HDR 2ª: 1.2. El Rango Dinámico en digital

Hemos visto como la visión humana puede captar un amplísimo espectro de niveles de gris de 30.000:1 que podríamos traducir a 15 pasos o stops (insisto por última vez que en algunos casos puede sobrepasar los 20 pasos o más).

El amplísimo espectro de niveles de gris de la visión humana, se reduce drásticamente en un sensor digital

Si comparásemos el contraste, entre el supuesto ‘Rango Dinámico’, de la visión humana con el de una cámara digital (llamémosla no profesional), observaríamos que estos niveles de gris disminuyen de manera drástica. Dicho de otro modo, podríamos decir que el contraste es mayor porque su escala de grises se ha reducido. Esto es así porque desgraciadamente un sistema de captación electrónico no es tan ingenioso como nuestros ojos. Por término medio, podríamos decir que un sensor puede obtener un contraste de 500:1 o 9 pasos (este puede ser mayor si la cámara es profesional y además, cómo veremos más adelante, este también se puede ampliar).

Un sensor digital tiene mayor contraste y menor escala tonal que la visión humana

Esto significa que el sensor no puede captar, en teoría, una escena con más de 9 pasos de diferencia entre la luz y la sombra, por lo tanto el fotómetro interno de la cámara (o el fotógrafo manualmente) debe elegir si quiere conservar detalle en las sombras o en las zonas de alta luminosidad.

Antes de continuar desgranado este concepto, creo que es el momento idóneo para hacer un inciso, porqué imagino que os preguntáis ¿De dónde salen estos números? Os aseguro que no me los he inventado y podría rogaros que realizarais un ‘acto de fe’ y me creyerais. Pero como imagino que sois curiosos y por ello os lo explicaré brevemente. 

Un rango lineal, llamémosle EV (Exposure Value, traducido al castellano Valor de Exposición), se puede convertir a un rango de Valor Lineal. Espero que todos tengamos claro que si abrimos un paso de diafragma más, entra el doble de luz (ejemplo de f2,8 a f4). Si es así, entenderemos que los pasos o los números “f” son tan raros porque representan valores logarítmicos. Resumiendo, para convertir una medida lineal de Rango Dinámico a paradas o stops, basta con calcular el logaritmo en base 2 de la medida lineal. Sabiendo que DREV significa 'Dinamic Range Exposure Value' y DRLin significa 'Dinamic Range Lineal', podemos formular qué:

DREV = log2(DRlin)

La pega de esta fórmula es que para resolverla hay que conocer el valor de log2 y el inconveniente viene dado porque una calculadora científica no lo puede calcular. Por este motivo debemos interpretar que cualquier logaritmo de base A puede expresarse en función del logaritmo de base B, con la expresión logA(x)=logB(x) / logB(A) y poder calcularla en función del logaritmo natural (“LN” o “ln” en la calculadora científica) o neperiano. La nueva fórmula quedaría así:

DREV = ln(DRlin) / ln(2)

Aplicando esta fórmula podemos traducir el DREV y conocer su equivalente en pasos de diafragma:

ln(30.000) / ln(2) = 10,309 / 0,693 = 14,86 pasos (redondeando 15 paradas o stops) 

ln(500) / ln(2)= 6,214 / 0,693 = 8, 96 pasos (redondeando 9 paradas o stops)

La visión Humana tiene unos 15 pasos de Rango Dinámico y una cámara digital unos 9 pasos 

Para entenderlo mejor, volveremos al ejemplo de la playa y el libro en la sombra. En una cámara digital, con un rango dinámico tan restringido, no alcanza un número de pasos suficientes para una correcta exposición de la imagen. La consecuencia inmediata de esta carencia, será que no incluirá todos los matices de gris posibles que existen en una escena típica de alto contraste (luz y sombra muy acusada). En el momento de la captura se requerirá de un análisis interpretativo de la escena. El fotómetro de la cámara, o el del fotógrafo, debe decidir qué zona u objeto quiere exponer correctamente y dejar caer el resto de zonas en la sobre o subexposición (zona oscura o zona quemada). Tendremos dos opciones (en este caso descartamos hacer una media entre las dos zonas): 

1- Exponemos correctamente el libro sobreexponiendo el fondo. 

2- Exponemos correctamente la playa subexponiendo el libro. 

Esta circunstancia es la que suele arruinar nuestras fotografías y por muy buena medición que tenga la cámara, es común tener que elegir entre una de las dos opciones manualmente. Por norma general deberá exponerse correctamente la zona de mayor interés. Pero habrá ciertas ocasiones en las cuales esto no será lo más recomendable, salvo que seamos profesionales y queramos conseguir un efecto artístico determinado. De todos modos la solución conservadora de hacer una media entre las dos zonas siempre será la peor solución. Por ello, en la mayoría de las veces se prefieren los días nublados, o el añadido de iluminación artificial, para evitar este problema. 

Otro aspecto importante es ver la respuesta entre la exposición y la cantidad de niveles de gris (o tonos de color) de la señal que sale del sensor. Si la observamos dentro de un eje entre niveles y exposición, el resultado sería una línea recta oblicua que asciende desde los tonos oscuros hacia los tonos claros… 

Hasta ahora hemos disertado sobre lo que ocurre comúnmente a las cámaras digitales no profesionales. La pregunta que quizás os formuléis ¿Es posible mejorar el ‘Rango Dinámico’ en una cámara digital moderna? La respuesta es rotundamente sí, pero para entenderlo mejor contestaremos a otra pregunta más lógica que nos dará la clave. ¿Qué pasaba con la película química?

José Pastor Jaén

Próximo capítulo: “HDR 2ª: 1.3. Rango Dinámico en película química vs digital”

Capitulo anterior: "HDR 1ª: 1.1. La visión humana"

HDR 1ª: 1.1 La visión Humana

En esta ocasión toca hablar del tan de moda HDR. Si no lo conocéis, ni os imagináis la que se os viene encima. Estas siglas son el acrónimo de “High Dinamic Range”, que en castellano significa Alto Rango Dinámico. Si muchos de vosotros ponéis ‘cara de póker’, buscáis por internet y encontráis información confusa y etérea, os aconsejo que leáis este artículo hasta el final. 

Por el amplio espectro de conceptos que intervienen, y para que lo entendáis de una vez por todas, lo fraccionaré en varios capítulos muy cortos con la finalidad de ¡No agobiaros leyendo!

1.0. Rango Dinámico de una imagen

Rango dinámico de una imagen, es el rango de valores de luminancia que va desde el negro hasta el blanco

Cuando hablamos de Rango Dinámico podemos hablar de electrónica, sonido o imagen. En esta ocasión, nos referimos a la gama de valores de luminancia de una imagen que un dispositivo puede capturar o reproducir. Estos niveles van desde la zona más brillante a la más oscura y cuanto mayor es esta escala de grises, mayor es el Rango Dinámico. Este concepto es importante tenerlo claro cuando tomamos una fotografía, grabamos un plano de vídeo o una toma de cine. 

Antes de entrar en materia quiero dejar clara otra primordial percepción ¿Cómo funcionan nuestros ojos?

1.1. ¿La visión humana tiene Rango dinámico?

No podemos aseverar que la visión humana tenga Rango Dinámico, pero si nos imaginamos que lo tiene, diríamos que este no sería fijo (como ocurre en los dispositivos de captura o reproducción de imágenes tradicionales).

Sabemos que nuestra retina se adapta a cualquier tipo de iluminación cambiante y esta tiene un ratio de contraste que va desde los 100:1 hasta los 60.000:1. Esto es así porque las pupilas y el iris de las personas se adaptan de una manera más compleja a los cambios de luz, este es el motivo por el cual pueden ofrecer mayor espectro de valores de luminancia que una cámara. Funciona de tal modo que cuando nuestro cerebro procesa la información lumínica, la compara, y teniendo en cuenta todos los valores de luz posible que le llega, nos ofrece diferentes rangos dinámicos simultáneamente. De este modo particular reinterpreta toda la escena que contempla. 

Podemos decir que nuestros ojos son una cámara muy compleja, cuando observan una escena se adaptan a múltiples imágenes con diferentes condiciones de luz y exposición. 

Para explicarlo mejor, tomaremos como ejemplo el ratio de contraste más bajo de nuestra retina, habíamos dicho que era de 100:1, lo que equivale a 6,5 pasos o stops de diafragma en una cámara.

Imagen simulada del amplio contraste de la visión humana

Si imaginamos que estamos leyendo en la playa, debajo de una sombrilla, durante un día muy soleado, el libro estará dentro de la zona de sombra. En esta escena nuestros ojos pueden distinguir perfectamente las letras negras sobre el papel blanco. Si detenemos nuestra lectura y miramos al mar, en la zona de sol, nuestros ojos se adaptarán al instante sin apreciar la diferencia entre una franja y otra. 

Esto es así porque ante cualquier luminosidad cambiante, aunque el contraste entre ambas zonas sea muy acusado, nuestro cerebro procesará las diferentes imágenes y de manera natural, aunque haya mucho contrate entre luces y sombras, se adaptará de forma continua a las distintas zonas. La pupila y el iris, irán abriéndose y cerrándose en función de la luminosidad de cada zona, enviarán gran cantidad de información lumínica de la escena al cerebro y este la irá procesando una tras otra. En milésimas de segundo, y tras un análisis detallado de todas las diferencias luminosas existentes, reconstruirá una imagen compuesta uniendo todos los rangos de luces y sombras, de toda la imagen, conjugando un amplísimo ‘Rango Dinámico’ (esta sería similar a una imagen HDR perfecta). 

Pero ¿Cuánto Rango Dinámico tiene la visión humana? Por lo que acabamos de ver, no es fácil contestar esta pregunta, podríamos decir que la visión humana puede alcanzar 15 o 20 pasos. Muchos diréis que hay autores que dan un número mayor a 20 pero esta cuestión tan técnica, da material para explicarla en un libro extenso y este no es el caso. Para simplificar y zanjar esta cuestión, tomaremos como ejemplo los 15 pasos como tope de Rango dinámico en la visión humana.

Más adelante veremos como la fotografía y el cine intenta imitar esta característica asombrosa de la visión humana, con el fin de evitar un elevado contraste entre las diferentes zonas soleadas o en sombra. 

José Pastor Jaén

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