Equilibrio de blancos y
filtros conversores de color

Rollo preliminar: lo que ve el sensor y como se procesa

Como percibe la luz el sensor

La temperatura de color de la luz que llega al sensor de la cámara solo depende de la fuente de iluminación y, en menor medida, de las dominantes que pudiera introducir la óptica utilizada, que son despreciables en el caso que tratamos.

El sensor capta una imagen en grises, que es filtrada por una retícula de cuadraditos rojos, verdes y azules (la famosísima matriz de Bayer, así llamada porque la inventó el Dr. Bryce E. Bayer), de modo que a cada píxel del sensor solo llega un tipo de la luz original: roja, verde o azul. Todas ellas son captadas en grises por el sensor, como se puede ver en la imagen siguiente.

Un revelado del raw sin interpolación de colores muestra como capta el sensor las luces que le llegan: una retícula o mosaico de cuadraditos grises. A la derecha un detalle al 200% donde se aprecia la estructura (mosaico) de píxeles del sensor.

Esta imagen a cuadraditos grises es lo que graba la cámara en su formato raw. Posteriormente, durante el revelado, se le asigna a cada píxel un valor de R, G ó B, según el patrón de Bayer que tenga cada sensor, obteniendo una imagen de cuadraditos en los colores primarios.

Ahora, a cada píxel de un color hay que añadirle los dos colores que le faltan, interpolando los píxeles adyacentes (demosaicing). Esta interpolación lleva impícita una pérdida de detalle y de calidad, y puede dar lugar a "artefactos".

El algoritmo de interpolación tiene mucha importancia en el resultado final: no todos los reveladores lo hacen del mismo modo.

Por software, durante el revelado o a posteriori, se aplican un perfil de color y un equilibrio de blancos, tratando de aproximar lo que la cámara captó a como lo ve el ojo. Ese equilibrio de blancos consiste esencialmente en un ajuste de la exposición de cada canal R, G y B. Y ya tenemos nuestra imagen en RGB dispuesta a ser tratada o maltratada en cualquier programa de edición de fotos.

En general, los sensores (por variados motivos, entre ellos el diseño del filtro de Bayer) son más sensibles al verde que al rojo y que al azul, cosa lógica, ya que así es como percibe la luminancia el ojo humano.

Normalmente, el canal más expuesto es el verde seguido del rojo y del azul.

Un revelado neutro del raw (sin aplicarle perfil, para lo que hay que usar como revelador dcraw que es el único que lo permite), una vez interpolado produce una triste y apagada imagen verdosa, lo que confirma lo anterior.

Esa imagen triste y verdosa es nuestro raw revelado sin aplicar curvas de contraste o brillo, ni equilibrio de blancos, ni perfil de color. Los perfiles y las curvas que se le aplican después (incluyendo el equilibrio de blancos como un ajuste más de curvas) le darán vidilla y un aspecto más similar a lo que estamos acostumbrados a ver.

Revelados y ajustes

Las siguientes imágenes muestran las diferencias de un revelado neutro, sin equilibrar blancos, otro ajustado manualmente usando únicamente curvas y el que ofrece por defecto Adobe Camera Raw.

La toma está hecha con flashes, es decir, luz similar a la del día, en condiciones controladas, iluminación intensa y con contraste más que suficiente.

Revelado neutro con dcraw sin equilibrio de blancos y con los multiplicadores de los canales rojo y azul puestos a 1. El perfil de salida es AdobeRGB corregido a gamma lineal 1.

La dominante verdosa es normal, puesto que el patrón de Bayer tiene el doble de filtros verdes que rojos o azules.

Equilibrio de blancos hecho con curvas, escogiendo como punto blanco un tono gris del fondo.

Ha aumentado la exposición de los canales azul y rojo, que eran los que en el raw original estaban menos expuestos. El resultado es una alineación casi perfecta de los tres canales, especialmente en las altas luces, lo que significa un correcto equilibrado de blancos.

Abajo hay una comparación del revelado anterior equilibrado manualmente mediante ajuste de curvas y el que produce por defecto Adobe Camera Raw.

El ajuste de la imagen anterior ya equilibrada, convertida a AdobeRGB, con una curva de brillo-contraste.

Revelado con ACR, valores por defecto y con el equilibrio de blancos tomado sobre el gris de fondo.
El perfil de salida que se aplicó en ACR fue de gamma 2.2 (AdobeRGB).

La diferencia de color que se aprecia en ambas tomas puede ser debida, entre otras cosas, a que no haya seleccionado el blanco exactamente sobre el mismo punto. También a la curva aplicada a la primera. Haciéndolo con más precisión pueden obtenese resultados idénticos.

Todo este rollo introductorio sirve para comprender varias cosas interesantes sobre el funcionamiento del sensor, como capta la imagen y el proceso que la imagen sufre después, en la cámara o en revelador que usemos. Los sensores sin filtro de Bayer, como el Foveon, funcionan de distinta manera de la expuesta.

En resumen:

  • Disparando en raw el ajuste del equilibrio de blancos en la cámara (en casi todas las cámaras) carece de la menor importancia, puesto que en nada afecta a la información captada y guardada.
  • El equilibrio de blancos hecho durante el revelado simplemente se limita a sobreexponer o subexponer linealmente al menos un canal.
  • Si se dispara en JPG el equilibrio de blancos es importante que esté bien ajustado, pues la posterior manipulación del archivo implicará pérdida de calidad.
  • El equilibrio de blancos se puede hacer a base de curvas con un control bastante exacto, ya se haya disparado en raw, JPG o TIFF. En cualquier caso es posible su corrección.
  • Una iluminación pobre en un color (por ejemplo, la de tunsgteno que es muy pobre en azul y rica en rojos) resultará en una subexposición del canal correspondiente.
    Resultado: relación señal/ruido baja en ese canal = ruido alto en el canal.
  • Una iluminación que se aparte mucho de la normal (5500 °K) exigirá una corrección del equilibrio de blancos grande, tendremos que sobreexponer en el revelado ese canal subexpuesto, se hará visible el ruido en ese canal, variará la exposición de la foto y se corre el riesgo de que algún canal se queme.

Corregir la temperatura de color de la fuente de iluminación con un filtro conversor

Una solución para no forzar en exceso el equilibrio de blancos es corregir la calidad de la luz que alcanza el sensor. Siempre se han usado filtros correctores y/o conversores del color para ajustar la temperatura de color de la fuente de iluminación a la de la película, pero en la actualidad existe la creencia de que el software –y su palanquita de equilibrio de blancos– es algo mágico y que soluciona todo a la perfección.

He hecho una prueba para comprobar todo lo anterior, iluminando un objeto de tonos neutros (una cafetera de acero) con luz halógena de 3200 °K y he hecho dos tomas: una a pelo y otra poniendo un filtro conversor azul 80A para obtener una temperatura de color de 5500 °K a partir de la original de 3200 °K.

Mi idea era que al ser muy pobre en azules la luz de 3200 °K, el canal azul debería quedar subexpuesto dando como resultado un mayor ruido en ese canal, y que con el filtro, esa subexposición se compensaría obteniendo canales con una exposición más equilibrada. Éstos son los resultados.

Las dos tomas, la de la izquierda sin filtro y la de la derecha con un filtro conversor azul.
Filtro 80A para convertir la fuente de luz de 3200 a 5500 °K.

Y aquí unos detalles al 100% de la zona recuadrada en blanco en los que se aprecia claramente la diferencia de ruido y de empaste que se produce entre ambas tomas.

La diferencia de ruido y de empaste de negros en el canal azul entre la toma sin filtro (izquierda) y la realizada con el filtro (derecha) es evidente.

Parece lógico pensar que los sensores están diseñados para recibir una luz más o menos blanca y que si la temperatura de color es muy diferente de la normal habrá al menos un canal subexpuesto que será el que más ruido tendrá. Posteriormente, en el revelado y al aplicar el equilibrio de blancos, se aumentará por software la exposición de ese canal subexpuesto, incrementando con ello el ruido de ese canal y, en consecuencia, el de la imagen final.

Conclusión

Volvemos a lo clásico. Modificar la temperatura de color de la fuente de iluminación, aproximándola a los 5500 °K, puede ayudar bastante a la obtención de tomas sin ruido, con todos los canales correctamente expuestos y con una imagen equilibrada en blancos más próxima a la final. Los filtros correctores o conversores de color, por lo visto, siguen teniendo su utilidad.

¿Influye lo anterior decisivamente en el resultado final?

En general, no. No influye de una manera decisiva pues al mezclarse los canales el ruido se diluirá mucho, pero puede ser interesante en casos de iluminaciones extremas.

No influye relevantemente en el resultado final, no, pero influye.

Algo parecido a lo anterior lo publiqué en un foro, y tras unos análisis de los raw de las fotos anteriores hechos por Guillermo Luijk, cuya página recomiendo mucho si estás interesado en estos asuntos, éste comentaba:

"Estás en lo cierto. El ruido presente en un píxel del RAW (hablando con más rigor habría de decirse relación señal a ruido), depende principalmente de dos variables, de más a menos determinante:

  • Cantidad de luz (fotones) recibida por el sensor: a mayor cantidad mejor relación señal a ruido (obviamente sin llegar a saturar)
  • ISO: a mayor ISO (sí, mayor, no menor) mejor relación señal a ruido

Y ambas juntas dan lugar a un determinado nivel de exposición en el RAW.

En general, en escenas no filtradas y con las luces que suelen darse en el mundo real, el canal azul, por factores como la menor sensibilidad del sensor en su banda espectral y su menor potencia presente en la radiación luminosa, resulta en una exposición bastante menor que los canales rojo y verde. El verde es el que casi siempre resulta más expuesto. Eso por un lado.

Por otro lado la relación señal a ruido final (de la imagen revelada) dependerá de la combinación de las relaciones señal a ruido de los canales participantes (R, G y B), por lo que cuanto menos ruido tengan estos, menos ruido tendrá la imagen final.

Tú con tus filtros lo que logras es, manteniendo la exposición del canal predominante (el verde), aumentar la del canal rojo y sobre todo el azul. El resultado es que ahora todos los píxeles del sensor reciben cantidades más parecidas de luz, que en un caso de derecheo será máxima, y por lo tanto tendrán la relación señal a ruido más alta todos ellos. Esto maximizará la relación señal a ruido de la imagen final."

"... he revelado sin aplicar el balance de blancos (esto solo lo puede hacer DCRAW) los dos archivos (se refiere a las tomas que hice de la cafetera), para ver el efecto del filtro. Como puede verse el filtro ayuda a que lo que la cámara capta esté ya mucho más cerca de una imagen correctamente balanceada en blancos que por tanto requiere menos ajuste".

¿Quieres profundizar más en este asunto?

Pues visita la página de Guillermo, especialmente el artículo UNIWB. DISPLAY DE LA CÁMARA FIEL AL RAW, donde explica el color que ven las cámaras como gris neutro (es decir con los tres canales perfectamente alineados) y un curioso mecanismo para calcular un equilibrio de blancos que acerque el histograma de la cámara –basado en la previsualización JPG– al histograma que realmente tiene el raw.

En un próximo artículo, veré como funciona el equilibrio de blancos (la exposición de los distintos canales) empleando en el objetivo un filtro de color complementario, magenta, a ese verdoso que ve la cámara.

Probablemente, el histograma generado por la cámara desde el JPG de previsualización, se acerque más al del raw y el ajuste de exposición sea más preciso. Ya veremos.

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