ISO La gran desconocida (Ruido Digital) 3ª parte

Está universalmente aceptado que, así como, en la imagen analógica el grano era aceptable e incluso estético, en la fotografía digital el ruido se considera antiestético e indeseable, algo que este humilde fotógrafo no comparte, ni llega a entender, a pesar de que los sensores modernos intentan emular el grano analógico, no en tamaño, pero si de forma que sea más homogéneo y real en la imagen final.
_DSC7253Bien, veamos como y por que se produce el ruido digital. El ruido digital, podríamos decir,  que es el equivalente al grano de la película como ya hemos dicho, aunque no tiene nada que ver la reproducción de este efecto digital (el ruido) con la del grano real de una película, puesto que en este, a mayor sensibilidad de la película mayor es el tamaño del grano que nos encontraremos. Una cosa está clara, que las dos se miden de la misma manera, en ISOs. Por otra parte, el efecto llamado “Ruido Digital” es consiste en la aparición aleatoria de puntos dispersos de señales ajenas a la imagen original, especialmente apreciable en las zonas oscuras y de sombras dentro de la imagen, al igual que en colores uniformes como los cielos. Por otro lado en cada cámara es distinto la distribución de estos puntitos, al igual que el canal azul suele ser el más ruidoso junto con el rojo, dependiendo del sensor.
¿Por qué se produce esto? Pues vamos a intentar explicarlo. Todo parte del sensor de nuestra cámara. Como dijimos en la anterior entrada, el sensor está formado por millones de componentes sensibles a la luz (fotositos), capaz de captar la luz (fotones) cargándose de electricidad que se llenarán más o menos dependiendo de la cantidad e intensidad de luz que reciba. De echo la sensibilidad de cada uno de los pixeles del sensor, o lo que es lo mismos, la capacidad de cargarse eléctricamente de fotones, es fija. A esto se le llama “Sensibilidad base o Sensibilidad intrínseca”, siendo el valor más bajo de ISO el que ofrece la cámara por defecto, que generalmente son 100 ISO. Pues bien, el sensor aún en ausencia de luz y solo por el hecho de estar encendido, genera una cierta señal, que será mayor o menor dependiendo de la temperatura a la que se encuentre, generando datos al azar que se traducirá posteriormente en ruido, lo que quiere decir, que el aumento de sensibilidad no se logra por el incremento de la sensibilidad de los fotositos a la luz, sino a través de la amplificación eléctrica posterior de la señal que estos emiten.
Como ejemplo comparativo, se puede probar en cualquier aparato que tenga altavoces, como la tele o equipo de música. En la tele, ponemos un canal que no emita nada, como el del euro conector, e iremos aumentando el sonido progresivamente, aunque no se emite nada los altavoces de la tele empezarán a emitir un zumbido o un ruido molesto que irá aumentando a medida que aumentamos el volumen (es más apreciable el efecto en equipos de sonido). Esto es debido a los componentes electrónicos a los cuales les estamos ampliando la señal. Algo similar pasa con los sensores de las cámaras al aumentar el número ISO, les estamos incrementando la señal eléctrica, lo que se traduce en ruido o lo que es lo mismos en esos puntos dispersos por toda la imagen fotografiada.
Resumiendo y a lo practico. Después de lo explicado, todos los sensores generan ruido aun en su nivel ISO más bajo (este es prácticamente nulo o inapreciable en condiciones de luz normales), pero aun en la sensibilidad más baja aparecerá ruido en exposiciones largas de más de dos segundos, como puede ser la fotografía nocturna, por el simple hecho del aumento de temperatura del sensor, fruto de la actividad eléctrica. De igual manera, al aumentar el valor ISO de nuestra cámara, para obtener una toma correcta por falta de luz, estamos amplificando la señal eléctrica del sensor, lo que se traducirá en ruido de forma exponencial, a más ISO más ruido.
Como es evidente, ya que podemos cambiar el valor ISO de nuestra cámara a nuestro antojo, para un diafragma o velocidad de obturación dados y en un ambiente donde la luz es insuficiente para nuestra foto, la señal eléctrica que manda nuestro sensor es muy débil, lo que se traduce en una toma oscura. Al aumentar la ISO, y a efectos prácticos, no es que el sensor sea capaz de captar mayor cantidad de luz, sino que los fotones que recibe son amplificados eléctricamente, que junto con el aumento de temperatura la toma será más clara, pero con su correspondiente aumento de ruido y una disminución de calidad de la imagen ya que el ruido esta ahí y no la luz.image
Otro factor a tener encuentra es el tamaño del pixel. Cuanto más pequeño es el pixel mayor es la cantidad de ruido que se genera, ya que al estar tan juntos interactúan entre ellos, máxime al aumentar la ISO. Otro factor que reduce la calidad de la imagen en los sensores pequeños y de muchos megapíxeles, es el fenómeno llamado Blooming (resultado de recibir un exceso de luz que producen más electrones de los máximos que tienen de cabida un pixel, desbordándose sobre los pixeles adyacentes produciendo un halo alrededor de los objetos muy luminosos, especialmente visible en bordes oscuros contra fondos claros, donde la luz invade la zona oscura, muchas veces con tintes violetas). Por lo tanto en sensores más grandes y con una distribución de pixeles adecuada sin saturar el sensor, produce menos ruido ya que son capaces de adsorber mayor cantidad de luz, minimizando el efecto.
Todas las cámara digitales modernas, tienen un procesador capaz de reducir el ruido digital, aunque abecés es necesario disponer de programas externos para disminuir el ruido de forma más efectiva, pero mi recomendación es no utilizar sensibilidades superiores a 800 ISO, por muy moderna que sea la cámara, a no ser que su objetivo con la fotografía sea creativa y se busque el expresamente el ruido. De esta manera evitaremos problemas en procesos de ampliaciones a papel.
Ahora veamos los tipos de ruido que nos podemos encontrar.
  1. Ruido de Impulsional (Sal y Pimienta): Este tipo de ruido es debido a manchas de polvo en Noise_salt_and_pepperla óptica de la cámara o bien a un sensor defectuoso realizando capturas defectuosas. Este ruido es consistente en pixeles blancos sobre zonas de pixeles oscuras y negros sobre zonas de pixeles blancos, de ahí el sobrenombre de “Sal y Pimienta”. Afectará a una pequeña cantidad de pixeles de la imagen.
  2. Ruido Gaussiano: Todos y cada uno de los píxeles que componen la imagen cambian su 512x512-Gaussian-Noisevalor de acuerdo a una distribución normal o gaussiana, ya que se toma la suma de los diferentes ruidos tiende a aproximarse a una distribución normal. 
  3. Ruido de Disparo: Es un tipo de ruido electrónico que tiene lugar cuando el número partículas de energía, en nuestro caso los fotones, es tan pequeño que al dispositivo óptico, le es casi imposible de medir. El nivel de este ruido es tanto mayor cuanto mayor sea el valor promedio de la intensidad luminosa. El ruido de disparo solo supone un problema cuando se trabaja con intensidades luminosas bajas. Por tanto al disparar nos lleva al ruido que apreciamos en nuestras fotos y lo catalogamos como “Ruido de Luminancia” y “Ruido de Crominancia”, que realmente es el que nos interesa y explico a continuación.
Vamos allá:
  1. El Ruido de Luminancia aparece por variaciones de luminosidad, esto quiere decir, que hay píxeles con un nivel de luz muy superiores a los que les rodean por manipulación del canal de luminosidad, o lo que es lo mismo al actuar sobre la sensibilidad ISO. Se nota sobre todo en superficies que ruidos crodeberían tener un color uniforme, sombras y zonas oscuras, dando ese patrón característico de puntitos. Este tipo de ruido es el más parecido al que da una película fotográfica y el más difícil de eliminar si nos da por quitarlo, ya que los programas especializados dejan una imagen final muy pastosa y artificial.
  2. El Ruido de Crominancia aparece como puntitos de colores, especialmente el rojo y el azul, de manera aleatoria, degradando el color que realmente debe representar. Este ruido aparece y afecta a los canales “a” rojo y “b” azul, en el espacio de color “Lab”.
En otra entrada explicaré como podemos quitar el ruido digital, por si os interesa quitarlo. Por ahora os dejos algunos programas y plug-ins para eliminarlo:
Neat Image
Noiseware
Noise Ninja
Grain Surgey
Fuentes:
Noise, dynamic range and bit depth in digital SLRs
Digintal noise – what is it? what causes it? and how can I get rid of it?
Ruido en la fotografía digital
De Cámaras
Slideshare
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