INTRODUCCIÓN

Hace tiempo que quería hacer la prueba de medir el rango dinámico real en pasos de luminosidad que pueden proporcionar un monitor y una copia impresa en papel.

He de decir que los resultados obtenidos, si bien son exactos para las condiciones en que se hicieron las pruebas, no son cifras directamente extrapolables a todas las copias impresas ni monitores.

Sin ir más lejos anoche con otro tipo de iluminación hice unas pruebas preliminares y el rango dinámico del papel arrojó cifras casi un paso inferiores. Hay que pensar que la iluminación ambiente, el tipo de papel, la tinta y densidad de impresión usada, el modelo y calibración del monitor, etc... influirán notablemente en el rango dinámico obtenido por cada uno de ellos.

Sin embargo sí nos sirven las pruebas hechas en condiciones más o menos estándar, para tener una idea clara del orden de magnitud del rango dinámico que pueden proporcionar estos dos soportes de salida, y hacer algunos comentarios sobre sus implicaciones.

METODOLOGÍA PARA MEDIR EL RANGO DINÁMICO

Sin complicarnos demasiado ni dejar de ser rigurosos, para estimar el rango dinámico que nos pueda proporcionar una copia impresa en papel o un monitor vamos a limitarnos a medir la diferencia de luminosidad entre las superficies más y menos luminosas que ambos dispositivos de salida sean capaces de producir.

Para ello se ha usado una imagen de prueba consistente en un parche blanco contiguo a otro negro, que se han visualizado en la pantalla del ordenador y además se han impreso sobre papel fotográfico.

Para poder hacer un cálculo de cuál es la diferencia de luminosidad emplearemos la propia cámara como fotómetro de precisión.

Valiéndonos de la ya contrastada linealidad del sensor, podemos realizar varias capturas con diferente exposición de las escenas de prueba (es decir, haremos un ahorquillado de fotos de la pantalla así como de la copia impresa) para capturar con gran definición y libres de ruido ambas escenas.

Hecho esto bastará representar los histogramas por pasos de diafragma para ver cuántos pasos hay entre los dos picos que representarán el parche blanco y el parche negro, y ése será el rango dinámico del dispositivo.

RANGO DINÁMICO DEL MONITOR

Para la medición del rango dinámico del monitor se dispuso una imagen ocupando toda la pantalla de modo que la mitad izquierda estuviera llena de color blanco (máxima luminosidad), y la derecha de color negro (mínima luminosidad).

En función de la calidad y ajustes (calibración del monitor), se obtendrá una determinada diferencia de luminosidad entre ambas partes. Un buen monitor, capaz de dar un alto nivel de brillo y a la vez unos negros profundos arrojará cifras de considerable rango dinámico. Por el contrario un monitor ajustado a un bajo nivel de brillo o con unos negros "lavados" poco profundos, dará cifras menores de rango dinámico.

En la prueba se ha usado un monitor HP LP2475W con iluminación ambiente tenue de luz de día. La cámara, una Canon 5D, se colocó en un trípode encuadrando la parte central del monitor y desenfocando un poco la toma para que la textura y refresco de la pantalla no produjeran moiré.

Las capturas obtenidas se fusionaron con Zero Noise para obtener todo el rango dinámico de la escena libre de ruido. De la imagen resultante se recortó un parche central de 1000x500 píxeles para que el efecto del viñeteo no ensanchara los histogramas a obtener.

La siguiente figura muestra el parche central analizado:


Fig. 1 Parche de prueba para calcular el rango dinámico del monitor.

Y a continuación los histogramas por pasos de luminosidad de dicho parche, donde la diferencia que haya entre los dos picos nos indicará el rango dinámico que es capaz de reproducir el monitor:


Fig. 2 Rango dinámico de un monitor.

Puede verse que el rango dinámico máximo que era capaz de reproducir el monitor en las condiciones de la prueba es de unos 6,7 pasos.

Se hizo un balance de blancos sobre el parche blanco. Así el parche negro resultó ligeramente azulado (frío), consecuencia de la respuesta relativa propia del monitor en las zonas de sombra. Veremos luego como en el caso del papel la desviación fue en sentido contrario.

RANGO DINÁMICO DEL PAPEL

Para evaluar el rango dinámico de una copia impresa procedemos a imprimir la anterior escena de prueba (parche blanco y parche negro) sobre papel fotográfico.

Obviamente el parche blanco consistirá en no depositar nada de tinta dejando visible el blanco original del papel, y el parche negro resultará en la mayor densidad de tinta negra que la impresora sea capaz de lograr.

En particular se ha usado una impresora Epson Stylus D92 con papel fotográfico Fujifilm Glossy de 160 g/m².

La impresión obtenida se ha fotografiado con ahorquillado siendo iluminada con luz ambiente de día, y de ella se ha extraido como en la prueba del monitor el parche central de 1000x500 píxeles.

La siguiente figura muestra de nuevo el parche central analizado:


Fig. 3 Parche de prueba para calcular el rango dinámico de la copia impresa.

Los histogramas por pasos de luminosidad de dicho parche son los que se muestran a continuación:


Fig. 4 Rango dinámico de una copia impresa.

En este caso el rango dinámico máximo que es capaz de reproducir la copia impresa resulta ser de unos 4,3 pasos, bastante inferior al monitor como era de esperar.

Hecho el balance de blancos en la parte del parche blanco, el histograma del parche negro revela que la luz reflejada por la tinta de la impresora tenía una componente ligeramente más cálida que la reflejada por el papel.

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La siguiente tabla resume los órdenes de magnitud del rango dinámico que podemos esperar lograr con los dos dispositivos más habituales para visualizar fotografías:

DISPOSITIVO DE SALIDA	RANGO DINÁMICO
MONITOR	6,7 pasos
PAPEL	4,3 pasos

Fig. 5 Rango dinámico de dispositivos típicos.

A efectos del rango dinámico percibido, una pantalla de ordenador resulta un medio bastante más potente que una copia impresa para la representación de situaciones de alto contraste. Su mayor capacidad de generar diferencias de luminosidad hace más fácil emular lo que nuestra vista percibió en la escena real que con el papel.

El purista que vea como único fin de una fotografía que ésta acabe impresa, quizá se lleve las manos a la cabeza con esta afirmación, pero los números no engañan. Y como además veremos en el siguiente apartado, el papel cuenta con mucho menos margen de mejora en rango dinámico que dispositivos activos como son los monitores.

Esta limitación de la copia impresa para reflejar un rango dinámico elevado pudiera ser precisamente uno de los motivos por los que hay fotógrafos que, incluso sin saber muy bien el porqué, prefieren las diapositivas al papel para contemplar sus imágenes.

LOS DISPOSITIVOS DE SALIDA Y EL HDR

El cálculo de los anteriores valores se ha hecho en el contexto de estudiar cuáles son las dificultades que la obtención de imágenes HDR supone para el fotógrafo.

En general cuando se discute la problemática que plantean las escenas de alto rango dinámico en fotografía, se habla mucho de la dificultad de poder capturarlas usando una cámara digital de rango dinámico limitado. Pero este problema tiene los días contados con la aparición de sensores cada vez con más rango dinámico, como se vislumbra en el artículo Pentax K5. El sensor perfecto?.

Sin embargo pocas veces se pone énfasis en que la mayor complejidad a la hora de representar en una imagen final una escena de mucho rango dinámico, no está en la captura (que con métodos sencillos como la realización de varias tomas con diferente exposición queda hoy perfectamente resuelta), sino precisamente en el procesado posterior.

Dicho proceso necesariamente incluye un mapeo de tonos de la información capturada (escena de alto rango dinámico) en un dispositivo de salida como es el monitor, la copia impresa o un proyector de imágenes (dispositivos de bajo rango dinámico).

La siguiente escena tiene unos 12 pasos de rango dinámico como puede verse en su histograma:




Fig. 6 Escena de alto rango dinámico (~12EV) e histograma por pasos.

Si comparamos éste con los rangos abarcados por el monitor o la copia impresa, enseguida nos daremos cuenta de que si se desea mostrar en la imagen final detalle tanto en las luces como en las sombras, ha de tener lugar una fuerte compresión del rango dinámico capturado para adecuarse al del dispositivo de salida.

En el ejemplo visto, los 12 pasos de la escena original habremos de embutirlos de algún modo en los 6,7 pasos que proporciona el monitor, y con más restricciones aún en los 4,3 pasos de una copia impresa.

Comprimir el rango dinámico global en sí no es difícil, basta para ello una simple curva, pero dicha compresión tendrá como resultado una imagen muy plana, de bajo contraste local. Pasando el ratón por encima de la fotografía de la Fig. 6 puede verse cómo resultaría una compresión básica del rango dinámico de la escena.

El reto es lograrlo manteniendo una buena cantidad de contraste local y detalle en toda la escena, huyendo de la anterior imagen plana y sin contraste, pero a la vez manteniendo una apariencia natural.

Es con este propósito que surgen todas las técnicas y programas de mapeo de tonos, ya sean manuales o automatizadas, y que suponen el verdadero meollo de la fotografía digital de alto rango dinámico.

Por supuesto el rango dinámico de los dispositivos de salida podrá aumentar a medida que mejora la tecnología, pero de manera limitada dada la restricción de contraste que siempre impone la iluminación ambiental a la que se encuentran sometidos.

Así si bien es probable que veamos avances significativos en lo que respecta al rango dinámico de los dispositivos activos (monitores principalmente), la copia impresa no tiene demasiadas posibilidades de mejora al depender íntegramente de su capacidad para reflejar luz. Si la reflectividad mínima de cualquier material existente en la naturaleza puede tasarse en torno a un 2%, hablaríamos de un límite físico de rango dinámico para el papel inferior a 6 pasos.

En el siguiente hilo de Luminous Landscape tiene lugar una discusión muy interesante sobre HDR en general, y sobre las limitaciones que imponen los dispositivos de salida para reproducir de manera realista el rango dinámico de las escenas reales en particular: Uwe Steinmuller of DOP on dynamic range and HDR.


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