Autor Tema: Rango dinámico  (Leído 1066 veces)

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Desconectado Daniel Bron

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Rango dinámico
« en: 15 de Abril de 2016, 11:57:05 am »
Escribo este post en respuesta a una pregunta que hizo David en el whatsapp.
Aunque aún no sé muy bien si es lo que quería preguntar.
Pero hago un resumen global y luego que me corrija.

El rango dinámico de una escena es la diferencia de luz entre la luz más alta y la más baja de la escena. Se puede indicar como una relación de contraste, como lo suelen hacer en los televisores: 1:10.000 por ej. o en una manera "más fotográfica" como 14 EV por ej.
A los fotógrafos nos sirve más esta última ya que coincide con los pasos de luz (f stop de diafragma o de exposición).

Otra cosa es el rango dinámico del sensor. Que puede o no coincidir con el de la escena. Cuando la escena supera el rango del sensor necesitamos técnicas de HDR para lograr registrarla.
Normalmente los sensores de cámaras de alta gama no superan los 12 a 14 EV de rango nominal, por llamarlo de alguna manera. Es el rango que suelen informar los fabricantes o el que se puede medir objetivamente. Pero que está lejos de ser útil fotográficamente, porque en las sombras empieza a aparecer ruido a partir de una determinada subexposición hasta que ese ruido destruye el detalle y, aunque la cámara lo registre, no tiene utilidad fotográfica.

Pero aún hay más. El rango dinámico del soporte de salida. Es decir de la pantalla o el papel que són aún menores que el del sensor. Es decir que por más que la cámara logre registrar un buen rango, en nuestros monitores o al imprimir, no seremos capaces de reproducirlo. Es ahí cuando toma importancia el revelado e incluso el procesado por zonas. Y este es el gran motivo que justifica la edición de las imágenes. Puesto que no tiene una intención manipuladora sino de poder reproducir todo lo que nuestro sensor captó.

Pero vamos a dejar de lado el rango de la escena y el del medio de salida y vamos a centrarnos en el rango del sensor que es a lo que David preguntaba.

El rango dinámico útil en fotografía para el sensor es aquel que va desde la luz más alta justo antes del punto de saturación del sensor (antes de quemar) hasta la sombra más profunda en la que el ruido aún permite ver el detalle aceptablemente.
Claro, esta definición es algo subjetiva porque es difícil definir hasta dónde es aceptable la interferencia del ruido. Por eso los fabricantes y muchas webs que hace reviews no miden el rango de esa manera. Pero la información que nos dan es una sobreestimación del rango dinámico. Un rango dinámico "técnico" pero irreal fotográficamente. De ahí que veamos que algunas cámaras llegan a 14 EV de rango, cosa que a los fabricantes también les conviene por marketing.

Otra cosa que también afecta el rango dinámico es la codificación en bits de a imagen. Habitualmente los sensores registran el RAW a 12 bits para las cámaras antiguas o de baja gama mientras que permiten elegir entre 12 y 14 bits las más moderna y de alta gama. Un TIFF es de 16 bits pero no agrega rango dinámico puesto que es resultado de la decodificación de la matriz Bayer pero no de un registro de luz real. Un JPEG codifica la infrmación en 8 bits y tiene una pérdida de rango dinámico importante respecto del RAW o del TIFF
No quiero profundizar en el tema de los bits, puesto que es un tema menor respecto del rango dinámico. En el estado tecnológico actual de los sensores la codificación de 12 bits para la mayoría de las cámaras es suficiente para el rango que los sensores pueden regstrar. Y los 14 bits de las de alta gama lo mismo. Incluso algunas cámaras, como la Nikon D300 entre otras, que permitían 14 bits no los aprovechaban y lo único que ocurría era que aumentaban mucho el tamaño de los archivos RAW sin ganancia de calidad.

RESUMIENDO: El rango dinámico de un sensor es la máxima diferencia de luz que puede registrar. Y está limitado fundamentalmente por el ruido que empieza a aparecer en las zonas más oscuras.
Eso nos reduce el rango dinámico "nominal" de nuestras cámaras. Siendo en realidad el rango dinámico útil menor al que nos informan tanto los fabricantes como las revisiones hechas por la mayoría de las webs.

Jordi en el chat del whats proponía buscar en www.dxomark.com el rango de la cámara. Pero por lo que explicaba antes no es de fiar (no Jordi, sino lo que las reviews dicen). No porque mientan sino porque lo miden de forma técnica que es correcto, pero no útil. Puede servir para comparar una cámara con otra pero no para saber si me va a servir para registrar lo que quiero.

Yo le proponía por el whatsapp a David que si quería medir el rango dinámico de su cámara, lo que podía hacer es iluminar una hoja de un libro, exponer hasta justo antes de quemar y luego, sin cambiar la exposición, ir bajando la luz a pasos 1 EV (a la mitad). Tomando una foto por cada paso de luz. Igualar en revelado las exposiciones. De esa manera todas las fotos tendrán la misma luminosidad. Entonces lo que veremos es que a medida que disminuye la luz aumenta el ruido. Hasta un punto en que el texto deja de ser legible por culpa del ruido que destruye el detalle.  Finalmente contar hasta qué foto se deja de leer el texto. La cantidad de fotos legibles correspondería a la cantidad de pasos de rango de la cámara.
El problema es que no conozco ningún flash que permita reducir su potencia más de 1/128. Y eso son 8 pasos. Para las cámaras de alta gama será insuficiente.
Se podría hacer con luz contínua e ir duplicando la velocidad de exposición.

Agrego (16/04/2016): Acabo de hacer esa prueba y no sirve porque el texto es legible aún con mucho ruido.

Pero al leer el artículo de Guilllermo Luijk que citó Paco decidí hacerlo como lo hizo él en una única foto de alto rango.
Pondré a continuación mi experimento.
« Última modificación: 16 de Abril de 2016, 09:50:33 am por Daniel Bron »

Desconectado Daniel Bron

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Re:Rango dinámico
« Respuesta #1 en: 15 de Abril de 2016, 12:59:40 pm »
En este experimento, además de medir el rango, también comprobaremos lo importante que es capturar en RAW y cuán importante es editar las fotos nosotros y no la cámara. Ya que veremos que el sensor captura perfectamente la imagen. Pero tanto la pantalla LCD de la cámara como la del monitor no pueden mostrar todo el rango y la foto parece muy subexpuesta aunque está derecheada. Sin embargo al revelar el raw con ajustes básicos globales obtenemos una foto perfectamente expuesta que el monitor puede representar.

Cuando compro algo me gsta probarlo. Así que ya había usado esta misma escena, la habitación de mi hijo, para hacer una prueba similar. Pero en aquel momento sin tantas mediciones y algo menos rigurosa. Ya que no buscaba medir exactamente el rango de la cámara.
Hoy usé esa misma escena midiendo la diferencia de luz entre el cielo en el horizonte y la zona más oscura dentro de la habitación.
Aunque suene paradójico el cielo en el horizonte es más claro que arriba. Eso tiene una explicación que excede este post.

La foto está hecha con una Nikon D800 sobre trípode disparada a 1/80 f/8 buscando exponer a la derecha. Es decir sin quemar pero con las luces al límite

La diferencia de luces medidas en esta escena es de 10 pasos y 2/3. Va desde 1/400 f/11 medido en puntual en el cielo a 1/4 f/2.8 medido en las patas negras de la silla bajo la sombra que proyecta el escritorio.
Como veremos en las imágenes la medición del cielo en el horizonte está a aproximadamente 1/3 de EV de ser un derecheo completo. Esto se debe a que en cámara es difícil derechear con tanta precisión y preferí no quemar. En el ACR se ve que el pico de histograma que corresponde a esa medición todavía admitía un terci ode paso más.
Con lo cual el rango completo de la escena es de 11EV.

No había nada más oscuro en la habitación y tenía miedo que quizás no me alcanzara para hacer la prueba. Pero veremos que fue suficiente.

La captura directa del raw sin editar:

Se puede ver esta captura abierta en el ACR aquí, donde se comprueba que la imagen está derecheada llegando las altas luces al punto casi de saturación. Sin quemar prácticamente nada. Lo único que había quemado es unos reflejos especulares de las ventanas del edificio que se puede ver al fondo. Y eso es lo que se registra como un muy pequeño pico casi imperceptible a la derecha extrema del histograma. El quemado es mínimo, una superficie ínfima de la foto que además corresponde a brillo especular. No altera la medición ya que la zona del cielo medida no está quemada.

Tras revelar con ajustes básicos de luminosidad.
No he tocado los ajustes de contraste, claridad, curvas ni ruido. Ni ningún otro para evitar al máximo manipular la calidad de la captura y que resulte lo más pura posible. Al menos lo más pura que admite Photoshop. Existen reveladores con algoritmos más puros pero no los tengo ni los domino.
La imagen queda así:

Parece magia. Alguien podría incluso pensar que es un montaje de un HDR. Pero simplemente he ajustado el rango dinámico de la captura al del medio de salida para que pueda reproducirse. Es decir he revelado y nada más. Los ajustes que hice se pueden ver aquí.
Evidentemente el rango es alto y fue registrado con una cámara que es capaz de capturarlo.

Las distintas mediciones de luz que hice en puntual en cada zona de la imagen son las siguientes:

1. 1/400 f/11 en el horizonte. Este es el punto que tomo como partida para hacer la medición. Corresponde al pico de la derecha del histograma que aún le falta aproximadamente 1/3 de EV para el punto de saturación.
2. 1/320 f/11. -1/3 EV. El cielo más alto.
3. 1/30 f/2.8 -7 2/3 EV. La zona del globo terráqueo en el interior.
4. 1/8 f/2.8 -9 2/3 EV. La papelera que recibe la sombra del escritorio.
5  1/4 f/2.8 -10 2/3 EV. Las patas negras de la silla que también recibe la sombra del escritorio.

Entre la medición más alta y la más baja hay 10 y 2/3 de EV. Si le sumamos el 1/3 que le quedaba al cielo para estar completamente derecheado, tenemos 11 EV.

Ahora analicemos las zonas oscurasal 100% para ver el ruido.

-7 y 2/3 de EV:


-9 y 2/3 de EV:


-10 y 2/3 de EV:


Aquí ya entra a jugar un poco la subjetividad, tal como la habíamos dicho al principio para este tipo de mediciones del rango. Por eso las revisiones técnicas no son así para eliminar la subjetivida. Pero, por contra, sobreestiman el rango en varios pasos que luego no resultan útiles en fotografía.

Entonces en este punto habrá quienes digan que se diferencian muy bien las distintas partes de la pata de la silla con lo cual esa zona es válida. Y habrá quienes digan que sí, que se diferencian pero que el ruido allí es excesivo.
En la zona de la papelera hay ruido pero no hay duda que los detalles y las texturas son perfectamente identificables.
Incluso habrá quien diga que aún admitía quizás hasta 1 EV menos de luz. Es decir -12EV. Pero no lo pude probar porque no había una zona más oscura allí.

Podemos concluir que, según qué límite de ruido aceptemos, el rango dinámico de la Nikon D800 está entre 10 y 11 EV. Y quizás hasta 12 si somos muy benévolos.
Si miramos DXOMark en su review dan 14,4 EV. Pero como dijimos al principio, esas son mediciones técnicas y no útiles porque sobreestiman.

« Última modificación: 15 de Abril de 2016, 01:34:56 pm por Daniel Bron »

Desconectado Daniel Bron

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Re:Rango dinámico
« Respuesta #2 en: 15 de Abril de 2016, 01:51:10 pm »
Finalmente, y ya por simple curiosidad...
Si aplicamos ahora un poco de curvas, claridad y clonamos alguna mancha del sensor, nos queda una foto mucho más "natural" y perfectamente utilizable, de 11EV reales de rango dinámico capturados en una sola toma sin HDR.




Desconectado Pepeluischat

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Re:Rango dinámico
« Respuesta #3 en: 02 de Julio de 2016, 08:32:39 pm »
Gracias Daniel , es interesante saber hasta donde podemos capturar con la camara controlando el histograma.


Josep Lluis del Val.
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