena, pero sin perder demasiada nitidez por difracción

Desenfoque por PDC vs desenfoque por Difracción

Aperturas óptimas de referencia:

f/11 en APS-Cf/16 en FF


Difracción, PDC y Mpx (4/4)

Ningún formato (APS-C, FF, M4/3) tiene ventaja sobre los demás para lograr una gran PDC, ni tampoco sufre la difracción más que otro

Los formatos mayores requerirán un f más cerrado para lograr la misma PDC, y con ese f sufrirán la misma difracción que el formato menor con el f menos cerrado

Tener muchos Mpx no es nunca una desventaja de cara a sufrir la difracción, la trepidación o requerir ópticas exigentes. Lo será en recortes al 100%, pero no en la imagen final.

Así las imágenes finales obtenidas con sensores de mayor resolución serán siempre de igual o más calidad que las obtenidas con sensores de menor resolución.


Filtro antialiasing. ¿Con o sin? (1/2)

Aliasing: fenómeno de interferencia que aparece cuando la escena presenta patrones repetitivos que el sensor no es capaz de resolver

El efecto visible del aliasing es el moiré, generalmente en forma de artefactos de color indeseables

En un correcto diseño de sistema de muestreo, el filtro AA es necesario para minimizar estos artefactos. La desventaja es una cierta pérdida de nitidez global en toda la imagen


Filtro antialiasing. ¿Con o sin? (2/2) Recientemente han aparecido cámaras (Nikon D800, Pentax K5II) con

versiones sin filtro AA (Nikon D800E, Pentax K5IIs). Los respaldos digitales generalmente tampoco llevan filtro AA

La consecuencia de eliminar el filtro es una ganancia en nitidez global, a costa de estar más expuestos a la posibilidad de aparición de artefactos

Nikon D800 Nikon D800E

Límite de

Nyquist

Fuente:

BartvanderWolf

Estrella siemens


Los angulares y la perspectiva La perspectiva obtenida de una escena depende únicamente de la

distancia al sujeto y de la dirección de observación. Cuanto más cerca esté el sujeto se tendrá mayor deformación de la perspectiva

La focal no afecta a la perspectiva, solo determina el ángulo de visión, es decir el recorte

La deformación de la perspectiva es más notoria en los bordes de la imagen. Un angular al tener mayor angulo de visión incluye más bordes

Acercamiento al sujeto


PARTE IIICAPTURA DIGITAL


El derecheo del histograma (1/4)

El ruido depende fundamentalmente del nivel de exposición en el RAW: a mayor grado de exposición menor ruido

Por ello disparando en RAW el derecheo es idóneo para reducir ruido en la captura

Lo ideal es lograr derechear con el menor ISO posible, pero si las condiciones lo impiden derechear aumentando el ISO también puede reducir el ruido

0EV

ISO1600

capturas a ISO100

+4EV

capturas a igual apertura/velocidad

ISO100

Peligros del derecheo: saturación de las altas luces y trepidación



La calidad del la captura es mayor cuanto mayor es la exposición lograda en el RAW...

...pero cuidado: la pérdida de calidad por saturación es abrupta

Derechear aumenta además el número de niveles capturados pero en realidad la mejora de calidad solo se percibe en forma de menor ruido

saturaciónsubexposición

CALIDAD DE LA CAPTURA DIGITAL

zona de

máxima

calidad

nivel de exposición

Si el ruido no es un problema en tu aplicación, derechear no tiene utilidad práctica



T=1/100s f/4T=1/200s f/4 T=1/50s f/4niveles vacíos derecheo sobreexposición



Para tener más precisión en el derecheo, podemos valernos del UniWB, ajuste que anula la aplicación del balance de blancos en el JPEG para que los histogramas y avisos de luces quemadas de la cámara sean mucho más fieles al RAW

Como contrapartida el JPEG generado se verá verdoso

Para ajustar el UniWB en cada cámara hay un procedimiento establecido y para algunos modelos RAWs listos para descargar (http://www.guillermoluijk.com/tutorial/uniwb/index.htm)

UniWB

balance tungsteno


Uso inteligente del ISO (1/2) La mayoría de cámaras (Canon y en menor medida Nikon) reducen el ruido

visible al exponer mejor subiendo el ISO (manteniendo apertura/velocidad) Pero los nuevos sensores Sony apenas mejoran en ruido al hacerlo

Pentax K5

Canon 350D

ISO100 ISO1600 ISO100 ISO1600


Uso inteligente del ISO (2/2) La forma de exponer el RAW para tener la máxima calidad de captura es

siempre el derecheo del histograma (máx. exposición sin quemar altas luces)

Pero dependiendo de la cámara este derecheo lo lograremos con apertura/velocidad/ISO, o exclusivamente con apertura/velocidad:

Canon Es crítico subir el ISO tan pronto haya riesgo de subexposición, para

exponer lo más posible y mejorar el ruido visible final

Nikon (con sensor Nikon) No es tan crítico como en Canon, pero aún es recomendable subir el ISO

cuando haya riesgo de subexposición, para mejorar el ruido visible final

Sensores Sony (muchas marcas los llevan) Subir el ISO para evitar la subexposición apenas aporta nada. Por tanto

en cuanto haya posibilidad de perder detalle en las altas luces por subir el ISO, es mejor mantenerse al ISO base (aunque con ello se subexponga). Precaución: el display de la cámara puede quedar bastante oscuro


Visor electrónico vs visor óptico

Previsualización (exp., bal. blancos,…)

Aviso de zonas quemadas/subexpuestas

Histograma Focus peaking Cobertura 100% Horizonte artificial Distintos formatos

vs

Sin problemas de refresco


HDR: número de capturas y espaciado (1/3)Hablaremos de imagen HDR cuando se cumplan tres condiciones:

Proviene de una escena de alto rango dinámico (>8 pasos)

Se ha logrado, por el medio que sea (varias exposiciones, cámara de alto rango dinámico, filtro GND,...), capturar toda la información desde las sombras profundas hasta las altas luces

Se ha realizado un mapeo de tonos de la información capturada para que ésta resulte visible en el dispositivo de salida (papel, pantalla de ordenador, proyector,...)

= HDR+ +


HDR: número de capturas y espaciado (2/3) En escenas cuyo rango dinámico supera claramente al de la cámara el

único modo de captar toda la información es realizar varias tomas con diferente exposición

Tras realizar dichas capturas usaremos un método adecuado para obtener de cada una la información requerida

ALTAS LUCES

de la toma menos expuesta

SOMBRAS

de la toma más expuesta


HDR: número de capturas y espaciado (3/3)

Si la toma menos expuesta no quema las altas luces, y la más expuesta logra suficiente exposición en las sombras profundas, no hace falta disparar más

La separación óptima entre tomas es de 2EV a 3EV

Hacer capturas innecesarias no mejora el resultado, consume recursos y puede reducir la nitidez

Mejora limitada por pasar de 2 a 3 tomas


Modos de alto rango dinámico

La mayoría de modelos de cámaras disponen de modos de “alto rango dinámico”. P.ej. el Highlight Tone Priority de Canon y el Active D-Lighting de Nikon

Nunca estos modos mejoran el rango dinámico de la captura en RAW

Sí tienen utilidad disparando en JPEG sobre escenas de alto contraste. Aplicarán un “levantado” de sombras extra a la vez que preservan lo máximo las altas luces

Canon HTP: histogramas RAW de capturas con igual apertura/velocidad

HTP ON / ISO200 HTP OFF / ISO100


PARTE IVPROCESADO DE IMAGEN


El balance de blancos correcto (1/3) La necesidad de un balance de blancos no proviene de la escena, sino del

‘balance de blancos’ que hace inconscientemente nuestro sistema visual

En el revelado RAW un buen punto de partida para corregir el balance de blancos es referenciarlo a una zona de la escena que sabemos neutra

balance de blancos de ‘Luz de día’

balance de blancos personalizado

BIEN

BIEN

MAL

MAL


El balance de blancos correcto (2/3) Consiste en un ajuste de la exposición de los canales (típicamente

aumentan R y B) con lo que puede llegar a quemar información

Tras el balance, en las zonas neutralizadas de la imagen se tendrá R=G=B

R = 52G = 122B = 105

R = 122G = 122B = 122

WB


El balance de blancos correcto (3/3) No existe un método universal de lograr un balance de blancos correcto,

dependerá siempre de la aplicación

En aplicaciones donde se requiera reflejar el color real del sujeto, eliminaremos las dominantes de color (p.ej. con una carta neutra)

En otras aplicaciones las dominantes de color serán parte de la composición y las preservaremos (p.ej. haciendo un ajuste manual basado en nuestra memoria visual)


“Recuperación” de altas luces en el RAW (1/2) La capacidad de “recuperación” de altas luces en el RAW es muy limitada, y

la diferencia de resultado práctico de un revelador se dará en casos puntuales

Lo fundamental es esforzarse en exponer sin quemar el RAW

Si unas altas luces aparecen quemadas en el JPEG y no en el RAW, no cabe hablar de “recuperación”. ¡No se puede recuperar lo que nunca se perdió!

JPEG RAW


“Recuperación” de altas luces en el RAW (2/2)

Ejemplo excepcional de cielo quemado donde el resultado difiere en función del revelador RAW usado

El algoritmo inpaint de RAW Therapee supera a ACR (dominante cián) y a DCRAW (dominante magenta)


Perfiles de color (1/4)

El revelador convierte del “espacio” de color de cada cámara al perfil de color de salida escogido, pasando por un perfil de color intermedio muy amplio (CIE XYZ, ProPhoto RGB)

El perfil de color óptimo será lo bastante amplio para recoger toda la gama de colores de nuestra aplicación, pero no más amplio para minimizar la cuantización. Adobe RGB es una buena elección general de compromiso

Los colores pueden salirse del perfil escogido en el revelado RAW (incl. sus ajustes), y en el procesado de la imagen por los colores que nosotros mismos vamos a “fabricar” al editarla

Fuente: www.brucelindbloom.com



Las conversiones entre perfiles matriciales típicos (sRGB, Adobe RGB, ProPhoto RGB), en Photoshop se realizan siempre en Relativo Colorimétrico independientemente del método elegido

En conversiones a perfiles tabulados (típicamente de impresora) sí es posible obtener un comportamiento del método Perceptual más próximo a lo que se espera de él (no recortar tonos)

La conversión de perfil diluye los picos del histograma

sRGB



Mientras la imagen no se salga de gama, el perfil más estrecho nos proporcionará más riqueza tonal (degradados más suaves)

Esto en la práctica solo tiene incidencia trabajando a 8 bits, donde deberán evitarse los perfiles demasiado amplios (ProPhoto RGB)

Matices (combinaciones RGB) en 8 bits


Perfiles de color (4/4) Puede reconocerse que una imagen se sale de gama cuando aparecen

picos en los extremos del histograma, correspondientes a niveles recortados a 0 y/o niveles saturados

‘Avisar sobre gama’ de PS


Uso inteligente del histograma

Revisamos el artículo completo:

‘EL HISTOGRAMA. ESE INVITADO INESPERADO’

La exposición

La gestión de color

El enfoque

Las dominantes de color

USOS CORRECTOS DEL HISTOGRAMA

USOS INCORRECTOS DEL HISTOGRAMA

La forma del histograma

El mito del “gris medio 128”

El histograma y los perfiles de color

El histograma y la calidad tonal


El grano digital (1/2)

El ruido capturado por un sensor digital tiene en todos los casos naturaleza gaussiana, no teniendo estructura espacial ni diferenciación por canal

canal B del RAWRAW


El grano digital (2/2)

Por lo tanto carece de sentido cualificar el “grano” de un determinado sensor, todos son iguales

El aspecto final que tenga el ruido dependerá enteramente del revelador RAW empleado (algoritmo de demosaicing) y del procesado posterior

gracias

mitos de la fotografía digital

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