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 de derechear 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 del quemado 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 derecheo en 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 del derecheo 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 https://luipermom.wordpress.com/fotografia

Controlando la exposición en el modo manual de una cámara réflex

Cuando uno le pone la mano encima a una cámara digital por primera vez tiende a emplear el modo automático de la misma (ese icono verde que representa a una cámara) para “no complicarse la vida”. Sin embargo, haciendo esto estamos dejando que sea la electrónica la que tome todas las decisiones por nosotros, mermando en buena medida nuestra creatividad y, sobre todo, nuestra capacidad de aprendizaje, que es algo muy gratificante en fotografía.

En el caso de una compacta puede estar justificado en una situación en la que queramos sacar fotografías de grupo y que todas queden más o menos aceptables (aunque no me explico porque en lugares oscuros tiende a saltar el flash aunque el motivo principal esté enfocado a 200 metros de distancia), pero en el caso de hacernos con una réflex es una verdadera pena que no exprimamos todas sus posibilidades (y no me imagino una réflex en medio de una discoteca o tirada en la toalla de la playa; que queréis que os diga).

De todos modos, no os asustéis: no me voy a meter hoy en muchos tecnicismos; sólo pretendo demostraros lo sencillo que es controlar la exposición de una fotografía empleando el modo manual de una cámara réflex. Sí, ese modo del que mucha gente huye porque cree que es algo sólo apto para fotógrafos profesionales; pero al que en realidad se coge el truco en 5 minutos y ofrece unos resultados fantásticos así como la sensación de que somos nosotros los que controlamos la cámara y no al revés.

El exposímetro

El exposímetro (dispositivo medidor de la luz de la escena que vamos a fotografiar) es una “aguja” integrada en el visor de la cámara que se mueve de un lado a otro según la cantidad de luz que está entrando al objetivo y los parámetros de apertura, ISO y velocidad que tengamos seleccionados.

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Os comento antes de continuar que todo esto está basado en el manejo de mi Nikon D40 y con el método de medición de luz matricial pero lo que os voy a comentar hoy es aplicable a cualquier cámara digital. De hecho, en mis compactas no aparecía esa “aguja” como tal, pero sí unos dígitos que tomaban valores positivos o negativos en función de la luz y que, al fin y al cabo, realizaban la misma función.

Los modos de medición

Aprovecho para contaros algo acerca de los modos de medición. Esto no influye para nada en lo que os quiero explicar hoy, pero me apetecía comentároslo como “culturilla general”; y es que en general las cámaras tienen tres modos de medir la luz de la escena:

Por un lado está la matricial, que es la que más se suele emplear porque hace bien su trabajo en la mayoría de las ocasiones. En este caso se mide la intensidad luminosa de toda la escena y se calcula la exposición en base a esto. Como os digo, esto va a funcionar muy bien a no ser que estemos ante una situación compleja de fotografiar (un contraluz muy acusado, por ejemplo). En estos casos, puede que la exposición quede algo descompensada y tengamos que ajustarla mediante la compensación de la exposición (un tema que veremos más adelante).

El modo de medición ponderada al centro da prioridad a la zona central de la imagen (aproximadamente un 20% o un 25% del total del área del sensor). Por lo tanto, en el caso de tener zonas oscuras y claras en una misma imagen dependiendo dónde apuntemos la cámara en el momento de medir esa será la zona que aparezca correctamente expuesta en la imagen final (sobreexponiendo o subexponiendo las de diferente iluminación).

Por último tenemos la medición puntual, que es igual que la ponderada al centro, pero en este caso tomando como referencia una minúscula zona en el centro de la imagen (sobre el 2 ó 3% del total). Será útil para casos en los que tengamos que afinar la exposición al máximo en entornos con cambios de iluminación muy bruscos en zonas muy pequeñas. La verdad es que lo he debido emplear apenas en un par de ocasiones, ya que para la gran mayoría de mis imágenes la medición matricial hace su labor estupendamente.

Los tres modos de controlar la exposición

Pues bien, para conseguir una imagen con una iluminación equilibrada hemos de tratar de mantener esa aguja en el centro. En el caso de que haya un exceso de luz (y por lo tanto la fotografía vaya a quedar demasiado brillante) la aguja se irá hacia la izquierda, donde hay un signo ‘+’. En el caso de que la iluminación sea escasa la aguja se desplazará hacia la derecha, donde podemos ver un signo ‘-‘. En la imagen que tenéis a continuación podéis ver lo que aparecería en la pantalla de la cámara (y por tanto también en el visor) en el caso de que una escena estuviera poco iluminada.

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Pues bien, vamos a realizar una fotografía de paisaje y nos encontramos con que hay demasiada luz (la aguja está desplazada hacia la izquierda) así que podemos hacer tres cosas para equilibrar el exposímetro y que la toma quede perfecta:

· Aumentar la velocidad de disparo de tal modo que la luz llegue durante menos tiempo al sensor. Eso se realiza girando la rueda de control hacia la derecha (en sentido contrario al desplazamiento de la aguja del exposímetro; de lo que se trata es de oponerse a su desviación).

· Cerrar más el diafragma para que entre menos luz por el objetivo. Eso se consigue pulsando el botón correspondiente junto al disparador y girando la rueda de control también hacia la derecha. A medida que vamos avanzando posiciones veremos cómo el exposímetro se va centrando hasta que se posiciona en su punto central.

· Bajar la sensibilidad ISO. Esto disminuye la sensibilidad de la cámara, pero no siempre va a ser posible llevar esto a cabo, pues a veces estaremos en la ISO más baja posible (algo que para mí gusto es lo más recomendable en condiciones de mucha luz) y sólo nos será posible “jugar” con la velocidad y la apertura.

Resumiendo

Lo más recomendable para ajustar la exposición de una fotografía es jugar con la velocidad de disparo (cuanto más rápida más oscura será la fotografía) y con la apertura del diafragma (cuanto más cerrado menos luz entrará por el objetivo) teniendo en cuenta los efectos que esto tendrá en la imagen final en cuando a profundidad de campo y movimiento de los objetos.

En ambos casos, el control de estos dos parámetros fundamentales se realiza en una cámara réflex girando la rueda de control de la cámara; ya sea hacia la derecha para oscurecer la imagen o hacia la izquierda para aclararla. En las cámaras compactas, la rueda de control suele ser sustituida por un par de botones, pero el principio de funcionamiento es más o menos el mismo. Así de sencillo.

A partir de estos conocimientos básicos ya todo es cuestión de practicar y practicar; pero eso es algo que ya depende sólo de vosotros. Yo lo único que pretendía es quitaros el “miedo” a emplear el modo manual de la cámara, pues no es tan fiero el león como lo pintan.

Bueno, y ahora que ya conocéis la teoría, os dejo con un vídeo que grabé hace unos días en el que os comento todo esto. Veréis que hay un corte un poco extraño hacia la mitad, pero es que se me olvidó comentar un detalle importante y por no repetir todo el proceso de grabación lo introduje posteriormente. Espero que sea un buen complemento a la explicación de esta entrada y que con su apoyo os quede claro todo este tema.

¡Un saludo!

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