martes, 15 de mayo de 2018

Histogramas RAW en cámaras digitales. Petición en CHANGE.ORG

Cuando se toma una fotografía con una cámara digital, todo lo que sabe la mayoría de usuarios es que obtendrán una imagen final en formato JPEG, y eso es la foto. Fin.



Pero hay más, y los aficionados un poco avanzados lo conocen. Previamente a obtener la anterior imagen la información capturada por el sensor de la cámara se almacena en un archivo digital intermedio denominado archivo RAW (de crudo o en bruto), que por analogía suele referirse como el negativo digital.

Para entender la estructura de los datos RAW es preciso saber que en cada píxel (fotosito) del sensor la cámara solo captura una de las tres componentes de color: roja, verde o azul, siguiendo en la inmensa mayoría de modelos una distribución de filtros de color conocida como matriz de Bayer:

Fuente: Wikipedia


El archivo RAW no puede visualizarse como una imagen válida en color sin un proceso de revelado RAW previo que implica varios pasos, entre ellos y de forma obligada la interpolación de las dos componentes RGB que nos faltan para formar el color en cada píxel. Este paso se denomina demosaicing y existen algoritmos con diferentes prestaciones para llevarlo a cabo.

En la siguiente imagen puede verse el patrón de Bayer de un ojo de la anterior fotografía, mostrando las luminosidades relativas tal y como son capturadas por el sensor.



Y a continuación el resultado del revelado RAW para la misma área de la fotografía, donde ya podemos hablar de color al tener las tres componentes RGB en cada píxel.



Este proceso lo realizan internamente todas las cámaras digitales, y salvo configuración para que ocurra de otro modo, una vez ha sido almacenada la imagen final en formato JPEG el archivo RAW es eliminado.

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Las cámaras digitales disponen de un histograma de la imagen capturada en base al cual es sencillo saber si ha habido sobreexposición (exceso de luz capturada). Por desgracia, y precisamente porque la mayoría de usuarios de cámaras digitales ignoran la existencia del archivo RAW, el histograma que muestran las cámaras es el de la imagen JPEG final, en lugar de ser el del propio archivo RAW (aunque no puede visualizarse, calcular su histograma es igual de sencillo que hacerlo del JPEG).

Lo siguiente es lo que mostraba la cámara para una exposición máxima antes de empezar a sufrir saturación por sobreexposición. Lo sabemos porque el histograma está desplazado a la derecha pero sin llegar a "tocar" el extremo derecho del mismo. La cámara también nos muestra sobre la propia fotografía indicios de saturación en forma de dos pequeñas manchas negras en el brillo lateral del cepillo de carpintero y en una parte luminosa del mueble.



Qué pasa si analizamos el archivo RAW correspondiente y calculamos su histograma?. Con Histogrammar, un sencillo programa que desarrollé hace tiempo, calculamos este histograma RAW con el eje X en formato logarítmico. Es una escala muy intuitiva para el fotógrafo porque cada una de las divisiones verticales equivale a duplicar o reducir a la mitad la cantidad de luz recibida por la cámara.



Vemos que nos queda un importante margen de aprox. 1,5 EV (pasos de luz). Es decir, aunque el archivo JPEG estaba a punto de empezar a saturar, aún podríamos haber capturado hasta 21,5=2,8 veces más luz sin que el archivo RAW empezase a sufrir ninguna saturación real. El JPEG que entregan las cámaras es en general una versión sobreexpuesta y por tanto pesimista en cuanto a información disponible del archivo RAW.

Por qué interesa tanto el archivo RAW? porque quienes quieren sacar el máximo partido de una cámara digital no contemplan nada que no sea disparar en modo RAW (incluso los móviles tienen este modo si se usan las Apps adecuadas). El RAW es un archivo virgen que, aún requiriendo trabajo extra, permite obtener resultados finales de mayor calidad que el JPEG.

Y por qué interesa exponer al máximo el RAW si nuestro JPEG se veía bien? porque como en todo sistema de muestreo digital, la calidad medida como relación S/N es mayor cuanto mayor sea el nivel de señal registrado. En otras palabras, cuanto más expuesta (siempre sin quemar zonas de altas luces de interés) esté una captura digital, mayor calidad técnica tendrá la fotografía obtenida. No será problema reducir su luminosidad durante el revelado RAW para que la imagen final se muestre con la exposición que deseamos.

Vamos a ver qué aspecto tendrían tanto el JPEG de la cámara como el histograma del RAW si sobre la misma escena aumentamos la exposición justo hasta antes de empezar a saturar el archivo RAW. Como puede verse el JPEG aparece fuertemente saturado: todo el fondo e importantes partes del mueble aparecen marcadas en negro, y también lo delatan los histogramas concentrados en forma de pico en el lado derecho.



Sin embargo mirando el histograma RAW sabemos que tenemos la mejor captura posible: no hemos perdido ninguna información por saturación y maximizamos la relación S/N.



Un correcto revelado RAW de esta segunda captura nos proporciona una imagen final sin ninguna zona sobreexpuesta y donde se garantiza una mínima presencia de ruido.



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Por todo lo anterior he abierto en CHANGE.ORG una petición a los fabricantes de cámaras digitales para que incluyan en sus productos la opción que posibilite mostrar el histograma de los archivos RAW. De ese modo quienes disparamos en RAW lo tendremos mucho más fácil para obtener exposiciones perfectas y sacar el máximo partido de nuestras cámaras, sin tener que estimar la calidad de las capturas en base al archivo JPEG de salida.

Si te interesa la fotografía o conoces a algún fotógrafo profesional o aficionado, no dudes en animarle a que se sume a la causa en el siguiente enlace:


"Digital camera manufacturers (Canon, Nikon, Sony, Pentax, Olympus, Panasonic, Fujifilm, Leica): many of your customers shoot RAW and have to guess the exposure based on a JPEG file, which doesn't correspond with the real RAW exposure.

Please help us achieving accurate RAW exposure by including an option for RAW histograms and RAW highlight clipping warning on your digital cameras. It's simple for you, it would help a lot to take higher quality pictures."

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