27 de abril de 2013

Técnica fotográfica. Formatos de imagen RAW y JPEG

TÉCNICA FOTOGRÁFICA. FORMATOS DE IMAGEN RAW Y JPEG
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Fecha última modificación: 27/04/2013
Fecha creación: 22/05/2011
Versión: 2.0

NIVEL:      
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FORMATOS DE IMAGEN RAW Y JPEG (JPG)

¿Qué es el formato RAW?

El término RAW significa 'en bruto' y en fotografía se entiende como la imagen que es capturada directamente por el sensor de la cámara y no ha sido sometida a ningún tratamiento posterior; por lo que no hay ninguna pérdida de calidad, ¡si  entendemos como calidad la de la imagen registrada!

Existen diferentes formatos RAW -según fabricante-, que se distinguen por la extensión del nombre del archivo, por ejemplo: CR2 (CANON), ORF (OLYMPUS), PEF, DNG...

La imagen captada por el sensor se transfiere normalmente a una memoria interna de la cámara y posteriormente es convertida al formato elegido antes de su grabación en la tarjeta de almacenamiento. En este proceso se le añaden metadatos y también se puede destruir parte de la información capturada.

Al visualizar directamente una imagen RAW comprobaremos que es pobre en saturación de color, contraste y definición. Está como falta de vida por lo que habitualmente requiere un tratamiento posterior.

¿Qué es el formato JPEG o JPG?

Es un formato donde se aplican algoritmos de compresión de datos y que, por tanto, descartan parte de la información existente.

El tamaño del archivo resultante se puede regular con un factor de compresión, a mayor factor se obtiene una calidad menor y viceversa. La posibilidad de ajustar este parámetro está también disponible directamente en algunas cámaras (calidad del JPEG).

Debido a que los archivos tienen normalmente un tamaño bastante reducido, pueden manejarse más fácil y rápidamente, por lo que son de enorme utilidad para enviar por correo electrónico, incluir en una página WEB, etc.

Cuando vemos una imagen JPEG podemos encontrarnos con zonas de altas luces reventadas (todo blanco) y con sombras profundas sin detalle, estos defectos son irrecuperables salvo que seamos un experto dibujante.

En la figura 1, se puede observar pequeñas diferencias en el detalle de las sombras profundas y de las altas luces, así como en saturación y contraste de los colores, para una imagen grabada como JPG y RAW con la misma cámara.
¿Qué formato utilizo para almacenar mis fotografías?

Siempre debemos almacenar en un formato sin pérdida de calidad (RAW u otros formatos como TIFF) ya que, como lo programas de edición de imágenes suelen tratarlas mejor que la propia cámara, podremos convertirlas posteriormente. ¡Para borrar información siempre estaremos a tiempo!, y además, debido a la constante evolución del software, podríamos mejorar los resultados obtenidos en un futuro.

Un posible inconveniente con el formato RAW de nuestra cámara puede ser la incompatibilidad con algunos programas. Para solucionarlo podemos convertir a un RAW más estándar como lo es el formato DNG, utilizando para ello un programa actualmente gratuito como el Adobe DNG Converter.

¿Cuánto pesa una imagen o cuántos bytes ocupa?

El peso de una imagen se entiende como el tamaño en bytes, kilobytes, megabytes, gigabytes..., que ocupará su almacenamiento en memoria, y no debemos confundirlos con los píxeles o número de puntos que contiene una imagen. También es necesario distinguir y conocer que un byte equivale a 8 bits.

El color de un píxel queda completamente identificado conociendo la magnitud de cada una de sus tres componentes RGB (rojo, verde y azul); siendo sus valores y proporciones relativas los que definen su luminosidad, tono y saturación.

Normalmente cada una de las componentes individuales de color RGB (rojo, verde y azul) las podemos codificar con 8 o 16 bits (menor y mayor resolución), es decir, necesitamos en total 24 (3 colores x 8 bits) o 48 (3 x 16) bits para identificar completamente el color de un punto.

Por ello, para un imagen de 21 megapíxeles y una resolución de 24 bits por píxel el tamaño mínimo teórico de archivo es de 63 Mbytes, que resultan de multiplicar los 21 Mpx por 3 bytes/px.

El valor apuntado anteriormente es para un archivo sin comprimir con 8 bits (1 byte) de codificación por componente individual color y sin ningún metadato, algo que no posible porque al menos se requiere conocer cuántos puntos hay en cada dimensión, pero existen otros formatos de archivo y cada uno de ellos tiene un peso diferente.

En la tabla siguiente y en la gráfica de la figura 2, he resumido y representado gráficamente los valores resultantes obtenidos a partir de un determinado archivo de una cámara CANON con sensor de 21 Mpx al almacenarlo con diferentes formatos. Se debe considerar que dichos datos no siempre son los mismos sino que dependerán del tipo de imagen como veremos más adelante.

Cámara EOS 5D Mark
Nº de píxeles = 5.616 x 3.744 = 21,03 Mpx

  Tipo de archivo
Mb en archivo


Archivo DNG
22,13
Archivo PSD (16 bits) con capas
>120 (p.e. 400)
Archivo PSD (16 bits)
120,34
Archivo PSD (8 bits)
58,55
Archivo TIFF (16 bits)
120,35
Archivo TIFF (8 bits)
60,19
Archivo JPG (calidad 12)
10,93
Archivo JPG (calidad 10)
4,08
 
Con los píxeles efectivos para la cámara mencionada y considerando que:

1.      Cada pixel tiene tres componentes de color RGB
2.      Aplicamos un formato sin o con muy poca compresión como por ejemplo PSD
3.      Codificamos en 8 bits o lo que es lo mismo un byte por cada componente

Resulta que el tamaño del archivo teórico en Mb (millones de bytes) debería ser algo superior a: 3*21,03=63,09 Mb y sin embargo es de 58,55 Mb para el PSD y de 60,19 MB para el TIFF. ¡Vaya!, se nos ha perdido algún pixel con los formatos que habitualmente pensamos que no comprimen o, ¿tal vez no sea cierto que la imagen no se comprime?. Además, tenemos que considerar que en el archivo contiene metadatos y que estos algo deben de ocupar.

Si realizamos la prueba de pintar de blanco nuestra imagen y acoplamos la resultante, comprobaremos que ocupa solamente 1,03 Mb en el caso PSD con 8 bits, es decir, sí se realiza una importante compresión.

Tamaño de un archivo JPEG/JPG y de un BMP

JPG es un formato comprimido y el peso final del archivo que genera depende, además del tamaño propio de la imagen, de:

1.
Grado de compresión (parámetro calidad, por ejemplo en PSD la escala es variable entre 0 a 12)
2.
La diversidad y distribución de las tonalidades de la imagen
3.
Los bits con los que se codifica (normalmente 8 o 16 bits) y el modo de color (RGB, escala grises...)

Por ejemplo, para una imagen de 1.000 x 1.000 píxeles de 8 bits (1 Mpx) en RGB, se espera un tamaño teórico sin comprimir y sin metadatos de: 1.000 x 1.000 x 3 colores x 1 byte (8 bits) por cada color = 3.000.000 bytes.

Realizando pruebas con dos imágenes de 1.000 x 1.000 píxeles, con los colores y textura mostrados en la figura 4, se obtienen los datos recogidos en la tabla.
Resulta curioso comprobar, a partir de los resultados con máxima calidad para la imagen de la izquierda (aspecto de película granulada), como el formato JPG puede generar archivos de mayor peso que el propio BMP (formato sin compresión); por lo que podemos aventurar que no es muy acertado guardar como JPG de máxima calidad una imagen con mucho grano.

Resumiendo, es difícil, por no decir imposible, calcular previamente el tamaño final de un archivo JPG y, además, ¡no es absolutamente cierto que su tamaño sea siempre menor que el de un formato no comprimido!.

Tamaño de un archivo tipo RAW (DNG, PSD...)

Por otro lado, ¿por qué el archivo DNG de la tabla sólo ocupa 22,13 Mb?. La respuesta estriba en que el archivo tipo RAW almacena lo capturado directamente por el sensor y por tanto asocia sólo una de las componentes de color de cada píxel, es decir, o se le asigna el grado de luminosidad del rojo o la del verde o la del azul (matriz de Bayer). Por tanto, ese valor está próximo al número de píxeles aunque es ligeramente superior porque incorpora los metadatos.

¡Gran invento lo de la matriz de Bayer! ya que nos permite ahorrar espacio en disco a costa de la calidad y luego que lo arregle el software. Con esta matriz para cada píxel sólo se registra una componente de color, es decir, o el rojo o el verde o el azul y además, por definición, existen el doble de píxeles verdes que de rojos o de azules (figura 3), es como si en cada píxel le colocamos delante un filtro para dejar pasar sólo los tonos de una gama. Además, ha desbancado al sensor FOVEON que sí que asigna a cada píxel las tres componentes de color. ¡Simple cuestión de mercado!, esto me recuerda cómo el sistema de vídeo VHS eliminó a sus competidores a pesar de su peor calidad.

Es el programa que interpreta el RAW, por ejemplo el software del Camera Raw, quién se inventa el resto de las componentes de color que faltan, en base a un algoritmo que analiza los colindantes y por ello el archivo aumenta su tamaño. Este proceso forma parte de lo que se denomina el Revelado digital, que también incluye otros ajustes de contraste, de color..., incluso con tratamiento zonal. También es posible que sea la cámara la que realice ella misma la conversión, si decidimos grabar la imagen capturada en JPEG/JPG

¿Y si incluimos capas?

Si incluimos capas creadas con un programa de edición, como por ejemplo Photoshop, y no acoplamos la imagen los archivos se pueden hacer enormes, dependiendo del número y tipo de las mismas. Con una imagen de 21 Mpx podemos aproximarnos al Gb (gigabyte) o incluso superarlo, en todo caso siempre será mayor que el mismo archivo sin ninguna capa.

Para no aumentar demasiado el tamaño del archivo muchos autores una vez ajustada la foto la acoplan, pero presenta el inconveniente de no poder volver atrás para una nueva edición de las capas realizadas.

Para mí la solución, respecto al dilema planteado, consiste en guardar para cada imagen tres archivos: el original, el de edición en 8 bits (ocupa la mitad de uno de 16 bits) y con un menor tamaño y un tercero con él o los tipos de enfoques realizados. Un mayor detalle de mi método de trabajo lo desarrollaré más adelante en este u otro tutorial.
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© Jorge Lidiano.
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