RUIDO DIGITAL EN LA FOTOGRAFÍA

[RUIDO DIGITAL EN LA FOTOGRAFÍA] 1 de junio de 2010

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EL RUIDO DIGITAL Por: Juliana Villamonte

TIPOS DE RUIDOS

RUIDO GAUSSIANO RUIDO SAL Y PIMIENTA


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¿I. ¿Qué es Ruido Digital? Llamamos ruido digital a esos puntos de color repartidos al azar en la imagen obtenida, especialmente en las áreas de sombra y zonas

monocolor. El ruido de las fotografías digitales es habitualmente comparado con el grano de la película fotosensible. Por ejemplo, cuando utilizamos un ISO elevado tenemos el riesgo de que nuestras imágenes se vean afectadas por ruido digital. Si la cámara está en modo automático y tomamos una foto con poca luz, lo más seguro es que la cámara seleccione un ISO elevado automáticamente y por ende tendremos problemas con el ruido digital. Para ver cómo se ve el ruido digital en una fotografía, veamos la siguiente fotografía: Entre más fino y de mayor calidad sea el sensor de una

cámara digital, tendremos imágenes con menor ruido digital cuando tomemos fotos con ISO elevado. Para evitar el ruido digital en una fotografía es recomendable utilizar siempre un ISO 100 o menor si es que nuestra cámara lo permite. Existen filtros y programas especializados en reducir el ruido digital para corregir fotografías en donde no fué posible utilizar un ISO bajo.Ejemplo de imagen tomada en condiciones donde se manifiesta el ruido.El ruido digital es la variación aleatoria (que no se corresponde con la realidad) del brillo o el color en las imágenes digitales producido por el dispositivo de entrada (la cámara digital en este caso). Está universalmente aceptado que, asi como, en la imagen analógica el grano era aceptable e incluso estético, en digital el ruido es antiestético e indeseable.


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Salvando las distancias los dos conceptos son similares: el grano aparece cuando los puntos que forman la imagen (granos de material fotosensible adquieren tanto tamaño que son apreciables a simple vista. Las variables que influyen en la aparición de grano son la marca de la pelicula, la sensibilidad (a mas sensibilidad mas grano) y el proceso de revelado. Evidentemente la cantidad de ampliacion de la copia tambien aumenta el tamaño del grano. Por otro lado el ruido digital es ese efecto “indeseable” consiste en la aparicion aleatoria de señales ajenas a la imagen original, especialmente apreciable en las zonas de sombra de la imagen.

2. Equilibrio y ajuste del balance de blancos

Cuando hacemos una fotografía la cámara digital tiene que captar la intensidad y el color de la luz. Si hemos fotografiado sobre diferentes condiciones de luz o iluminación, la tonalidad que tendrán nuestras imágenes será diferente. El color sufre cambios con la luz haciendo que este cambie de tonalidad, por este motivo es importante encontrar la temperatura del color y escoger el balance de blancos adecuado a la escena que


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queramos fotografiar De la misma forma que ocurre con el ISO, una cámara digital tiene la facultad de poder cambiar este valor en cada imagen diferente. Sucede de igual forma con el ajuste de la temperatura del color, lo podemos cambiar a cada imagen de forma individual, a esta característica se le denomina "balance de blancos”. Las cámaras digitales utilizan diferentes tipos de balance de blancos (unos para luz de día, sombra, soleado, etc.). Los métodos que utiliza la cámara digital para controlar el balance de blancos son: * De forma automática, la cámara es la que calcula el balance en cada fotografía. * Definida por el fotógrafo o usuario, elige entre diferentes situaciones de iluminaciones. * Definida a través de un punto de medición sobre la imagen.

3. Causas Cámara Réflex Para comprender los motivos que originan el ruido digital hemos de fijar nuestra atención en el funcionamiento del sensor de imagen, que hace

posible la captura de la foto. Un CCD está compuesto por una malla de celdas fotosensibles, tal

cual se observa en la fotografía superior, de una cámara profesional encargadas de recibir la imagen formada por las lentes de la óptica de la cámara. Cada una de esas celdas contendrá uno o más fotodiodos


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con capacidad de convertir la luz en una señal eléctrica, para ser procesada como una imagen (color), es decir, será convertida a datos numéricos que se almacenarán en forma binaria en la memoria de la cámara para dar origen a un píxel. Lo cierto es que esa actividad eléctrica, en si misma, generará una cierta señal aun en ausencia de luz, que oscilará en relación con la temperatura, generando datos al azar, que originarán ruido.

Cámaras compactas producen ruidos, debido al pequeño tamaño del Sensor. El término ruido es apropiado para definir esos puntos de color

dispersos en nuestras fotografías digitales, si tenemos en cuenta que podría compararse al soplido de fondo que escuchamos en un equipo de música cuando elevamos el volumen y no ponemos ningún CD, soplido que aumenta según incrementemos el volumen, consecuencia del propio circuito electrónico. Aplicado a la fotografía digital, cuando incrementamos la sensibilidad del CCD, aumentado el valor de ISO estaremos haciendo algo parecido a subir el volumen, incrementado la actividad eléctrica, forzando el sensor de imagen, con el consiguiente incremento de ruido en las fotografías.


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4. Iso sensiblidad de la cámara digital

La sensibilidad de la cámara también se ajusta a través del valor ISO, como en las películas de la

fotografía analógica.

El valor ISO es aquel en que a mayor

numeración en su escala, mayor velocidad tendrá, y viceversa, a menor numeración menor

velocidad. La equivalencia de un censor o película

se corresponde a dos veces más lenta o dos veces

más rápida. Por ejemplo si tenemos una película ISO 800 será dos veces más rápida que una película ISO de 400.

Cuanto mayor el valor, mayor velocidad y nuestra cámara necesita

menor cantidad de luz para realizar la fotografía.

Las fotografías que se realizan con un valor ISO alto son excelentes,

pero pueden presentar el típico problema de ruido de imagen (ruido:

pequeños granitos en la imagen).

4.1 Ajustar el Valor ISO a la cámara digital

Cada sensor está programado a una sensibilidad

adecuada para obtener la máxima calidad de las imágenes.

Las cámaras digitales tienen en su menú de

ajuste distintas sensibilidades para poder

elegir el valor que queramos. Un valor ISO entre 100 a 200, es aconsejable para obtener imágenes de buena calidad.

El ISO o ASA, produce ruido en la fotografía


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De hecho, la sensibilidad de cada uno de los píxeles del CCD es fija, correspondiéndose al valor más bajo de ISO que ofrece la cámara (generalmente 100 ISO), aumentar la sensibilidad (200, 400, 800 ISO o más) no se logra por el incremento de la sensibilidad de los fotones, sino a través de la amplificación posterior de la señal que estos emiten. A vista de lo expuesto, a la hora de capturar una señal luminosa débil (sombras, foto nocturna...), en el caso de amplificarla al hacer uso de un valor alto de ISO, estamos ampliando igualmente los datos aleatorios (puntos de color dispersos por la toma) fruto de la actividad eléctrica del sensor; es decir, aumentaremos el ruido de la fotografía, que al mismo tiempo se verá incrementado con los tiempos largos de exposición (más de 2 segundos) y altas temperaturas. Otro factor a tener en cuenta es que el ruido también aumenta cuando

el tamaño del píxel disminuye. La dificultad de interpretación consecuencia de de la reducción del tamaño del píxel, y por la interacción de los propios píxeles por su extrema cercanía, generará igualmente datos aleatorios que se verán incrementados enormemente en el caso de amplificar la señal. Esto explica que los modelos réflex, al contar con un sensor con píxeles de gran tamaño (sensiblemente mayores que los píxeles de las cámaras compactas), generen un nivel de ruido mucho menor que los modelos compactos, soportando igualmente valores de ISO muy elevados (800, 1600...) con un nivel de ruido muy bajo en relación con el que generaría una cámara compacta. 5. Tipos de Ruido 5.1 Ruido Impulsional o "Sal y Pimienta". (Ver la foto a la derecha)

En el tipo de ruido conocido como ruido sal y pimienta los píxeles de la imagen son muy diferentes en color o intensidad a los píxeles circundantes. El hecho que define este tipo de ruido es que el píxel ruidoso en cuestión no tiene relación alguna con los


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píxeles circundantes. Generalmente, este tipo de ruido, afectará a una pequeña cantidad de píxeles de la imagen. Al ver la imagen, encontraremos puntos blancos sobre puntos negros o puntos negros sobre puntos blancos, de ahí el término sal y pimienta. El Ruido Sal Y Pimienta. Los defectos que contribuyen a este tipo de ruido son las manchas de polvo dentro de las ópticas de la cámara, o bien un CCD defectuoso, que realizará una captura errónea.

5.2 Ruido Gaussiano En el ruido de tipo gaussiano, todos y cada uno de los píxeles que componen la imagen cambian su valor un pequeño valor, de acuerdo con una distribución normal o gaussiana. Se podrían aplicar otro tipo de distribuciones, pero la gaussiana o normal se toma como el modelo al que más se aproxima, debido al teorema central del límite, que dice que la suma de los diferentes ruidos tiende a aproximarse a una distribución normal o gaussiana.

Muestra de un Sensor Sucio, el

cual produce

una fotografía con ruido

digital.


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5.3 Ruido de Disparo Es un tipo de ruido electrónico que tiene lugar cuando el número finito de partículas que transportan energía, tales como los fotones en un dispositivo óptico, es suficientemente pequeño para dar lugar a la aparición de

fluctuaciones estadísticas apreciables en una medición. El nivel de este ruido es tanto mayor cuanto mayor sea el valor

promedio de la intensidad luminosa. Sin embargo, en tanto que el nivel de señal crece más rápidamente cuanto mayor es su nivel promedio, a menudo el ruido de disparo sólo supone un problema cuando se trabaja con intensidades luminosas bajas Reducción del ruido Cuando se elige un algoritmo de reducción de ruido, se deben sopesar varios factores: la capacidad de cómputo disponible y el tiempo a partir del cual no resulta rentable su tratamiento: una cámara digital debe aplicar la reducción del ruido en una fracción de segundo utilizando para ello una pequeña CPU empotrada en la misma, mientras que un ordenador de escritorio tiene mucha mayor capacidad de cómputo y tiempo.También hay que tener en cuenta si el sacrificio de algunos detalles de la imagen real es aceptable si permite la eliminación de más ruido (la agresividad con que decidir si las variaciones en la imagen son el ruido o no).


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5.3 Ruido de crominancia y ruido de luminancia

ANTES DESPUÉS En las fotografías del mundo real, el mayor nivel de detalle consiste principalmente de las variaciones en el brillo (luminancia) en lugar de las variaciones de tono (crominancia). Dado que cualquier algoritmo de reducción de ruido debe tratar de eliminar el ruido sin sacrificar los detalles de la escena fotografiada, se corre el riesgo de una mayor pérdida de detalle en la reducción de ruido de luminancia que en la reducción de ruido de crominancia. Además, el ruido cromático de las imágenes se encuentra más desagradable que el ruido de luminancia, las manchas de color se consideran como algo más artificial, en comparación con la apariencia granulada de ruido de luminancia, comparable con el grano de una película. Por estas dos razones, la mayoría de algoritmos de reducción de ruido fotográfico dividen la imagen en las componentes de crominancia y luminancia. La mayoría de programas informáticos dedicados de reducción de ruido permite al usuario controlar la reducción del ruido de crominancia y de luminancia por separado.


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6. CONSEJOS PARA EVITAR EL RUIDO: Con carácter previo a la toma, podemos tomar una serie de medidas que contribuirán a reducir el nivel de ruido de nuestras fotos, estas serian: 1º. Emplear la sensibilidad más baja, de ser posible, que ofrezca nuestra cámara digital (dependiendo del modelo: 50, 80 ó 100 ISO). Con e valor ISO más bajo obtendremos las fotografías más limpias de ruido. 2º. Reducir o mantener los parámetros de saturación del color, contraste y definición que trae nuestro modelo por defecto. En el caso de emplear valores de ISO altos, es preferible reducir el nivel de saturación, contraste y definición, en el caso de que la cámara lo permita, y realizar posteriormente las correcciones necesarias con un programa de edición de imagen. Incrementar la saturación, el contraste o la definción, con carácter previo a la toma, elevará igualmente la intensidad del ruido. 3º. Evitar las exposiciones largas, más de 2 segundos, y especialmente aquellas que superen los 10 segundos. Sin bien, los actuales modelos digitales, que brindan la posibilidad de tiempos de exposición elevados, cuentan con efectivos filtros de ruido opcionales. 4º. Proteger la cámara de las elevadas temperaturas y del sol. El ruido aumenta con el incremento de la temperatura del equipo, 10º C más de temperatura de nuestra cámara puede significar doblar la señal de ruido. 5º. Bajar la resolución es una efectiva medida para reducir el nivel de ruido, especialmente con el uso de sensibilidades altas. Así, algunos modelos digitales no permiten el empleo de la resolución máxima en su valor ISO más alto (800 ISO). La razón estaría en que una imagen con ruido obtenida por un modelo con un CCD de 5 millones de


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resolución máxima, puede convertirse en una imagen limpia de ruido si bajamos la resolución a 3 millones, con carácter previo a la toma, ya que la cámara realizará un trabajo de interpolación gracias a su software, consistente en recoger aproximadamente la información de tres píxeles por cada cuatro que tiene el sensor, despreciando uno, siendo este último el ruido. El inconveniente es que únicamente podremos realizar las tomas en modo JPEG.

Bibliografía:

Ruido Digital. Disponible en:< http://www.fotobasica.com/articulos/tecnologia/ruidodigital/ruidodigital.htm>. Citado el 5/5/2010.

Flores, Guillermo. Ruido Digital. Disponible en:< http://www.memoflores.com/abc/ruido_digital.html>. Citado el 5/5/2010.

Ruido en la Fotografía. Disponible en:< http://es.wikipedia.org/wiki/Ruido_en_la_fotograf%C3%ADa_digital>. Citado el 6/5/2010.

Foto basica. Disponible en: <

http://www.fotobasica.com/articulos/tecnologia/ruidodigital/ruidodigital.htm>. Citado el 7/5/2010.

Iso Sensibilidada de la Película. Disponible en:<

http://www.digitalfotored.com/imagendigital/isosensiblidad.htm>. Citado el 7/5/2010.

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