El formato raw. Sus ventajas III – El procesador

Ver atículo anterior: EL formato raw. Sus ventajas II- Bits

Supongo que todo el mundo comprende que una imagen antes de ser JPEG antes ha tenido que ser raw, es decir, todas las imágenes se toman en formato raw y luego sufren un proceso en la cámara (o lo realizamos nosotros en el ordenador) que nos las entrega en JPEG.

No todos los reveladores raw son iguales. Hay algunos mucho mejores que otros. Pero si hay una cosa cierta, los reveladores que funcionan sobre un ordenador, en general, son mejores que los incluidos internamente en la cámara. Los procesadores de las cámaras son muy inferiores a los de un ordenador. Están construidos con ciertas limitaciones (deben ser pequenos y ligeros, no pueden consumir mucho, no pueden calentarse demasiado y deben ser baratos). Los procesadores de ordenador no tienen tantas limitaciones (por ejemplo, pueden tener ventiladores, incluso algunos usan refrigeración líquida, no tienen restricciones de tamaño). Además la cámara tiene recursos limitados como la memoria, suele ser escasa con respecto a la utilizable por un ordenador. El procesador debe hacer la conversión lo más rápidamente posible, a nadie le gusta esperar a que la cámara termine de procesar una imagen. Por lo tanto, la cámara debe utilizar algoritmos mucho más simples para conseguir la conversión, por el contrario en un ordenador se pueden usar algoritmos mucho más complejos. Esto permitirá obtener archivos con más detalle que los que han sido convertidos en la cámara.

Por lo tanto, la ventaja en este caso sigue estando de parte del raw. De todas formas hay que decir que esto es teoría. Es imposible ilustrarlo con ejemplos ya que en una foto sacada con la cámara en JPEG o convertida en ordenador desde un raw es imposible discriminar que diferencias son debidas a los algoritmos o a los otros factores de los que se habla en estos artículos.

Ver artículo siguiente: El formato raw. Ventajas IV – Enfoque.

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
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

El formato raw. Sus ventajas I- Flexibilidad

Un buen amigo acaba de comprase una cámara: la Olympus 410, que seguramente le dará muchas alegrías, hablando sobre el tema ha salido a colación que las fotos que hasta ahora ha sacado lo ha hecho en formato JPEG. Seguramente el formato le conviene, no tiene demasiado tiempo para dedicarle después al postproceso y así ya las tiene terminadas. Es un punto de vista, pero en la mayoría de ocasiones está motivado por desconocimiento de las posibilidades del raw, incluso por ideas erróneas circulando por la red, en las que se dice que requiere mucho tiempo de procesado.

Disparar en raw sirve para exprimir todas las posibilidades de la máquina y sus ventajas son desconocidas para los profanos. Si se establecen una serie de pasos para su revelado no tiene ni siquiera que llevarnos más tiempo. La mayoría del tiempo que pasamos revelando un raw es para mejorar la foto no por el revelado en si.

Así pues comienzo una serie de artículos en los que detallaré cada una de las ventajas del formato Raw y sus incovenientes, con dicha información cada uno tendrá los suficientes datos para decidir si es mejor disparar en un formato u otro. Personalmente uso solo raw, independientemente del tipo de foto que sea.

I – Flexibilidad

Una de las mayores ventajas del raw es la flexibilidad.

Cuando disparamos en JPEG, el balance de blancos, la curva de tonos, el enfoque, la saturación, la cantidad de compresión y otras elecciones son realizadas por la máquina y guardadas en el archivo. La máscara de enfoque y la compresión son irreversibles, una vez realizados no se pueden corregir, se podría dar algo de desenfoque para contrarrestar la máscara aplicada por la cáamra, pero no es lo mismo, se degrada la imagen. Si la máquina no evalúa bien el balance de blancos (habitual, por ejemplo, en fotos de interior, que salen amarillentas) en JPEG es posible realizar ciertas correcciones, pero a costa de cierto degradado de la imagen.

Todo esto sería comparable a si cuando en una cámara analógica utilizamos una película no adecuada para la situación a la que queremos. Por ejemplo la película Velvia se caracteriza por dar mucho contraste y saturar los colores, por ello es muy adecuada para fotos de paisaje en los que nos atraen los colores saturados. Sin embargo, cuando queremos hacer un retrato no nos gustan los colores de piel con mucha saturación, si por error usamos una película Velvia para una sesión de retratos conseguiremos personas con los colores «subiditos». Y después eso es difícil de corregir a posteriori, además muchos no tenemos los medios para poder hacerlo.

Todos esto ocurre exactamente igual en la cámara, esta utiliza unos parámetros a la hora de tomar la foto, en ocasiones puede equivocarse o hacerlo nosotros en algunos parámetros que la máquina nos permite modificar.Una vez sacada la foto si intentamos cambiamos esos parámetros puede ser muy difícil, en digital tenemos más posibilidades que en analógico, pero no tiene que ser necesariamente fácil o posible. Por ejemplo, se puede haber perdido detalles en las sombras o en las luces debido a la curva aplicada por la cámara, en algunos casos será difícil recuperar la información, en otros será imposible.

Ver artículo siguiente: El formato raw. Sus ventajas II- Bits

 

Que determina el rango dinámico

Puedes leer el artículo anterior sobre rango dinámico en: El rango dinámico de nuestros ojos y el de las camaras

 Los pixeles o fotositos es el mayor factor para determinar el rango dinámico. Por ello hablaremos algo sobre como funcionan para saber cual es la importancia en el rango dinámico que podrá captar la cámara. La luz, en forma de fotones, llega a los pixeles. Previamente ha pasado por unas microlentes que los dirigen hacia ellos. Una vez dentro, los fotones interactúan con un material semiconductor disponible en cada pixel, transfiriendo su energía a los electrones de las moléculas del material semiconductor. Esto da sufiente energía para moverse por una banda de conducción. Se aplica un voltaje al pixel, este crea una corriente que mueve los electrones a un lugar donde son almacenados hasta que son mensurados. Esa medida de la carga eléctrica sirve para calcular la cantidad de luz que ha alcanzado al pixel.

Pero existe un problema, cada pixel está limitado por la cantidad de electrones que puede almacenar. Cada pixel lo podemos comparar con un cubo. Si ponemos el cubo en el exterior, un día de lluvia este comenzará a llenarse. Más tarde una persona puede recoger ese agua y medir la cantidad de agua que ha entrado en el cubo. Sin embargo, cuando el cubo se llena las gotas de lluvia rebosarán y el cubo no nos servirá para determinar la cantidad de agua recogida.

Un pixel es similar a ese cubo. Como hemos visto cuando la luz incide en el pixel se acumula una carga eléctrica que podemos medir. A partir de esta medida sabemos la cantidad de luz que ha alcanzado cada pixel del sensor. Esto ocurre hasta que se alcanza la máxima capacidad que se puede almacenar de carga eléctrica. En ese punto el pixel no puede recopilar más información. Cualquier fotón adicional, en cierto sentido, rebosará. Debido a esto no será posible determinar cuanta luz adicional a alcanzado el pixel. Cuando esto ocurre las luces se queman y se pierden los detalles. Es decir, en los pixeles que reciban un 100% de la máxima cantidad de luz que es posible recopilar tendremos una lectura exactamente igual que si recibe un 200% o cualquier otra lectura superior, es decir en esos pixeles tendremos blanco puro, la misma lectura en todos.

Volvamos ahora sobre el ejemplo del cubo. Imagina que anuncian una gran tormenta y alguien quiere medir la cantidad de lluvia de dicha tormenta. Sin embargo el cubo que suele usar para medir la cantidad de lluvia es pequeño para lo que se considera que va a caer. ¿Que haría esa persona?. Fácil, colocaría un cubo mayor. Cuanto más grande fuese el cubo mayor cantidad de lluvia podría medir.

Ocurre lo mismo con los sensores, si los ingenieros que los diseñan desean medir mayores cantidades de luz pueden crear sensores con pixeles más grandes. Un pixel más grande captura una cantidad mayor de fotones y por lo tanto almacena una carga eléctrica mayor. Por lo tanto, si aumentamos el tamaño de pixel incrementamos el límite superior del rango dinámico captado. Por esa misma razón las cámaras de gran formato tienen mayor rango dinámico que las cámaras reflex y estás últimas más que las compactas. Se debe a que las primeras tienen los sensores más grandes, lo que les permite tener pixeles más grandes y las compactas tienen los sensores más pequeños por lo que sus pixeles tambien lo son. Por supuesto, incrementar el tamaño de los pixeles no es tan fácil como decirlo. El tamaño del sensor y la circuitería para le proceso de la señal son los que limitan el tamaño final de de los pixeles del sensor.
La parte inferior del rango dinámico viene determinad, principalmente, por el ruido. Como vimos en el primer artículo sobre el rango dinámico, este solo incluye aquellos tonos que tienen un detalle preciso. Sin embargo, mantener detalles precisos en las sombras es un handicap por dos razones. En primer lugar la proporción de señal-ruido tiende a degradarse conforme los tonos son más oscuros. Y en segundo, la habilidad del sistema visual humano para distinguir detalles disminuye conforme la luz que entra en el ojo es menor.

Por lo tanto, conforme los tonos son más oscuros, el ruido se incrementa en relación a la señal haciendo cada vez más dificil distinguir los detalles del ruido, al mismo tiempo, la habilidad de nuestros ojos para distinguir los detalles en las sombras disminuye. Llegado ese punto, alcanzamos la parte inferior del rango dinámico. Esto no significa que la cámara no puede recoger información en zonas más oscuras. De hecho, la cámara recoge información en varias zonas más oscuras. Sin embargo, esas zonas no disponen detalles que el ojo humano pueda distinguir. Por lo tanto, esos tonos no se consideran parte del rango dinámico.

Visto lo cual, vemos que el tamaño de los pixeles y el ruido son los dos factores más importantes a la hora de determinar el rango dinámico. Hay otros factores (como el diseño de las microlentes), pero generalmente son menos significantes.

El rango dinámico de nuestros ojos y el de las cámaras

Tienes una definición de rango dinámico en este otro artículo: Rango dinámico

El rango dinámico en la naturaleza es muy grande. Esta diferencia tonal en la naturaleza no es un problema para el ojo humano. Nuestros ojos se ajustan rápidamente a los cambios de luminosidad. En el momento que la luz entra en el ojo, pasa a través de la pupila. Esta tiene una función consistente en regular la cantidad de luz que entra al ojo, para ello cambia de tamaño en función de la cantidad de luz recibida. Esta habilidad es posible porque la pupila esta rodeada del iris. El iris se compone de un tejido que une la pupila con una serie de músculos, que son los responsables de que la pupila se contraiga o expanda en respuesta a los cambios de intensidad lumínica. Estos tres elementos, la pupila, el iris y los músculos son los responsables del increíble rango dinámico de nuestros ojos. Debido a ello, cuando una persona mira a un área sombría, la pupila se expande dejando entrar mucha más luz, y al revés, cuando miramos a una zona más luminosa la pupila se contrae para disminuir la cantidad de luz que recibimos. Debido a ello nos es posible mirar a una sombra durante un segundo y a una zona luminosa en el siguiente y vemos detalles en ambos.

Por otra parte tenemos la cámara, que funciona de forma similar a como lo hace la pupila humana, para ello dispone del diafragma, podemos abrirlo o cerrarlo a voluntad para dejar pasar más o menos luz. Realmente, si tomásemos el rango dinámico que tendría una cámara si disparásemos a la misma velocidad a lo largo de todas de cada una de las aberturas de diafragma que nos permitiese un objetivo y pudiésemos combinar esas imágenes, estaríamos ante el mismo caso que el del ojo humano, podríamos captar información tanto en las luces como en las sombras, incluso una mayor cantidad. Sin embargo, como sabemos, estamos limitados: En la cámara solo podemos tomar información (una foto) con una determinada abertura del diafragma. Es lo mismo que ocurriría en nuestro ojo si la pupila se mantuviese invariable y siempre con el mismo tamaño. La información disponible en cada toma será la que determine el rango dinámico de nuestra cámara.

Como conclusión sacamos que el ojo humano tiene un rango dinámico mucho mayor que nuestra cámara. Debido a que a la cámara no le es posible adaptarse rápidamente, como lo hace el ojo, está limitada y no puede capturar siempre todos los tonos que el ojo humano puede ver, cuando ocurre eso los tonos se recortan. Esos tonos se pierden para siempre.

Puedes leer el artículo siguiente sobre rango dinámico en: Que determina el rango dinámico

Rango dinámico

Siendo Rango dinámico el nombre de este blog era casi necesario que le dedicase uno o varios artículos para hablar sobre él, así pues comienzo definiendo lo que es:

Antes de saber que es el rango dinámico deberemos saber que es un rango tonal: Cada escena que fotografiamos tiene zonas de distinta luminosidad, esa cantidad de luz se puede asociar con un tono de gris, así pues podemos crear una escala de distintos grises que vayan desde el negro hasta el blanco, cada uno de los grises será el equivalente a una determinada cantidad de luz, desde la sombra más oscura, hasta la luz más luminosa, por lo tanto, un rango tonal, como la propia palabra indica sería un espacio determinado dentro de la escala en la que entrarían una parte de los tonos presentes en la escena.

El rango dinámico es un aspecto muy importante en fotografía, básicamente el rango dinámico de una cámara o de una película determina que cantidad de rango tonal de una escena será capturado en una imagen. Las cámaras con un gran rango dinámico capturan una mayor cantidad del rango tonal de la imagen y consecuentemente las de menor rango dinámico capturarán un rango tonal menor.

Las cámaras tienen un problema: en ocasiones no pueden capturar todo el rango dinámico de una escena, incluso al convertir a JPEG eliminan parte del rango que han capturado y nunca se recupera, sin embargo disparando en raw si es posible recuperar ese rango eliminado (aunque eso será debate para otro artículo)

Desde una perspectiva práctica, el rango dinámico es el rango desde los tonos más oscuros a los más claros en los que hay un detalle preciso. En esa definición hay un punto crucial: el rango dinámico solamente incluye aquellos tonos con detalle precisos. Las cámaras digitales son capaces de capturar tonos que no tienen detalles precisos, poseen demasiado ruido para considerarse utilizables. Esos tonos no tienen demasiado uso para los fotógrafos y por lo tanto no se consideran parte del rango dinámico de la cámara.

El rango dinámico se mide a menudo en pasos de diafragma. cuando la luz se incrementa en un paso, la cantidad de luz se dobla (si vamos en la otra dirección, se dividiría a la mitad). Por ejemplo, un fotógrafo puede decir que dobla su exposición abriendo un paso el diafragma. Debido a que un paso equivale al doble de luz, el rango dinámico en pasos se puede convertir facilmente a ratios de luz. la tabla 1 muestra una comparación del rango dinámico expresado en pasos de diafragma y ratios de luz. Como se puede ver en la tabla, una cámara con un rango dinámico de 6 pasos puede capturar tonos de tal forma que los más luminosos son 64 veces más brillantes que los más oscuros, mientras qeu una cámara con un rango dinámico de 10 pasos puede capturar tonos tales que los más luminosos son 1.024 veces más brillantes que los tonos más oscuros.

Tabla 1
Pasos	Ratios de luz
1	1:2
2	1:4
3	1:8
4	1:16
5	1:32
6	1:64
7	1:128
8	1:256
9	1:512
10	1:1.024
11	1:2.048
12	1:4.096

Puedes seguir leyendo más sobre rango dinámico en el siguiente artículo: El rango dinámico de nuestros ojos y el de las camaras