Fotografía HDR

En procesamiento de imágenes, gráficos por ordenador y fotografía, las imágenes de alto rango dinámico (HDR) son un conjunto de técnicas que permiten un mejor rango dinámico de luminancias entre las zonas más claras y las más oscuras de una imagen del que las técnicas de imagen digital estándar o métodos fotográficos pueden ofrecer. Este rango dinámico más extenso permite a las imágenes HDR representar con más exactitud el extenso rango de niveles de intensidad encontrados en escenas reales, que van desde luz solar directa hasta la débil luz de las estrellas.

Los dos principales orígenes de las imágenes HDR son el renderizado por ordenador y la mezcla de múltiples fotografías, que a su vez son conocidas como fotografías de bajo rango dinámico (LDR), también llamadas de rango dinámico estándar (SDR).

Las técnicas de mapeo de tonos, que reducen todo el contraste para facilitar que dispositivos con menos rango dinámico muestren imágenes HDR, pueden aplicarse para producir imágenes conservando o exagerando el contraste localmente para realizar un efecto artístico.

Fotografía

En fotografía, el rango dinámico se mide en diferencias de valor de exposición EV (medido por puntos de diafragma, del inglés f/stops) entre las partes de la imagen más claras y más oscuras que muestran detalle. Un incremento de un EV o una parada es una duplicación de la cantidad de luz.

Rango dinámico de algunos dispositivos

Dispositivo

Puntos

Contraste

Pantalla LCD 9.5 700:1
Cámara DSLR (1Dmk2) 114 2048:1
Película de impresión 74 128:1

Las fotografías HDR se consiguen en general capturando varias fotografías estándar, usando a menudo bracketing de exposiciones, y después combinándolas en una imagen HDR. Las fotografías digitales con frecuencia se codifican en formato RAW, propio de la cámara para imágenes, porque la codificación JPEG de 8 bits no ofrece valores suficientes para permitir una transición correcta (además de introducir efectos indeseados debido a la compresión con pérdida).

Cualquier cámara que permita un ajuste manual de la exposición de una foto puede usarse para crear imágenes HDR. Algunas cámaras tienen bracketing de exposiciones automático (AEB) con un rango dinámico mucho mejor que otras, desde los 1 EV de la Nikon D200, a los 18 EV de la Canon EOS-1D Mark II.

La Pentax K-7 DSLR tiene un modo HDR que captura una imagen HDR y después devuelve (sólo) un archivo JPEG con mapeado de tonos.

Rango dinámico para cada configuración ISO de la 1Dmk2

ISO

Rango dinámico (Puntos de Luz)

50 11.3
100 11.6
200 11.5
400 11.2
800 10.7
1600 9.7
3200 8.7

Apliquemos las Matemáticas

Proporción de contraste = 2(Diferencia de EV)

Diferencia de EV = log(Proporción de contraste)

El hecho de que un incremento de un EV indique una duplicación de luz significa que el EV se represente con frecuencia en una escala logarítmica de base 2.

La percepción humana del brillo está bastante aproximada por una función potencial, que dice que a lo largo de un rango razonable se aproxima a logarítmica, como se describe por la ley de Weber-Fechner. Esta es la razón por la que se suelan utilizar medidas logarítmicas para la intensidad de la luz.

Representar imágenes HDR en pantallas LDR

Reducción de contraste

Las imágenes HDR se pueden representar fácilmente en dispositivos LDR comunes, como monitores de ordenador o impresoras fotográficas, simplemente reduciendo el contraste, como todo software de edición de imágenes es capaz de hacer.

Recortando y comprimiendo rango dinámico

A menudo las escenas con alto rango dinámico se representan en dispositivos LDR recortando el rango dinámico, eliminando los detalles más oscuros y más claros, o alternativamente mediante una curva de conversión S que comprima el contraste progresivamente y más agresivamente en los puntos más luminosos o más ensombrecidos mientras deja las porciones intermedias de contraste relativamente ilesas.

Mapeado de tonos

El mapeado de tonos reduce el rango dinámico, o proporción de contraste, de la imagen completa, mientras mantiene el contraste localizado (entre pixeles vecinos), recurriendo a la investigación de cómo el ojo humano y la corteza visual perciben una escena, tratando de representar todo el rango dinámico mientras se mantiene un color realista y el contraste.

Las imágenes con una gran transformación de mapeado de tonos tienen su rango muy comprimido, creando un renderizado de bajo rango dinámico irreal de una escena HDR.

Comparación con imágenes digitales tradicionales

La información almacenada en imágenes HDR se corresponde típicamente a los valores físicos de luminancia o radiancia que pueden ser observadas en el mundo real. Esto las diferencia de las imágenes digitales tradicionales, que representan colores que deberían aparecer en un monitor o impresos en un papel. Por lo tanto, los formatos de imagen HDR se llaman a menudo “referidos a escena”, al contrario que las imágenes digitales tradicionales, que son “referidas a dispositivos” o “referidas a salida”. Además, las imágenes tradicionales se codifican por lo general hacia el sistema visual (maximizando la información visual almacenada en un número fijo de bits), que normalmente se llaman “codificación gamma” o “corrección gamma”. Los valores almacenados para las imágenes HDR tienen normalmente una corrección gamma (función potencial), o una codificación logarítmica, o valores lineales de coma flotante, dado que las codificaciones lineales de punto fijo son cada vez menos eficientes a medida que aumentan los rangos dinámicos.

Las imágenes HDR suelen utilizar un número de bits mayor que las imágenes tradicionales por canal de color para representar muchos más colores sobre un rango dinámico mucho mayor. Normalmente se utilizan números de coma flotante de 16 o 32 bits para representar pixeles HDR. Sin embargo, cuando se usa una función de transferencia apropiada, los pixeles HDR se pueden representar para algunas aplicaciones con 10 ó 12 bits para luminancia y 8 bits para crominancia sin introducir ningún artefacto de cuantificación visible.

Foto normal sacada con varias unidades de flash

Foto normal sacada con varias unidades de flash

Foto HDR después de haber mezclado 3 imágenes con un valor entre ellas de 2ev

Foto sacada con varias unidades de flash y máquina de humo

Foto HDR sacada con varias unidades de flash y máquina de humo, después de mezclar 3 imágenes con valores de +-2EV

 


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