Rango dinámico

No es otro blog más sobre fotografía

EL formato raw. Sus ventajas II- Bits

Posted by caiser en septiembre 20, 2007

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      
Niveles de luz JPEG RAW  
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

19 comentarios to “EL formato raw. Sus ventajas II- Bits”

  1. hodari said

    Muy didáctico y bien explicado.
    Donde más se empieza a notar la diferencia entre esos 8 bits del jpeg o los 12 del raw es cuando empezamos a retocar la foto y queremos sacar información de ciertas zonas, información que en el jpeg no existe y sí en el raw.

  2. […] Publicado por caiser on 21/09/07 Ver atículo anterior: EL formato raw. Sus ventajas II- Bits […]

  3. […] tendremos cierta degradación. Incluso el propio espacio tiene cierta degradación. Las mismas ventajas aplicables al raw por la cantidad de bits son adaptables al espacio de color. Al trabajar con un […]

  4. […] Ver artículo siguiente: El formato raw. Sus ventajas II- Bits […]

  5. […] artículos del blog son los siguientes: El formato raw. Sus ventajas I- Flexibilidad El formato raw. Sus ventajas II- Bits El formato raw. Sus ventajas III – El procesador El formato raw. Ventajas IV – Enfoque. El formato […]

  6. […] El formato raw. Sus ventajas II- Bits […]

  7. _GUI_ said

    Hola Caiser. El artículo está bien, pero hay un error importante de concepto respecto al JPEG: has calculado una distribución de niveles por diafragma en el JPEG como si éste fuera un archivo lineal, pero no lo es. Es decir, el formato JPEG ni es lineal ni deja de serlo, pero la información que la cámara almacena en un archivo JPEG ya no es lineal sino de gamma compensada.

    Eso quiere decir que mediante una curva (gamma) se ha realizado previamente a la conversión a 8 bits una expansión de las sombras/compresión de las luces de modo que los niveles por diafragma quedan mucho más uniformes que en una situación lineal.

    En concreto un JPEG pese a tener solo 8 bits es perfectamente capaz de albergar 8 diafragmas; basta para ello acomodar los niveles de la imagen original con una curva adecuada (Photoshop o en la propia cámara). En el caso de reparto óptimo tendríamos 256/8=32 niveles tonales por diafragma, que es perfectamente aceptable.

    Salu2

  8. caiser said

    No recuerdo si en este artículo o en este otro al escribirlo pensaba, si viene GUI me estira de las orejas, sobre todo por decir que tenemos 5 diafragmas. Tienes toda la razón, ahora releo el artículo, en los que trataban el rango dinámico ya hice la puntualización de que no eran datos reales sino que se utilizaban para comprender mejor la situación, aunque era una situación parecida no igual.

    Saludos

  9. _GUI_ said

    mmmm no pero es que no va por ahí la cosa. la aproximación de los 5 diafragmas, a efectos didácticos es totalmente correcta. de hecho decir que una cámara tiene X diagramas es en realidad subjetivo, porque significa decir que tiene X diafragmas donde el ruido no es lo bastante apreciable para arruinar mi información. y eso cómo se mide?

    La corrección que te hago va por el tema de la linealidad del JPEG. Un JPEG es un archivo donde se guardan datos ya procesados con una compensación gamma aplicada. Eso quiere decir que no es correcta la distribución 128, 64, 32,… niveles para cada diafragma en JPEG. Eso sería en un RAW lineal de 8 bits por ejemplo, que que yo sepa no existe.

    En el JPEG los niveles se repartirían así (hago la aproximación de suponer que no aplicamos ninguna curva adicional, que podría uniformizarlos todavía más. solo la curva gamma de 2.2.

    JPEG: calculamos los niveles que delimitan los diafragmas
    255*((1/2^0)^(1/2.2))=255
    255*((1/2^1)^(1/2.2))=186
    255*((1/2^2)^(1/2.2))=136
    255*((1/2^3)^(1/2.2))=99
    255*((1/2^4)^(1/2.2))=72
    255*((1/2^5)^(1/2.2))=53
    255*((1/2^6)^(1/2.2))=39

    Y seguiríamos así hasta llegar al 0

    Así que ¿cuántos niveles en un rango de 8 bits dedicamos a cada diafragma? empezando por las altas luces:
    Al 1º: 187..255=69 niveles (contra 128 que habría tenido en lineal)
    Al 2º: 137..186=50 niveles (contra 64 que habría tenido en lineal)
    Al 3º: 100..136=37 niveles (contra 32 que habría tenido en lineal)
    Al 4º: 73..99=27 niveles (contra 16 que habría tenido en lineal)
    Al 5º: 54..72=19 niveles (contra 8 que habría tenido en lineal)
    Al 6º: 40..53=14 niveles (contra 4 que habría tenido en lineal)

    Como ves la gamma “protege” los diafragmas bajos asignándoles más niveles; que por supuesto sustrae de los altos que iban relativamente sobrados.

    Salu2

  10. […] 4.096 niveles de tonos (para una explicación más precisa de porque hay 4.906 tonos puedes leer el artículo sobre las ventajas del raw en el que se habla de bits). Ya hemos visto que el sensor captura la […]

  11. caiser said

    Gracias poe los datos GUI, he modificado la tabla para hacerla más real y he eliminado el comentario que había puesto para explicar poruqe no eran reales los anteriores.

    Saludos

  12. Øuantum³ said

    “Raw es de 12 bit, es decir, disponemos de 4.096 tonos para recoger toda la información.” Dice el articulo (muy bueno, por cierto). Pero mi pregunta es: 4.096 tonos por cada canal o en los 3 canales RGB…

  13. Øuantum³ said

    Otra pregunta que tengo es: Se puede, photoshop mediante, incrementar los valores de las sombras y sombras profundas? Obviamente, tomando la fotografía no sólo en RAW, sino también sobreexpuesta a propósito, cosa que las sombras no llegen a ser tan profundas y por ende, no lleguen a niveles tan bajos de posibilidades tonales?

  14. Øuantum³ said

    Con respecto a mi pregunta “Se puede, photoshop mediante, incrementar los valores de las sombras y sombras profundas?” Agrego “Lightroom mediante” también🙂

    Y aprovecho para hacer una pregunta más, según lo que deduzco de este gran artículo:

    A mayor cantidad de diafragmas, obtengo mayor cantidad de variaciones tonales? Por lo que entiendo, 4.096 variaciones es el límite, por ende, no importa la cantidad de diafragmas. Estos unicamente ampliarán el rango dinámico de la fotografía, pero no así la cantidad de 4.096. Para aumentar ese número habría que aumentar los bits del RAW. Estoy en lo cierto?

  15. jazmin said

    pues nosotros usamos los colores para la mas rapida localuzacion de documentos, ya que esto nos sirve para entender y comprender de la mas rapida manera de entendimiento para entender el como podemos buscar en determinado momento.

  16. Øuantum³ said

    Jazmin, perdón pero… No entendí nada ^^

  17. Jorge Mesa said

    Porque al sumar los niveles en los JPG no da 255?
    y en los RAW no da 4092?

  18. […] 12 bits con lo cual al retocar hace que pierdas menos detalle/calidad. Mas Info por ejemplo aqui: EL formato raw. Sus ventajas II- Bits Rango dinmico Aqui completo: Artculos Rango dinmico __________________ 50D + Tamron 17-50 + Tamron 18-270 […]

  19. […] […]

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s

 
A %d blogueros les gusta esto: