15 de septiembre de 2013

Técnica fotográfica. Manejo de la cámara. El histograma

TÉCNICA FOTOGRÁFICA. MANEJO DE LA CÁMARA. EL HISTOGRAMA
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Fecha última modificación: 15/09/2013
Fecha creación: 15/09/2011
Versión: 1.0

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Definición de histograma

La actual tecnología digital nos permite comprobar las luminosidades de una imagen de manera muy sencilla mediante un gráfico que se denomina histograma. Este gráfico, que puede verse con inmediatez en la misma cámara o posteriormente en alguno de los programas de edición como lo son: Photoshop, Lightroom, Camera Raw..., se ha convertido en una de la herramientas más útiles para el control y comprobación de la exposición, reemplazando el concepto de pre-visualización del Sistema de zonas por una visualización real.

Se construye con líneas verticales contiguas correspondientes a cada uno de los valores posibles de luminosidad (tipología de gráfico de barras). La representación simultánea de todas las líneas conforman, normalmente, una superficie sólida y la ausencia de una de ellas indica la falta de píxeles con valor en esa luminosidad.


Su interpretación es sencilla, su altura nos indica la cantidad de píxeles, con una escala relativa al mayor número, que tienen un determinado valor de luminosidad,  informándonos con su forma de su peso y distribución relativos.
 En la figura 1 se muestra un ejemplo de un histograma (superficie negra). En él, lo primero que debemos conocer es que su parte izquierda representa la zona de sombras y la derecha la de luces, quedando en el centro los tonos medios; por ello, viendo la superficie del ejemplo, podemos afirmar que en éste predominan las sombras sobre las luces.

En el eje horizontal (abcisas) aparecen los valores de luminosidades, de modo que para una codificación de 8 bits tomarían los valores entre 0 (sombra más profunda) y 255 (máxima luz), de izquierda a derecha respectivamente. Y en el eje vertical (ordenadas), se representan el número de píxeles para cada luminosidad, relativos al máximo valor (destacado con un círculo rojo). Como ejemplo aclaratorio, en la figura 1 se ha dibujado una línea de color rojo para identificar la luminosidad correspondiente al gris medio (valor 127) y, en consecuencia, su altura indicaría la cantidad de píxeles de la imagen con ese valor.

Por tanto, a mayor altura, mayor es también la presencia de píxeles situados en esa luminosidad (valor en abcisas). Para el ejemplo de la figura mencionada, el máximo valor está situado sobre ¼ del eje horizontal (luminosidad cercana a 64, 255/4), por lo que podemos afirmar que el mayor número de píxeles se concentran en un color oscuro.

Si observamos más detenidamente el mencionado histograma, vemos que en el extremo izquierdo hay una línea vertical de mayor altura y que contrasta bruscamente con las luminosidades colindantes. Esto no es bueno, e indica que puede existir una pérdida de detalle en las sombras, o lo que es lo mismo, que se han asignado al valor 0 -aunque lo sea en una única componente de color- muchas zonas de la imagen cuando lo deseable es lo contrario. Sin embargo, por el lado derecho, la superficie del histograma no alcanza al extremo, lo que indica la inexistencia de luces máximas (valor 255) en la imagen.

A nivel de exposición podríamos afirmar que la imagen que corresponde al histograma representado no está perfectamente expuesta, ya que contamos con algo de margen en las luces y, sin embargo, podemos haber perdido detalle de las sombras.

Por otro lado, el gráfico no solamente puede verse en monocromo, sino que hay la posibilidad de representarlo con las componentes separadas RGB y CMY con algunas cámaras y programas.

El histograma de la figura 2 pertenece al archivo RAW de la misma imagen, ha sido capturado desde la pantalla del programa Camera Raw y en él podemos apreciar la cantidad de píxeles que toman un valor de luminosidad por cada componente así como el peso relativo de las componentes según la luminosidad. Por ejemplo, el color rojo que sobresale por encima en la zona de altas luces delata que hay un mayor número de más píxeles que alcanzan ese valor de luminosidad en su componente roja. En las cámaras este tipo de gráfico es más frecuente verlo con las componentes RGB separadas en tres histogramas distintos, uno por cada una de ellas.

La figura 3 muestra la imagen patrón a la que pertenecen los histogramas anteriores. A la vista de la misma y de la luz cálida del atardecer se confirma las sospechas respecto a la componente roja que se intuían en el gráfico de la figura 2.

Con la forma del histograma, al ser una representación de la distribución y cantidad de luminosidades y no incluir información de la ubicación de los píxeles, no podemos concluir si la imagen será o no agradable, pero si podemos de antemano comprobar:

1.
Si una imagen ha sido correctamente expuesta
2.
Si la escena presenta un contraste bajo, normal o excesivo y, por tanto, si es fácilmente registrable o por el contrario convienen descartarla
3.
Si es posible con nuestro sensor captar la totalidad de las luminosidades existentes, es decir, si disponemos de un rango dinámico suficiente

¿Que ocurre con el histograma si procesamos la imagen?

El histograma cambiará si aplicamos algún ajuste de luminosidad o de color como lo puede ser: Niveles, Curvas, Tono, Saturación... Para esas operaciones es importante que nuestra imagen haya sido codificada en 16 bits, sobretodo cuando el gráfico no alcanza los dos extremos simultáneamente -la escena está falta contraste y vamos a aumentarlo- o si vamos a intervenir zonalmente para incrementar mucho el contraste local.

Por ejemplo, si aplicamos Niveles en Photoshop a la imagen patrón (figura 3) para oscurecerla de forma incorrecta, podemos provocar que el histograma no se una con el extremo izquierdo mediante amplitudes bajas (figura 4), lo que nos indica que hay muchos píxeles de luminosidad 0 y posible pérdida de detalle en las sombras. Análogamente, podemos utilizar el mismo proceso con las luces y obtener los resultados de la figura 5 y una conclusión análoga.

Las figuras mencionadas podrían servir, respectivamente de ejemplo para simular el caso de una sub y sobreexposición de la cámara. Pero esto no es totalmente riguroso ya que, con el programa hemos desplazado un extremo y anclado el otro. Un efecto más próximo a la sub-exposición sería el mostrado en la figura 6.

Cuando la imagen de origen es de 8 bits y la oscurecemos aumentando las sombras de manera similar a la figura 4, aparece un gráfico, al redistribuir y calcular los nuevos valores, con un efecto de peine que indica valores de luminosidad libres y no asignados a ningún píxel (figura 7). Además, como ya hemos mencionado, con dicho ajuste provocamos una pérdida de detalle en sombras, hecho que queda evidente al comprobar que, en su parte izquierda, el gráfico no termina con valores de altura cero o próximos a cero. 
Algunos histogramas típicos y singulares

Algunos histogramas son fácilmente reconocibles -unos porque se nos presentarán con cierta frecuencia y otros por su rareza-,  y sólo con verlos podemos identificar las características de la imagen que los ha podido construir.

Escala de grises

No siempre la superficie de una histograma es continua, sino que puede ser discreta como sucede en el caso límite de una escala de grises (figura 8). En este, como es lógico, sólo hay píxeles en las luminosidades de cada uno de los tonos y podría considerarse como un caso extremo del efecto peine visto con anterioridad. En el  ejemplo las líneas guardan, además, una equidistancia perfecta debido a que la escala ha sido confeccionada mediante software y no ha sido sometida a la no linealidad del papel, la impresora o el sensor.

Imagen sub-expuesta o sobre-expuesta

Como ya hemos comentado en otros apartados, la imagen sub-expuesta o sobre-expuesta es rápidamente identificable al comprobar cómo se agolpa y termina el histograma sobre un extremo. La figura 9 muestra el caso típico de falta de exposición y la figura 10 el exceso de la misma. En ambos casos, la información se concentra próxima a un costado y como el número de píxeles en los extremos no es cero existe casi con seguridad pérdida irrecuperable de detalle.
 Imagen a contraluz

En una imagen a contraluz lo normal es que nos encontremos con una forma típica de 'joroba de camello' como la mostrada en la figura 11, en ella queda evidente la asignación mayoritaria de píxeles en luces y sombras a costa de los tonos medios.

¿Cómo exponer en base al histograma?

En la exposición con la cámara interesa que el histograma se ajuste al extremo derecho (este método se conoce como derechizar), siempre que el rango de luminosidades de la escena sea inferior al que nos permite el rango dinámico. Con ello, los píxeles tomarán valores mayores que ajustándolo por la izquierda, facilitando su edición posterior. Además, al recibir más luz el sensor se comportará mejor con el ruido.

Para desplazar el histograma hacia la derecha basta con aumentar la exposición y, análogamente, hacia la izquierda hay que disminuirla.

Si la escena es de alto contraste, y por lo tanto no es posible registrarla totalmente, o usamos métodos de combinar imágenes en base a varias exposiciones (imágenes HDR o de alto rango dinámico) o tendremos que renunciar a tener detalle en toda la imagen y decidir dónde preferimos perderlo, si reventando luces o no registrando la textura de las sombras más profundas.

De acuerdo a lo visto, con la imagen patrón de la figura 3, cuyo rango de luminosidades es inferior al dinámico de la cámara, la exposición hubiera sido más correcta aumentándola ligeramente hasta situar las luces conforme al criterio anteriormente establecido, aunque en el visor de la cámara la imagen pudiera parecernos algo clara.

Resumiendo, los pasos para exponer correctamente en base al histograma serían los siguientes:


1.
Tomar inicialmente la imagen según la medición fotométrica de la cámara
2.
Si el histograma cubre todo el rango dinámico, representado por la longitud del eje horizontal, comprobar si se está perdiendo detalle en las luces, en las sombras o en ambas. En función de los resultados, si hay pérdidas, decidir dónde nos importa menos que se produzcan y exponer en base a tal decisión. Es decir, si no nos importa perder detalle en las luces sobre-exponer para  ajustar el histograma a la izquierda y a la inversa
3.
Cuando el histograma no cubre todo el rango comprobar si está ajustado a la derecha, si no es así repetir la toma con una mayor exposición. En caso de estar pegado a la derecha y además sobrepasado, repetir la toma con una menor exposición para desplazarlo hacia la izquierda


En la figura 11 se muestra una imagen que ha sido correctamente expuesta. En ella vemos cómo se alcanzan los extremos de forma suave por lo que existen pocos píxeles asignados para esos valores y no hay pérdida de detalle ni en las luces ni en las sombras. En ella también se observa cómo ha sido ligeramente ajustada más a la derecha que a la izquierda. Tal vez, este tipo de escena no nos satisfaga completamente, ya que podríamos desear tener más detalle y gradación tonal en los troncos de los árboles, pero es la fiel representación de la realidad pero..., tranquilidad, por suerte tenemos programas de edición que nos permitirán interpretarla de una forma más subjetiva.

El histograma perfecto

No existe un histograma ideal, como tampoco hay una imagen ideal. En la fotografía analógica siempre se ha considerado una buena copia a la que presentaba una gradación tonal extensa, así como zonas de sombras y luces sin pérdidas de detalle. Además, era importante la presencia del negro profundo y de la base del papel y sólo se toleraba la ausencia de detalle en pequeñas zonas o en otras más grandes cuyo origen estaba muy identificado como, por ejemplo, el producido por un reflejo especular.

Bajo esas premisas, estaríamos definiendo un histograma que se extiende desde el blanco al negro máximo y, como no todas las imágenes directas tendrán dichas propiedades, sólo lo podríamos conseguir a través de la edición posterior.

Sin embargo, actuando sobre el histograma para extenderlo sólo estamos ajustando el contraste general a sus valores máximos posibles sin garantizar una agradable distribución de las tonalidades, ni evitar que se concentren en las luces o en las sombras, produciendo una sensación de empastamiento o excesiva claridad.
Por ello, con frecuencia se asocia como un histograma perfecto a aquél cuya forma, una vez extendido, se asemeja a una distribución Normal o de Campana de Gauss -por ser el que transmite generalmente una sensación mejor de calidad, según afirman algunos autores-, lo que supone pocos píxeles en las luces y sombras más extremas y una mayor concentración en los tonos medios.

No estoy de acuerdo con dicha afirmación, para mí la pretensión de conseguir ese tipo de forma no siempre es válida ni posible, ni tampoco es lógico desearla para todas las escenas, recordemos para ello simplemente los contraluces. Sin embargo, si puede ser recomendable intentar equilibrar algo el peso relativo de las diferentes tonalidades (figura 12) aplicando, por ejemplo, ajustes de Curvas y Niveles con un programa de edición.

En la figura 13 se representa una distribución ideal de píxeles conforme a la campana de Gauss (línea azul), superpuesta sobre el histograma de la imagen patrón de la figura 3, que ha sido revelada en Camera Raw de manera que su forma se pareciera. El resultado, que corrobora algunas afirmaciones anteriores, lo podemos apreciar en la figura 14, dónde lo único que hemos conseguido es agrisar la imagen, disminuyendo el contraste y la sensación de viveza.

Por ello, como ya he insistido en otras ocasiones, el tratamiento a realizar debe estar sólo sometido a los gustos personales o a la sensación que se desea transmitir en una serie. Si nos gustan las fotos oscuras o claras, suaves o contrastadas, con pérdida de detalle en luces o en sombras... no importa, deberemos dirigir el proceso hacia dicha finalidad aunque, en el momento de la toma, conviene registrar la imagen con la máxima fidelidad posible.
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© Jorge Lidiano.
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