Mitos de la fotografía digital

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Taller sobre los falsos mitos y malos usos en fotografía digital

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  • 1. Mitos de la fotografía digital © Guillermo Luijk 2012 www.guillermoluijk.com
  • 2. ÍndicePARTE I PARTE IIHARDWARE DEL SENSOR ÓPTICA El RAW como negativo digital  Difracción, PDC y Mpx ISOs reales vs ISOs forzados  Filtro antialising. ¿Con o sin? Rango dinámico y ruido  Los angulares y la perspectiva Utilidad del rango dinámico Los bits del RAW Mpx vs ruidoPARTE III PARTE IVCAPTURA DIGITAL PROCESADO DE IMAGEN El derecheo del histograma  El balance de blancos correcto Uso inteligente del ISO  “Recuperación” de altas luces en el Visor electrónico vs visor óptico RAW HDR: número de capturas y  Perfiles de color espaciado  Uso inteligente del histograma Modos de alto rango dinámico  El grano digital 2
  • 3. PARTE IHARDWARE DEL SENSOR 3
  • 4. EL MITO DE LA CAVERNA DEL RAW “Tan simple como sea posible, pero no más simple” Albert Einstein 4
  • 5. 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 G1 G2 B Fuente: Wikipedia 5
  • 6. 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 6
  • 7. ISOs reales vs ISOs forzados (1/2) sat. sat. sat. ISO = amplificación señal eléctrica analógica de la señal eléctrica 0 0 fotones convertidos ISO100 ISO200 ISO400 ...1101001 ISO A/DFOTOCAPTOR 7
  • 8. ISOs reales vs ISOs forzados (2/2) ISO6400 falso Canon 5D MKII 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 8
  • 9. 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/MINRD DE LA ESCENA RD DE LA CÁMARA Rango comprendido entre la zona  Rango comprendido entre la más luminosa (luces altas), y la saturación, y las sombras con un más oscura (sombras profundas) ruido tal que no permita distinguir de la misma detalle  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 9
  • 10. 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 dB log2(10000) = log(10000)/log(2) 20·log10(10000) 1EV = 6 dB 10
  • 11. 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 11
  • 12. 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: 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 Con Histogrammar obtenemos el histograma por pasos de diafragma y el diagrama de zonas rango dinámico ~11EV 12
  • 13. Rango dinámico y ruido (5/12) RD de la escena: ejemplos reales Escena de bajo rango dinámico: ~3EV histograma RAW 13
  • 14. Rango dinámico y ruido (6/12) RD de la escena: ejemplos reales Escena de rango dinámico medio: histograma ~6EV RAW 14
  • 15. Rango dinámico y ruido (7/12) RD de la escena: ejemplos reales Escena de alto rango dinámico: histograma ~12EV RAW 15
  • 16. 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 saturación RANGO DINÁMICO Canon 350D a ISO100 ~8EV de rango dinámico ruido 16
  • 17. 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) 17
  • 18. 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 Pentax K5 (2010) parece haber logrado igualara 6 años después La Nikon D800 (2012) pese a sus 36Mpx es la actual “reina” del RD gracias a su sensor de formato FF Rango dinámico estimado en EV (menor ISO electrónico) 11 11 11,5 12 8,5 9 8 8 4 0 Canon Canon Canon Fuji Pentax Nikon 350D 5D 40D Sony S3/S5 K5 D800 A700 Pro Nikon D3 18
  • 19. 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 Nikon D3 Rango dinámico en EV (criterio S/N>2EV)12dB 10 9,6 9,0 9 8,2 8 7,4 7 6,5 6 5,4 5 ISO200 ISO400 ISO800 ISO1600 ISO3200 ISO6400 Fuente: Emil Martinec 19
  • 20. Rango dinámico y ruido (12/12)RD de la visión humana vs dispositivos mapeo de tonos 20
  • 21. 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 21
  • 22. 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 22
  • 23. 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 MEJORA EN LA NITIDEZ DE disparo evitaremos mejor LA IMAGEN una posible trepidación Cerrando más diafragma MEJORA EN LA PDC DE garantizaremos una mayor LA IMAGEN PDC -3EV 23
  • 24. 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 MEJORA EN Este “izquierdeo” del OTROS histograma permite ASPECTOS: relegar el ajuste de ENCUADRE, exposición a un segundo plano COMPOSICIÓN, ENFOQUE ... 24
  • 25. 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 Limpieza de ruido en las POSIBILIDADES sombras profundas DE PROCESADO ruido visible 25
  • 26. 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 26
  • 27. 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 -2 bits no hay posterización Foto cortesía de Bea Molina RAW 12 bits 27
  • 28. 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 -2 bits posterización Foto cortesía de Mika RAW 12 bits 28
  • 29. 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 es un mito S/N que siempre más Mpx = más ruido mejor relación S/N 29
  • 30. PARTE II ÓPTICA 30
  • 31. 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) 31
  • 32. 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 en Canon 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 32
  • 33. 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-C f/16 en FF 33
  • 34. 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. 34
  • 35. 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 35
  • 36. 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 D800ELímite deNyquist Estrella siemens Fuente: BartvanderWolf 36
  • 37. 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 37
  • 38. PARTE IIICAPTURA DIGITAL 38
  • 39. El derecheo del histograma (1/4) 0EV +4EV 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 capturas a ISO100 ISO100 ISO1600 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 capturas a igual apertura/velocidad Peligros del derecheo: saturación de las altas luces y trepidación 39
  • 40. El derecheo del histograma (2/4) La calidad del la captura es CALIDAD DE LA CAPTURA DIGITAL mayor cuanto mayor es la exposición lograda en el RAW... ...pero cuidado: la pérdida de calidad por saturación es abrupta zona de Derechear aumenta además el máxima número de niveles capturados calidad pero en realidad la mejora de calidad solo se percibe en forma de menor ruido nivel de exposición subexposición saturación Si el ruido no es un problema en tu aplicación, derechear no tiene utilidad práctica 40
  • 41. El derecheo del histograma (3/4)niveles vacíos derecheo sobreexposición T=1/200s f/4 T=1/100s f/4 T=1/50s f/4 41
  • 42. El derecheo del histograma (4/4) Para tener más precisión en el balance tungsteno 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 UniWB 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) 42
  • 43. 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 ISO100 ISO1600 ISO100 ISO1600 Pentax K5 Canon 350D 43
  • 44. 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 finalNikon (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 finalSensores 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 44
  • 45. Visor electrónico vs visor óptico Sin problemas de refresco vs  Previsualización (exp., bal. blancos,…)  Aviso de zonas quemadas/subexpuestas  Histograma  Focus peaking  Cobertura 100%  Horizonte artificial  Distintos formatos 45
  • 46. 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 46
  • 47. 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 47
  • 48. 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 48
  • 49. 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 49
  • 50. PARTE IVPROCESADO DE IMAGEN 50
  • 51. 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 BIEN MAL balance de blancos de ‘Luz de día’ MAL BIEN balance de blancos personalizado 51
  • 52. 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 = 52 G = 122 B = 105 WB R = 122 G = 122 B = 122 52
  • 53. 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) 53
  • 54. “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 54
  • 55. “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) 55
  • 56. 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 56
  • 57. Perfiles de color (2/4) 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 57
  • 58. Perfiles de color (3/4) 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 58
  • 59. 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 59
  • 60. Uso inteligente del histograma Revisamos el artículo completo: ‘EL HISTOGRAMA. ESE INVITADO INESPERADO’USOS CORRECTOS DEL HISTOGRAMA La exposición La gestión de color El enfoque Las dominantes de colorUSOS 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 60
  • 61. 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 RAW canal B del RAW 61
  • 62. 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 62
  • 63. gracias