jueves, 26 de abril de 2012

El derecho del histograma

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El derecheo del histograma

Aunque esto que os voy a contar hoy no es nada nuevo (las primeras referencias al tema aparecen en 2004) la técnica del derecheo del histograma me resulta especialmente interesante por ser algo que aúna mi afición por la fotografía con los conocimientos técnicos de electrónica que adquirí en la carrera de ingeniería técnica industrial.

De hecho, hay abundante información sobre este asunto en diversos lugares de Internet, siendo el origen de esto un artículo publicado en la web The Luminous Landscape titulado Expose (to the) right, que abreviadamente se conoce pos sus siglas ETTR. A partir de ahí diversas webs y foros se han ido haciendo eco del tema, tanto en inglés como en castellano; por lo que mi contribución al asunto, como os decía, no es novedosa aunque sí que pretendo simplificar un poco las cosas para demostraros una vez más que en fotografía hay muchos modos de captar lo que nos rodea y ninguno es mejor o peor que el resto en términos universales. Cada metodología tiene sus ventajas e inconvenientes; eso es todo.

Luis en multiángulo

Eso sí, me gustaría dejar claro desde el principio que esta técnica no es demasiado útil en la mayoría de situaciones, y su empleo es más como "cosa curiosa" o algo instructivo que como un concepto realmente práctico. Desde luego, a mí no se me ocurriría ponerme a derechear cuando estoy en algún sitio haciendo fotos a todo lo que me llama la atención o en circunstancias de disparo complicadas como iluminación cambiante, sujetos en movimiento…

En general, el exposímetro de la cámara (encargado de medir la luz de la escena) hace en la mayoría de las ocasiones un trabajo estupendo y podemos confiar tranquilamente en que el cálculo de la exposición va a ser el más adecuado para lo que pretendemos fotografiar; pero si un día tenéis tiempo y ganas de aprender, ponerse a trastear con esto del derecheo del histograma puede ser un buen modo de ampliar vuestra "cultura fotográfica".

Por lo tanto, aunque me temo que el artículo va a ser largo y bastante teórico, me voy a centrar en contar la teoría del derecheo del histograma con un lenguaje claro y conciso que os haga ver que aunque se base en una serie de principios bastante técnicos, en realidad se trata de algo muy sencillo de entender.

Recordando lo que es un histograma

Antes de meternos "en faena" es conveniente tener claro lo que es un histograma. Para profundizar en el tema podéis echarle un vistazo a la entrada que publiqué hace un par de meses en la que os hablaba de su enorme utilidad; pero para resumirlo un poco se puede decir que el histograma consiste en una representación gráfica de los valores de luminosidad que toman los pixels de una fotografía distribuidos de tal modo que a la derecha estará el blanco puro (RGB = 100% 100% 100%) y a la izquierda el negro (RGB = 0% 0% 0%).

Histograma habitual de una fotografía cualquiera

Por tanto, la utilidad del histograma es que nos permite conocer de un vistazo y sin depender de ningún tipo de calibración del monitor o condiciones de iluminación exterior la exposición de la fotografía que acabamos de hacer. Un pequeño detalle que representa una de las mayores ventajas a la hora de hacer fotografías con una cámara digital frente a una analógica.

Sensor digital vs. película analógica

Aunque el funcionamiento de una cámara digital se basa en los mismos principios básicos por los que se rigen las cámaras de película analógica desde hace varias décadas, hay una diferencia fundamental, que es el comportamiento de ambos componentes frente a la luz captada.

· Película analógica:

Werlisa club 35

En el caso del carrete se puede sobreexponer ligeramente el negativo porque antes de llegar a la saturación del mismo hay una zona en la que el comportamiento ante la luz captada deja de ser lineal para pasar a ser casi asintótico; es decir, que hay que pasarse bastante de exposición para llegar a saturar por completo la película, y gracias a ello cuesta alcanzar ese "punto de no retorno" más allá del cual habremos incurrido en el mayor pecado que se puede cometer en fotografía: perder información durante la captura. Digamos que con una luminosidad media el comportamiento del negativo es más o menos lineal; pero a partir de cierto punto presenta una cierta resistencia a la saturación que es la que nos va a permitir esa ligera sobreexposición sin arriesgar la integridad de la imagen.

· Sensor digital:

Puesto que los sensores digitales en esencia no son más que un ADC (conversor analógico-digital) estos van a reaccionar de forma completamente lineal ante la luz hasta llegar sin previo aviso al punto de su saturación que, como vimos en la entrada que hablaba sobre zonas quemadas en una imagen, no es más que aquella situación en la que el sensor no es capaz de almacenar más información en al menos uno de los tres canales correspondientes a los colores fundamentales en fotografía (rojo, verde y azul).

Es decir, que mientras estemos dentro del rango de funcionamiento del sensor, una señal el doble de luminosa que otra dará una señal digital proporcional a su salida; pero si la señal de entrada sobrepasa el valor máximo admisible, la señal digital tomará el valor máximo posible dando lugar al temido blanco puro que indica que hemos quemado una zona de la fotografía. Esto es algo que comprenderéis a la perfección viendo la siguiente gráfica.

Función de transferencia de un ADC de 12 bits. En función del valor de la señal continua de entrada, a la salida tenemos un valor digital concreto. Vref marca el punto de saturación a partir del cual la señal de salida será siempre la misma originando la pérdida de datos.

Para entender todo esto mejor, vamos a suponer que tenemos una cámara digital capaz de captar con detalle siete pasos de diafragma (un paso de diafragma, también denominado EV, significa un cambio del doble o la mitad en la cantidad de luz capturada). Esto se traduce en que entre las áreas más oscuras y más claras de la fotografía va a haber como máximo una diferencia de luminosidad de 2⁷, lo que significa que las zonas más claras pueden llegar a serlo 128 veces más que las más oscuras. Es algo que se puede explicar de un modo mucho más técnico; pero vamos a tratar de hacerlo de forma sencilla y asequible.

Por otra parte, hay que tener en cuenta que el sensor va a ser capaz de capturar los detalles de la iluminación con una profundidad de 12 bits. La cámara internamente trabaja a 12 o 14 bits; pero lo normal es que el RAW se grabe a 12 bits en las cámaras más habituales y a 14 bits en las cámaras profesionales. Por supuesto, si grabamos las imágenes directamente en formato JPG sólo tendremos 8 bits de resolución; pero es que para aplicar la técnica del derecheo del histograma es absolutamente imprescindible trabajar en formato RAW para garantizar la integridad de los datos que estamos capturando.

Pues bien, esos 12 bits en los que ha sido codificada la información del fichero RAW nos va a dar un total de 2¹² = 4096 niveles diferentes a la hora de digitalizar los datos capturados. Ahora bien, por su funcionamiento interno, la electrónica encargada de estas tareas no se va a limitar a repartir esos 4096 niveles equitativamente entre los siete diafragmas; sino que lo hará de tal modo que al diafragma más claro le asignará 2048 (la mitad de todos los niveles disponibles), al siguiente 1024, al siguiente 512… y así sucesivamente hasta que al séptimo diafragma (el correspondiente a los tonos más oscuros) se le van a asignar tan sólo 32 niveles.

Por lo tanto, queda claro que en los tonos más claros de la imagen se va a almacenar mayor cantidad de información, y es por esto por lo que, en general, con una cámara digital vamos a poder recuperar datos de las zonas más claras de la fotografía siempre que disparemos en formato RAW. De hecho, en el caso de que tengamos una imagen ligeramente sobreexpuesta, siempre que no hayamos abrasado por completo alguna zona, vamos a poder ajustar los niveles de tal modo que vamos a obtener al final una imagen correctamente expuesta. Sin embargo, en el caso de una acusada subexposición, el aclarado de las zonas en sombra va a resultar en una generación de ruido considerable debido a la falta de detalle en esos tonos más oscuros tal y como vamos a ver a continuación.

¿De dónde proviene el ruido de una fotografía digital?

El ruido que os comento presente en las zonas más oscuras de las fotografías viene dado porque al haber un rango menor de niveles con los que digitalizar la luz que le llega al sensor, la conversión no es tan fina como debería y da lugar a imperfecciones que no aparecen cuando nos manejamos con muchos más niveles disponibles como sucede en los tonos más claros.

De hecho, los pixels de colores que aparecen como ruido en una fotografía no son otra cosa que puntos con valores pseudoaleatorios de luminosidad debido a que no se ha digitalizado correctamente la cantidad de luz que ha llegado hasta los fotocaptores del sensor. Algo que podemos ver claramente en la siguiente captura de una zona oscura de una fotografía subexpuesta cuya exposición he incrementado cuatro pasos en Adobe Lightroom:

Subexposición aclarada por software cuatro pasos

Sin embargo, puesto que al capturar los tonos más claros en una imagen la precisión es mayor, al aclarar los tonos esos mismos cuatro pasos en un RAW correctamente expuesto nos vamos a encontrar con una ausencia de ruido casi total como muestran las dos imágenes siguientes que corresponden a zonas de la fotografía que eran de color negro antes del incremento:

Exposición correcta aclarada por software cuatro pasos

Exposición correcta aclarada por software cuatro pasos

Para poner un ejemplo relacionado con cosas tangibles, imaginad que tenéis que clasificar a la población de una ciudad en función de su edad: si sólo tenéis posibilidad de hacerlo en tres grupos tendréis gente de muy diversos años dentro de un mismo grupo (ruido) mientras que si podéis clasificarlos en quince tramos de edades diferentes, dentro de cada grupo todo será mucho más homogéneo. Pues más o menos esto es lo que provoca el ruido en los tonos oscuros de las fotografías y la ausencia del mismo en las zonas más claras.

Obviamente, al subir la sensibilidad ISO de la cámara los errores al digitalizar la señal analógica se van a amplificar y por eso empeora la relación señal / ruido. Por lo tanto, debemos tener especial cuidado en obtener una imagen inicial correctamente expuesta en caso de disparar con una sensibilidad elevada tal y como vimos en la entrada que hablaba de este delicado tema.

Derecheando el histograma

Como os decía al hablar del histograma, los tonos claros se representan en la parte derecha del mismo y los oscuros a la izquierda. Por tanto, ya os estaréis imaginando que el concepto dederechear consiste en tratar de aclarar la imagen lo máximo posible (el histograma se cargará hacia la parte derecha) pero siempre sin llegar a quemarla para así disponer de la máxima información posible a la hora de capturar los colores.

De hecho, la técnica no es más que eso; aunque la forma de lograrlo va a variar considerablemente en función del tipo de iluminación de lo que queramos fotografiar. En este caso nos vamos a centrar en escenas en las que no haya variaciones demasiado grandes de iluminación, de modo que el histograma resultante sea más o menos estrecho; pues en caso de fuertes contrastes, aunque midamos en las luces más altas, los tonos oscuros se nos van a ir irremediablemente a la parte izquierda y tendremos poco margen para la modificación posterior de los niveles. Un ejemplo de estas escenas con zonas muy claras y muy oscuras al mismo tiempo es la imagen que tenéis a continuación, donde la nieve es prácticamente blanca y la ropa de mi hermano es negra casi por completo dando lugar a un histograma muy amplio.

Jump! (they say)

En la gran mayoría de las situaciones, la cámara va a exponer por defecto de tal modo que el histograma va a quedar más o menos centrado en la pantalla, así que para derechear el histograma lo que debemos hacer es compensar esta exposición positivamente de tal modo que la imagen resultante quede más clara de lo habitual pero sin llegar a quemarla. La teoría original dice que el procedimiento a emplear consiste en emplear medición puntual, medir en las luces más altas de la escena (la zona más clara) y a continuación compensar la exposición positivamente dos pasos, lo que en teoría hará que esta zona se quede justo al borde delquemado pero sin llegar a él.

Lo que pasa es que este método es demasiado rígido y además varía en cada cámara y para cada escena; por lo que debemos ser flexibles y compensar más o menos en función de los resultados que vayamos obteniendo. En todo caso, puesto que perseguimos ajustar el histograma a la parte derecha de la gráfica (pero sin llegar a tocar dicho extremo) también podemos disparar en modo manual hasta obtener el resultado deseado. Es decir, que no hay por qué cegarse en emplear medición puntual y poner la compensación en +2; sino que debemos ser flexibles y adaptarnos a las limitaciones de nuestro equipo y a las condiciones de iluminación existentes. Como de costumbre, lo mejor es ir probando para ver qué es lo que mejor se adapta a nuestra forma de trabajar, y de ahí la importancia de practicar mucho "sobre el terreno".

Un ejemplo práctico

Hace unos días estuve por los márgenes del río Henares a su paso por el barrio de Nueva Alcalá tratando de obtener un ejemplo claro que me sirviera para ilustrar esta técnica que hoy os comento, de modo que me armé de paciencia y busqué un lugar que me permitiera captar una escena que diera lugar a un histograma lo suficientemente derecheado como para demostraros todo lo que esconde una fotografía en apariencia inservible. Por cierto, aprovecho para comentaros que haciendo click en las fotografías podéis acceder a una versión a más resolución de las mismas y así apreciar mejor los detalles de las mismas.

Histograma correspondiente a la imagen original, donde se puede ver que la mayor parte de los pixels están en la parte derecha del mismo pero sin llegar a saturar ninguna zona

Como podéis apreciar a simple vista, la fotografía está claramente sobreexpuesta y en condiciones normales se iría directamente a la papelera. Lo que ocurre es que mirando con detenimiento su histograma veréis que no existen zonas quemadas, por lo que podemos considerar que el derecheo ha sido correctamente llevado a cabo. Lo que debemos hacer entonces es cargar esta imagen RAW en nuestro revelador favorito (Capture NX, Adoble Lightroom, Photoshop + ACR…) y ajustar los niveles de exposición, brillo, contraste, intensidad, etc para obtener una imagen con una rica variedad cromática.

Modificando los niveles del RAW anterior hemos conseguido "estirar" el histograma hasta ocupar la totalidad de la gráfica, dando lugar a una imagen con una gran riqueza cromática

Si os fijáis en la imagen una vez ajustada veréis que además de haber obtenido una tonalidad y un colorido muy semejantes a los que nos hubiera dado la cámara empleando el valor por defecto usando la medida del exposímetro integrado, en las zonas más oscuras hay una ausencia de ruido total debido a que en la imagen anterior esas zonas no eran negras; sino de unos tonos medios que se guardaron con más precisión debido a lo que comentábamos anteriormente sobre la forma de trabajar de los conversores ADC.

De hecho, en la riqueza cromática no va a haber una gran diferencia en comparación con una exposición calculada de forma automática por la cámara, estando la única ventaja del derecheoen la disminución del ruido en las zonas oscuras de la fotografía.

Para ilustrar con otro ejemplo todo esto aquí tenéis una captura tomada directamente de Adobe Lightroom (haciendo click sobre ella podréis verla a su resolución nativa) para que veáis la gran diferencia entre la imagen original en la parte izquierda y la resultante tras unos minutos de ajuste de parámetros y niveles. Como veis, lo que en un principio parece una fotografía sobreexpuesta y carente de detalle, en realidad esconde dentro de ella una riqueza cromática que podremos aprovechar si disparamos en RAW y sabemos manejar mínimamente nuestro programa de edición digital.

Conclusiones

Una vez repasado y asimilado todo el proceso del derecheo del histograma he de advertiros que el resultado final después de ajustar el RAW original no es muy diferente al que obtendríamos mediante la exposición normal calculada por la propia cámara, y por eso os decía que esta técnica, aunque curiosa y resultona, no acaba de ser una opción viable para emplear continuamente en nuestras fotografías: aparte de correr el riesgo de quemar sin remedio las luces más altas de la escena, el nivel de compensación necesario para derechear el histograma correctamente variará considerablemente entre unas escenas y otras, de modo que el único modo de hacerlo bien será a base de tiempo, pruebas y errores. Un trío que no siempre podemos permitirnos a la hora de salir a hacer fotos.

Ramas desnudas

No obstante, sí que es cierto que comprendiendo bien las bases en las que se basa la técnica delderecheo habremos aprendido conceptos sobre la captura digital de imágenes de los que no se suele hablar demasiado. Ya sabéis que siempre he pensado que conocer bien nuestro equipo nos ayudará a conseguir mejores imágenes; y esto que hemos visto hoy no es otra cosa que una incursión más o menos profunda en el funcionamiento interno de una cámara digital.

De cualquier modo, si queréis extraer una conclusión práctica de este largo artículo, esta podría ser que entre subexponer y sobreexponer es mejor la segunda opción; pero siempre teniendo cuidado en no llegar a quemar nada. Luego todo es cuestión de postproceso.

Más información

* Todos los artículos de este tipo en http://luipermom.wordpress.com/fotografia

  1. Sábado, 3 abril, 2010 a las 14:36 | #1

    ¡Muy interesante! Como siempre muy bien explicado para que lo entendamos los torpes de la clase :) Aunque sinceramente no creo que lo use mucho, pero nunca está de más saber ciertas cosas.

    Un saludo crack ;)

    • Domingo, 11 abril, 2010 a las 17:44 | #2

      No es cuestión de torpeza; sino que la cosa no es fácil ni intuitiva de emplear. De hecho yo tampoco lo uso habitualmente, pero sí alguna que otra vez cuando tengo tiempo para hacer la foto y ganas de "trastear" con la cámara y el postproceso.

      ¡Un saludo, campeón! ;-)

  2. Lunes, 5 abril, 2010 a las 01:59 | #3

    Gracias, se aprenden cositas.

  3. jf
    Lunes, 27 septiembre, 2010 a las 21:17 | #4

    Interesante, pero el derecheo no sólo sirve para minimizar el ruido sino para aprovechar al máximo los datos que graba el sensor, puesto que es sabido que es en el último valor de exposición (las altas luces, la derecha del histograma) en el que se encuentran la mitad de los datos digitales, mientras que las sombras son registradas con muy pocos bits. Por eso derechear implica aprovechar al máximo la información digital que aporta tu cámara, mientras que lograr una exposición "centrada" conlleva que, si "estiras" el brillo de la imagen posteriormente para obtener altas luces, vas a perder calidad.

    • Martes, 12 octubre, 2010 a las 16:43 | #5

      Efectivamente, como digo en el texto, lo que se hace al derechear es captar los datos de la escena con el máximo de precisión posible para así minimizar la aparición de ruido a la hora de normalizar el histograma. De todos modos, más que una aplicación práctica como tal yo lo veo como un modo tangible de ejemplificar la forma en la que un sensor digital captura los datos.

      ¡Un saludo!

  4. Bocha
    Jueves, 27 enero, 2011 a las 22:33 | #6

    Hola Luis! hace dias que conocí tu blog y no dejo de INVERTIR tiempo en el leyendo tantas cosas que ignoraba…
    Tengo una pregunta a la que espero que respondas o me redirijas a otro articulo:D
    Si quisiera obtener en esas imagenes un negro puro, por poner, en la ultima que pusiste en el articulo, la de la plaza con gran angular y quisiera obtener un negro bien marcado en la sombra de los arboles, como me aconsejas accionar?
    Yo normalmente buscaría exponer el la parte mas clara para luego contrastar todo, lo que en este caso haría sin necesidad de "derechear" no? obtendría mucho ruido en estas zonas? como podría evitarlo en la toma?
    Graciassss!!! desde Argentina, mis felicitaciones por estas palabras!

  5. Ignacio
    Viernes, 28 enero, 2011 a las 15:35 | #7

    ¿¿¿¿Aunque esto que os voy a contar hoy no es nada nuevo (las primeras referencias al tema aparecen en 2004) ????

    Lo primero que la palabra "derecheo" no existe y que cualquiera que haya disparado con película o con diapositiva sabe de sobra cómo hay que calcular la exposición y lo de los dos diafragmas, a pesar de que algún famoso ***** se lo quiera apuntar como suyo.

    La verdad que el título te viene al pelo "No se ni cómo te atreves" y a escribir mucho menos.

    • Bocha
      Viernes, 28 enero, 2011 a las 16:23 | #8

      No quiero armar polemica, pero si tanto sabes, porque no armas un blog vos en lugar de bardear a alguien que dedica SU tiempo a compartir lo que sabe??

  6. Sisco
    Miércoles, 25 enero, 2012 a las 12:35 | #9

    He descubierto tu blog por casualidad, y lo encuentro muy interesante, grácias por compartir tus conocimientos que a algunos nos vienen muy bien.

  7. Anónimo
    Domingo, 8 abril, 2012 a las 15:21 | #10

    exelente blog!!! y exelente todas explicaciones y criterios!!!

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