EL formato raw. Sus ventajas II- Bits

Ver artículo anterior: El formato raw. Sus ventajas I- Flexibilidad

Como ya hemos visto el raw posee grandes ventajas evidentes sobre el JPEG, lograremos con su uso imágenes de más calidad. Sin embargo, de lejos, la mayor ventaja para obtener una calidad final mejor con el raw con respecto al JPEG son los bits.
Seguramente si te digo que en un archivo se trabaja a 8 bits y en otro a 12 bits, si no tienes ni idea que son eso de los bits pensarás que la diferencia es pequeña y no muy importante, así pues vamos a ver que es un bit y porque tiene tanta importancia en la calidad final de la imagen.

Nosotros usamos un sistema decimal, es decir, utilizamos 10 cifras para representar todos los números posibles, desde el 0 hasta el 9. Esto es debido a que los humanos tenemos 10 dedos, así que hemos adaptado nuestro sistema a una forma fácil de comprender y asimilar, seguramente si hubiésemos tenido ocho dedos como en los tebeos usaríamos un sistema octal, desde el 0 al 7.

Sin embargo, los ordenadores trabajan de otra forma. Imaginemos que la memoria de un ordenador está compuesta de celdillas, cada una de estas celdillas solo puede tener dos valores, a cada uno de estos valores se ha asociado con cifras que ya conocemos, el 0 y el 1, y además se le ha dado un nombre bit. Sería un sistema binario, solo disponemos de dos valores en contraposición al decimal que dispone de 10.

La forma de utilizar un sistema binario y un decimal es exactamente la misma. Para comprenderlo utilizaremos la nomenclatura que ya conocemos del sistema que usamos, el decimal. Imaginemos que nuestro sistema decimal se compone también de celdillas, pero cada una de estas tiene posibilidad de tener 10 valores distintos. La primera celdilla (en realidad la última) es la celdilla de las unidades. Podemos sumarle cada vez una unidad a esa celdilla e iremos recorriendo todos los valores, en el momento que alcancemos el último valor, el nueve, necesitaremos de una nueva celdilla, las decenas, para representar el siguiente número, el 10. Bien, pues en el sistema binario ocurre exactamente lo mismo. Tenemos las celdillas, si vamos incrementándolas de uno e uno iremos creando una serie en binario, tomamos la primera celdilla (la que en decimal eran las unidades). Como hemos visto solo puede tener dos valores, 0 y 1, si ya tenemos el uno y le sumamos otra unidad necesitaremos echar mano de una nueva celdilla y ocurre como en el decimal, en la que sería la segunda celdilla ponemos un 1 y en la primera un 0. Así pues se puede ir creando una serie en la que vamos sumando cada vez una unidad 0,1,10,11,100,101,110… Esta serie sería el equivalente a nuestro 0,1,2,3,4,5,6…

Antes de continuar deberemos pasar a decimal la información que podemos conseguir en binario para comprender de cuanta información hablamos. Ya que decir que se dispone de 8 bits, 12 ó 14 no nos da la suficiente información si no estamos acostumbrados a un sistema binario. En el sistema decimal se puede conseguir la información disponible con potencias de 10, es decir, si solo tenemos una unidad de información tendremos 10 valores, si disponemos de dos unidades de información (unidades y decenas) tendremos 10², o lo que es lo mismo 10 x 10=100 valores, si usamos las centenas dispondremos de 10³, osea 10 x 10 x 10=1.000 valores.

En binario ocurre exactamente igual pero en base 2, es decir si disponemos de una celdilla, tendremos 2 unidades de información, si hay 3 celdillas hay 23, es decir 2 x 2 x 2 = 8 unidades de información.

Ya podemos empezar a comprender la información que manejamos cuando hablamos de bits, se puede decir que cada vez que utilizamos una celdilla más (un bit más) estamos doblando la cantidad de información disponible.

Los archivos JPEG son de ocho bits. Esto significa que cada pixel registra 2⁸ = 256 niveles de intensidad de luz. Aunque realmente el valor de 8 bits se ha simplificado, hablando con corrección hay 3 veces más información, ya que cuando decimos 8 bits nos estamos refiriendo a 8 bits por color. Así pues en JPEG estamos guardando 256 valores de luminosidad de rojo, otros tantos de verde y la misma cantidad de azul, esto nos daría 256³ = 16.777.216 posibles colores disponibles para usar en JPEG. Una cantidad considerable.

Los ficheros raw más habituales trabajan con 12 bits (para simplificar, a partir de ahora asumiremos que el raw tiene 12 bits, aunque en la realidad también existen de 14 y 16 bits). Es decir, tenemos 2¹² = 4.096 niveles de luminosidad disponibles. Al igual que en JPEG, tendríamos tres canales de color, es decir cada color dispondría de 4.096 niveles de luminosidad (en raw esto no es cierto por la forma en que trabaja el sensor con matriz Bayer, sin embargo al aplicar la interpolación es cuando aparecen esos colores, consideraremos pues que los datos no son los del raw sino del archivo con la interpolación Bayer aplicada). Por lo tanto, en raw tenemos disponibles 4.096³ = 68.719.476.740 de colores disponibles. Esto es, 4.096 veces más colores que los disponibles en JPEG.

Se considera que el ojo humano puede solo ver 16.000.000 de colores, más o menos los que tenemos en JPEG. Es decir, no podemos ver la diferencia en la cantidad extra de colores producidos por el raw. Entonces, si no podemos ver todos los colores producidos por el raw ¿Dónde está la ventaja de trabajar con ese formato y porque conseguimos más calidad?. Primero hay que saber como funcionan los sensores. Estos son dispositivos lineales, es decir, cuando la cantidad de luz que llega al sensor se dobla la información que se obtiene del sensor también se dobla. Aunque dicho así no parece muy problemático, para trabajar con JPEG puede serlo. El problema se comienza a revelar cuando vemos los bits en conjunción con el rango dinámico del sensor. El rango dinámico es una medida del intervalo de valores tonales que un dispositivo puede obtener con detalle. En otras palabras es la distancia tonal entre el punto más oscuro en el que el dispositvo obtiene información y el más luminoso. El rango dinámico se mide en pasos de diafragma. Si la luz se incrementa en un paso, la cantidad de luz se dobla (si vamos en la otra dirección, evidentemente, se divide a la mitad). Por lo tanto, cuando fotografiamos podemos decir que doblamos la exposición al abrir las lentes en un paso.

Los sensores, en la actualidad, tienen un rango dinámico que puede ir de 5 a 8 pasos (según fuentes pueden ser 5 ó 6, otras hablan de 7 ó 10, depende del método usado para medir). Para nuestros propósitos consideraremos que nuestra cámara tiene un rango dinámico de 5 pasos. Los tonos que cada sensor puede suministrar deben distribuirse dentro de esos cinco pasos. El problema es que esos tonos no se distribuyen uniformemente a lo largo del rango dinámico de las cámara

Como hemos visto el sensor es lineal. Nuestra cámara recoge 5 diafragmas y sabemos que en cada uno de ellos se recoge el doble de luz que en el anterior. El raw es de 12 bit, es decir, disponemos de 4.096 tonos para recoger toda la información. La mitad de esa información se utiliza para recoger las luces altas, es decir 2.048 tonos, para las luces medias usaríamos la mitad, 1.024, así iríamos bajando, 512 para la zona media, 256 para las sombras y 128 para las sombras profundas, el resto no sería utilizable por el ruido.

Como sabemos esos datos son convertidos del raw que tiene 12 bits a 8 que tiene el JPEG, es decir, como hemos visto más arriba dispondríamos de 16 veces menos información en cada diafragma, aún así debido a la corrección gamma que se hace para convertir un fichero raw en JPEG la cantidad de tonos en las sombras no son 16 veces menores, se incrementan algo más los tonos de las sombras y se disminuyen los de las luces dandonos una situación como la de la tabla 1:

Tabla 1: Distribución de tonos en un rango dinámico de 5 diafragmas	Â	Â	Â
Niveles de luz	JPEG	RAW	Â
5 Diafragmas	69	2,048	Luces altas
4 Diafragmas	50	1,024	Luces medias
3 Diafragmas	37	512	Medios tonos
2 Diafragmas	19	256	Sombras
1 Diafragma	14	128	Sombras profundas

Podemos ver que los tonos no se distribuyen uniformemente a lo largo de los 5 pasos. La mayoría de los tonos se encuentran en las zonas más luminosas, y unos pocos tonos se encuentran en las zonas más oscuras. No es una buena noticia para los que usan JPEG: las zonas que se han expuesto a un solo paso de diafragma disponen solamente de 14 tonos para trabajar con ellos, sin embargo si disparamos en raw dispondremos de 128 tonos. Además, si tenemos en cuenta el sistema de visión humano las cosas empeoran. Nuestro sistema es más sensitivo a las zonas sombrías que a las luminosas. Es decir, si aumentamos la cantidad de luz en una zona en sombra tendrá mucho más impacto en nuestro sistema visual que la misma cantidad porcentual de luz aplicada sobre una zona luminosa. Así pues, nos encontramos ante una situación en la que tenemos una cantidad de datos menor en el área donde nuestro sistema visual es más sensitivo y esto se agrava sobremanera en el JPEG.

Ver artículo siguiente: El formato raw. Sus ventajas III – El procesador