El ruido digital part 1

 

El asunto del famoso ruido digital en altas sensibilidades y como reducirlo fue en su momento uno de los handicap de las cámaras digitales ya que no era como el grano de la película que transmitía cierto volumen, ambiente o textura a la imagen, sino que era y es, en muchos casos y con ciertas cámaras, un poco más desagradable.

Aunque en la imagen analógica el grano era aceptable e incluso estético, en la fotografía digital se ha asumido que el ruido es antiestético e indeseable, y creo que debemos cambiar en ciertos casos la opinión negativa que se tiene sobre el ruido digital.

Comencemos por el principio y así no nos perdemos: Como sabréis las películas tradicionales tenían los haluros de plata sensibles a la luz que se distribuían en la emulsión, y el tamaño de estos cristales es lo que definía o marcaba la sensibilidad de la película, a mayor tamaño, más sensible y por ello las imágenes granuladas.

 

 

 

Después de este ligerísimo repaso pasamos a nuestra era digital y a tratar el asunto del ruido digital o señal-ruido; S/N en la abreviación anglosajona.

Como sabéis los sensores están compuestos por una matriz de celdillas con fotodiodos o captadores en su interior. Estos captadores generan aparte de una señal eléctrica con la información captada, un ruido parásito más o menos fijo, o constante en presencia de luz e incluso en ausencia de la misma, que oscilará en relación con la temperatura de trabajo del sensor, generando datos al azar. Ese ruido parásito añadido a la señal o corriente eléctrica generada por el fotodiodo o captador será convertida en datos numéricos y se trasladarán en formato binario hacia la tarjeta dónde será almacenados dichos datos.

Señal: Es toda información significativa para construir un mensaje.

Ruido: Es cualquier otro dato que acompaña a la señal principal y que la ensucia, en el caso que nos ocupa, es un ruido base que luego es amplificado. Es válida la analogía con el amplificador musical o el simple potenciómetro de volumen: ¿Recuerdan el clásico “SSSHHHH” de fondo que escuchabamos en un equipo de música cuando elevabamos el volumen sin que hubiera ningún disco? ¿Y como ese “sssshhhh” aumentaba (aún lo podéis probar con cualquier dispositivo, subid el volumen sin poner nada y lo oiréis) según incrementábamos el volumen o sea amplificábamos la señal? Era consecuencia del propio circuito electrónico, cuanto mejor era el equipo y por tanto mejor calidad de los componente de la circuitería, menos señal-ruido había.

La sensibilidad de los sensores es fija, o sea, no tienen sensibilidades, tan sólo tienen una y se podría decir que es equivalente a un ISO 100. Por lo tanto las sensibilidades superiores e inferiores que nos ofrece la cámara no se logran por un incremento de la sensibilidad de los fotodiodos o captadores, sino por una amplificación posterior de la señal que estos emiten.

Por ello, cuando incrementamos la sensibilidad del CCD o Cmos, aumentado el valor de ISO estaremos haciendo algo parecido a subir el volumen, incrementado la actividad eléctrica, forzando el sensor de imagen, con el consiguiente incremento de ruido parásito en las fotografías, especialmente apreciable en las zonas de sombra.

Por tanto, a la hora de capturar una señal luminosa débil, sombras, fotografía nocturna…, y al hacer uso de un valor de ISO alto para ello, estamos amplificando igualmente los datos aleatorios o sea el ruido parásito fruto de la actividad eléctrica del sensor, que al mismo tiempo se verá incrementado tanto por tiempos largos de exposición (más de 2 segundos) como por altas temperaturas de trabajo del sensor.

 

El tamaño del píxel

Otro factor a tener en cuenta es el tamaño de los píxeles del sensor, a mayor tamaño de píxel menor ruido, a menor tamaño mayor ruido.

El ruido parásito se genera por los propios circuitos pero también por la interacción de los propios píxeles a través de su extrema cercanía, generando igualmente datos aleatorios (ruido) que se verán incrementados enormemente en el caso de amplificar la señal. Esto explica que los modelos con sensores con píxeles de mayor tamaño generen un nivel de ruido mucho menor que los modelos compactos, soportando los mismos valores de amplificación que éstas, pero con un nivel de ruido mucho más bajo en relación con el que generaría con una cámara compacta. Pero dentro del mundo de las réflex existen excepciones y lo podrán leer en la segunta parte de este tema.

 

 

A su vez, también es bueno saber que el ruido se suele manifestar en mayor medida en el canal azul del espacio de color RGB (Red, Green, Blue) y que posteriormente el ruido puede ser reducido a través de los softwares de edición sólo en ese canal sin afectar a los otros dos canales en la operación, pero esto es otra cuestión que quizás veamos en otro momento.

 

El truco de la prueba con fotografías en estudio

Cómo hemos visto, el ruido es especialmente apreciable en las zonas de sombra y por ello cuando las marcas muestran las fotografías de altas sensibilidades, normalmente suelen ser fotografías muy bien iluminadas y con flashes. En la prueba lo hice en exteriores y con un sólo flash pero es suficiente como para que se vea el efecto.

 

 

Esto es debido a que el flash así como congela el movimiento, al iluminar al objeto lo define y también reduce el efecto visible del ruido incluso en tomas complicadas o mixtas, en las cuales se equilibran la luz ambiente con la de flash, es una trampilla que es bueno que sepan para evaluar mejor las imágenes que el fabricante usa para convencer a los usuarios.

 

La red que todo lo aguanta

Hay gente que afirma, no sin error, que los ISO altos tienen menor ruido que los bajos y dan su explicación pero como casi siempre desde premisas erróneas.

 

 

En este caso el error es el siguiente: realiza una exposición a alta sensibilidad y luego con los valores de exposición de esa primera exposición hace una segunda a ISO 100, evidentemente le sale negra, pero luego con un software, el que sea, la aclara hasta dejarla igual de visible que la de alta sensibilidad y claro queda irreconocible, “hecha un cromo” y tan contento te muestra la evidencia, y encima lo explica de tal forma y datos técnicos que parece que es correcto pero no lo es, pero bueno, un despropósito más que debemos pasar por alto.

 

 

El ruido en altas sensibilidades

En primer lugar, indicar que el ruido de la mayoría de las cámaras réflex actuales dentro del los ISO nativos por llamarlo de alguna forma, los que no son H1, H2…, son bastante aceptables en su comportamiento y debemos aceptarlo y usarlo en nuestro favor al igual que se hacía en el analógico, no es la muerte. Por otra parte, este mismo ruido puede ser matizado por softwares como Real Grain o el Color Efex pro de Nik software que generan emulaciones muy buenas de grano analógico de diversas películas y que bien usado dan unos resultados magníficos, con lo cual sin salir de las amplificaciones nativas y dentro de las cámaras réflex podemos estar tranquilos, eso sí, que cada uno realice sus test para conocer los límites según sus gustos.

 

 

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One response to “El ruido digital part 1”

  1. Ramon says:

    Hola Jordi,

    Gracias por escribir sobre este tema que tantos quebraderos de cabeza puede dar a los que se están introduciendo en la fotografía digital.

    Estos días he tenido más tiempo libre, en mi campo de fotografía verano es la temporada baja, y yo también me he puesto a escribir sobre el ruido en la fotografía digital.

    Este es una campo que, como en la mayoría de aspectos de la fotografía, puede profundizarse tanto como se quiera. Aunque al final acabemos hablando de ruido de luminancia y crominancia, yo distinguiría entre fuentes de ruido y tipos (o distribuciones de ruido): ruido de lectura, de disparo, distribución gaussiana y de Poisson, ruido de patrón fijo, termal, irradiación del amplificador, ruido por respuesta desigual de los píxeles y ruido de cuantificación.

    He escrito algo al respecto recientemente en mi blog: http://www.ramonclemente.com/blog/post/el-ruido-en-la-fotografia-digital

    Creo que también habría que aclarar la controversia entre ruido y tamaño de sensor. Se tiene la idea de que un mayor sensor ofrece menor ruido pero creo que tenemos esa percepción de los antiguos sensores cuando era más normal que a mayor tamaño de sensor mayor tamaño de fotodiodo. Actualmente con la gran variedad de densidades de píxeles podemos encontrar sensores APS-C y M43 que den menos ruido PRNU y de disparo que sensores full frame con gran densidad. Dicho esto creo que habría que aclarar que el ruido hay que verlo desde la perspectiva de la ampliación final de la fotografía. Aunque tengamos dos sensores con un ruido parecido en un recorte al 100% el sensor con mayor densidad producirá un menor ruido aparente ya que por una parte tendremos que ampliar menos la imagen y por otra parte a mayor densidad de píxeles también mayor frecuencia de ruido y este parecerá más “fino”. Así, como bien dices, hay que relacionar el ruido con el tamaño del fotodiodo y no del sensor.

    Otro debate abierto es el que comentas sobre si un mayor ISO puede reducir el ruido de crominancia. Creo que deberíamos aclarar que esta afirmación debería relacionarse con la temperatura del sensor y la velocidad de obturación. A mayor temperatura del sensor mayor ruido termal y a velocidades más lentas de oburación mayor posibilidad de ruido por irradiación de los amplificadores de señal. Actualmente los circuitos de lectura y los amplificadores ISO son extremadamente más eficientes que hace años y me atrevería a decir que en la mayoría de las ocasiones, con cámaras pro y semipro, pocos serían capaces de distinguir entre un ISO 100 de un 200 o un ISO 200 de un 400. En algunas ocasiones en las que a ISO 100 nuestra exposición necesita de velocidades lentas es posible que el calor irradiadio por la circuitería incorpore ruido a nuestra imagen. En esas ocasiones, en mi experiencia, es mejor subir el ISO que esperar a que se enfríe el sensor. En mi caso, en fotografía de interiores, mi experiencia me dice que es preferible disparar a ISO 200 o ISO 400 aumentando la velocidad de obturación para conseguir menor ruido. Creo que es una buena práctica cuando adquieres una nueva cámara, disparar una serie de fotografías a diferentes ISOs para compararlos y, teniendo en cuenta el uso y ampliación final de la imagen, saber hasta que ISO puede llegar en estos casos.

    Esta semana escribiré sobre métodos de reducción de ruido. ¿Te aviso cuando publique el artículo y lo comentamos?

    Un saludo

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