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Cuando hablamos de ruido en fotografía digital nos referimos a esos puntos de color repartidos al azar en la imagen obtenida, especialmente en las áreas de sombra y zonas monocolor. El ruido de las fotografías digitales es habitualmente comparado con el grano de la película fotosensible.

Causas

Para comprender los motivos que originan el "ruido" digital hemos de fijar nuestra atención en el funcionamiento del sensor de imagen, que hace posible la captura de la foto. Un CCD está compuesto por una malla de celdas fotosensibles, encargadas de recibir la imagen formada por las lentes de la óptica de la cámara. Cada una de esas celdas contendrá uno o más fotodiodos con capacidad de convertir la luz en una señal eléctrica, para ser procesada como una imagen (color), es decir, será convertida a datos numéricos que se almacenarán en forma binaria en la memoria de la cámara para dar origen a un píxel. Lo cierto es que esa actividad eléctrica, en si misma, generará una cierta señal aun en ausencia de luz, que oscilará en relación con la temperatura, generando datos al azar, que originarán ruido.

Dos arquitecturas de sensor digital donde vemos la disposición de los filtros RGB, arriba la clásica y debajo la de Sigma con su sistema Foveon.

El término ruido es apropiado para definir esos puntos de color dispersos en nuestras fotografías digitales, si tenemos en cuenta que podría compararse al soplido de fondo que escuchamos en un equipo de música cuando elevamos el volumen y no ponemos ningún CD, soplido que aumenta según incrementemos el volumen, consecuencia del propio circuito electrónico. Aplicado a la fotografía digital, cuando incrementamos la sensibilidad del CCD, aumentado el valor de ISO (International Standardization Organization) estaremos haciendo algo parecido a subir el volumen, incrementado la actividad eléctrica, forzando el sensor de imagen, con el consiguiente incremento de ruido en las fotografías. De hecho, la sensibilidad de cada uno de los píxeles del CCD es fija, correspondiéndose al valor más bajo de ISO que ofrece la cámara (generalmente 100 ISO), aumentar la sensibilidad (200, 400, 800 ISO o más) no se logra por el incremento de la sensibilidad de los fotones, sino a través de la amplificación posterior de la señal que estos emiten.

A vista de lo expuesto, a la hora de capturar una señal luminosa débil (sombras, foto nocturna…), en el caso de amplificarla al hacer uso de un valor alto de ISO, estamos ampliando igualmente los datos aleatorios (puntos de color dispersos por la toma) fruto de la actividad eléctrica del sensor; es decir, aumentaremos el ruido de la fotografía, que al mismo tiempo se verá incrementado con los tiempos largos de exposición (más de 2 segundos) y altas temperaturas.

Otro factor a tener en cuenta es que el ruido también aumenta cuando el tamaño del píxel disminuye. La dificultad de interpretación consecuencia de de la reducción del tamaño del píxel, y por la interacción de los propios píxeles por su extrema cercanía, generará igualmente datos aleatorios que se verán incrementados enormemente en el caso de amplificar la señal. Esto explica que los modelos reflex, al contar con un sensor con píxeles de gran tamaño (sensiblemente mayores que los píxeles de las cámaras compactas), generen un nivel de ruido mucho menor que los modelos compactos, soportando igualmente valores de ISO muy elevados (800, 1600…) con un nivel de ruido muy bajo en relación con el que generaría una cámara compacta.

Otros detalles

El procesador de imagen también cuenta. Los modelos más avanzados, especialmente las cámaras reflex, tienen un procesador de imagen de mayor tamaño y calidad, capaces de trabajar con logaritmos más complejos para reducir el ruido al máximo.

El nivel de ruido es mayor en los canales rojo y azul que en el verde, la explicación estaría en que un CCD cuenta con un 25% de píxeles que interpretan los tonos rojos, 25% de píxeles para los tonos azules, frente a un 50% con capacidad para los tonos verdes. El procesador de imagen ha de realizar un mayor esfuerzo de interpretación con los colores rojos y azules que con el color verde, al contar con el doble de información tonal de este último color.

Existe una clara diferencia entre "forzar" el CCD, al incrementar los valores de ISO, y forzar una película tradicional. En el caso del sensor de imagen digital la resolución se mantendrá constante, porque el tamaño de los píxeles no variará aun cuando incrementemos la sensibilidad. Por el contrario, al forzar la película aumentaremos el tamaño del grano, con la consiguiente pérdida de resolución espacial.

El calor es un gran enemigo de la fotografía digital, con una relación directa entre temperaturas elevadas y aumento de ruido. Sirva como ejemplo que:

1.- Los respaldos digitales profesionales para estudio emplean un sistema de refrigeración termoeléctrico para suprimir el ruido.

2.- Los CCD empleados en la fotografía astronómica trabajan a temperaturas de -50º C, gracias a la refrigeración por helio líquido.

Podemos apreciar en este recorte de una fotografía (realizada en un acuario), como el canal que presenta mayor cantidad de ruido es el rojo, especialmente en el agua, como resultado del esfuerzo de interpretación de una gama tonal prácticamente ausente, sumado al empleo de un valor alto de ISO. El canal más limpio es el verde (fijémonos en el pez).

Imagen al 100% – ISO 400 Canal Rojo

Canal Verde

Canal Azul

Como evitar el ruido

Con carácter previo a la toma, podemos tomar una serie de medidas que contribuirán a reducir el nivel de ruido de nuestras fotos, estas serian:

1º. Emplear la sensibilidad más baja, de ser posible, que ofrezca nuestra cámara digital (dependiendo del modelo: 50, 80 ó 100 ISO). Con e valor ISO más bajo obtendremos las fotografías más limpias de ruido.

2º. Reducir o mantener los parámetros de saturación del color, contraste y definición que trae nuestro modelo por defecto. En el caso de emplear valores de ISO altos, es preferible reducir el nivel de saturación, contraste y definición, en el caso de que la cámara lo permita, y realizar posteriormente las correcciones necesarias con un programa de edición de imagen. Incrementar la saturación, el contraste o la definición, con carácter previo a la toma, elevará igualmente la intensidad del ruido.

3º. Evitar las exposiciones largas, más de 2 segundos, y especialmente aquellas que superen los 10 segundos. Sin bien, los actuales modelos digitales, que brindan la posibilidad de tiempos de exposición elevados, cuentan con efectivos filtros de ruido opcionales.

4º. Proteger la cámara de las elevadas temperaturas y del sol. El ruido aumenta con el incremento de la temperatura del equipo, 10º C más de temperatura de nuestra cámara puede significar doblar la señal de ruido.

5º. Bajar la resolución es una efectiva medida para reducir el nivel de ruido, especialmente con el uso de sensibilidades altas. Así, algunos modelos digitales no permiten el empleo de la resolución máxima en su valor ISO más alto (800 ISO). La razón estaría en que una imagen con ruido obtenida por un modelo con un CCD de 5 millones de resolución máxima, puede convertirse en una imagen limpia de ruido si bajamos la resolución a 3 millones, con carácter previo a la toma, ya que la cámara realizará un trabajo de interpolación gracias a su software, consistente en recoger aproximadamente la información de tres píxeles por cada cuatro que tiene el sensor, despreciando uno, siendo este último el ruido. El inconveniente es que únicamente podremos realizar las tomas en modo JPEG.