Una publicación de invitado por Dave Ware de Whalebone Photography.
Esta nota tiene como objetivo ser una discusión rápida sobre Alto rango dinámico y posibles mejoras futuras para mejorarlo.
¿Qué es el alto rango dinámico?
High Dynamic Range es un efecto de procesamiento digital que se utiliza en la fotografía para combinar una serie de imágenes de diferentes exposiciones para crear una imagen con una exposición constante en todo el encuadre. Esto aumenta la luminancia (cantidad de luz) visible dentro de una imagen.
¿Por qué se requiere?
La limitación de la cámara en cuanto a la cantidad de color y luminancia que puede grabar se rige por la capacidad del sensor y el rango dinámico de los componentes electrónicos de la cámara. Por ejemplo, la Canon EOS 40D utiliza un convertidor de analógico a digital de 14 bits que digitaliza las señales analógicas recibidas del sensor. Los 14 bits digitales permiten grabar 16 384 colores diferentes dentro de la cámara.
Mirando un histograma, el eje horizontal es el nivel de luminancia de una imagen. El eje vertical representa la cantidad de imagen que contiene ese nivel de luz. Por ejemplo, un histograma con una sola línea en el borde izquierdo muestra que la imagen es puramente negra. Asimismo, una sola línea en el borde derecho representa una imagen que es puramente blanca. La cantidad de datos que se pueden comprimir dentro del histograma está limitada por el rango dinámico de la cámara. Un rango dinámico muy bajo da como resultado que los límites del eje horizontal estén muy juntos. Un alto rango dinámico coloca estos ejes muy separados.
Aquí, se estableció la exposición de la cámara para los globos; esto se eligió ya que los globos eran el tema de la imagen y los árboles en este caso se usaron para "enmarcar" los globos. El histograma muestra el pico a la izquierda del histograma que representa los árboles y los datos de la derecha representan los globos y el cielo. Si el fotógrafo quisiera que tanto los globos como los árboles estuvieran expuestos, entonces se habría requerido un compromiso para que los globos quedaran ligeramente sobreexpuestos y los árboles solo ligeramente subexpuestos.
La imagen de arriba muestra el compromiso tradicional: el cielo ha perdido algo de su saturación de color, pero los árboles han conservado algunos detalles. Observe también que el histograma muestra un pico ligeramente más estrecho en el borde derecho (los globos ahora están ligeramente sobreexpuestos) y el borde izquierdo indica que hay más detalles (los árboles ya no son una silueta completa).
Entonces, para superar esto, el fotógrafo puede tomar una foto expuesta para el fondo y luego otra foto expuesta para el primer plano. Normalmente se toman algunas otras fotos entre estas 2 exposiciones.
Al combinar cada imagen, se crea una imagen visualmente agradable y los efectos pueden ser bastante dramáticos. Esta es la base del HDR digital. Una búsqueda rápida en Google proporcionará algunos ejemplos más.
El futuro de HDR
Actualmente, HDR es una técnica de posprocesamiento, pero a medida que avanzan las cámaras, es posible que esta sea un área que los fabricantes realmente puedan mejorar.
Es probable que se mejore el rango dinámico de la cámara. El ADC de 14 bits mencionado anteriormente permite grabar 16,386 colores. Los ADC de 24 bits se han fabricado durante muchos años, lo que permitiría grabar un total de poco menos de 17 millones de colores. El sensor tendría que ser capaz de igualar este rango dinámico y el procesador interno de la cámara tendría que ser capaz de procesar los datos. Esta capacidad ya existe, como es evidente en las computadoras domésticas que han operado desde 32 bits durante años y ahora están procesando hasta 64 bits. Si el sensor es capaz o no de esto es otro tema de discusión y el procesamiento adicional requerido aumentaría la cantidad de tiempo para escribir los datos en la tarjeta de memoria. Esto puede limitar el número de fotogramas a máxima velocidad tomados antes de que la caché se llene y la cámara escriba las imágenes en la tarjeta de memoria. Estos inconvenientes son quizás los que están impidiendo el desarrollo de un mayor rango dinámico en la cámara, ya que con muchas ventajas, a menudo hay un inconveniente.
Otra técnica "en la cámara" puede ser utilizar numerosos sensores dentro de la cámara. Si un sensor y los componentes electrónicos que lo acompañan pueden tener un cierto rango dinámico, entonces se pueden usar 2 sensores para aumentar el rango dinámico general. Por ejemplo, un sensor puede exponer para las luces y 1 sensor puede usarse para exponer para las sombras, creando así un rango dinámico más alto. Los sensores se pueden hacer increíblemente pequeños: solo mire el tamaño de los teléfonos que tienen numerosas cámaras de megapíxeles, por lo que probablemente no será un problema apretar 2 sensores (¡o más!) En una sola cámara. Sin embargo, a medida que disminuye el tamaño del sensor, el ruido de la imagen grabada (el "granulado" de la imagen) aumenta. Una vez más, se trata de un compromiso entre alto rango dinámico, calidad de imagen y tamaño.
Otro método podría ser utilizar un algoritmo de curva de tono alternativo que actualmente se aplica generalmente a las imágenes dentro de la cámara. Cuando se toma una foto, las señales del sensor se convierten en bits digitales y se envían a la computadora de la cámara. Para dar sentido a estas señales, la computadora procesa los datos y los convierte en algo significativo. Esta es una forma de curva de tono. Normalmente, esto se emplea en toda la imagen como un "promedio". Sin embargo, las técnicas modernas pueden aplicar una curva de tono individual a cada píxel de la imagen. Esto puede hacer que una imagen se exponga de manera similar a la que ve el ojo humano (es decir, con un rango dinámico más alto). Esto inevitablemente aumentará el tiempo de procesamiento dentro de la cámara, aunque como el método actual de imágenes HDR es tomar numerosas fotos con diferentes exposiciones, el tiempo de procesamiento adicional para una sola imagen probablemente todavía ahorra mucho tiempo.
Las empresas están avanzando en este nuevo método de curva de tono y Samsung ha adquirido recientemente una licencia para utilizar la tecnología.
Quizás otros fabricantes tengan un método alternativo, o no consideren el alto rango dinámico de gran importancia en sus cámaras, o simplemente estén esperando el momento oportuno. Esta tecnología aún se está desarrollando y es un área en auge de la tecnología de las cámaras, especialmente porque la batalla de los megapíxeles se está convirtiendo en noticia antigua.
Las técnicas de alto rango dinámico se pueden utilizar en exceso y las imágenes pueden volverse antinaturales fácilmente. La razón por la que no son naturales es porque amplían el rango posible para el ojo humano. Sería triste si la tecnología eliminara la autenticidad de la fotografía, que separa este arte del arte de la pintura (donde tanto la composición como la exposición se limitan solo a la imaginación). Sin embargo, si la tecnología pudo replicar las imágenes tal como las ve el ojo humano, entonces quizás ese sea un hito tecnológico aceptable.
Vea más del trabajo de Dave en Whalebone Photography.