RUIDO EN SENSORES DIGITALES DE IMAGEN
CAPÍTULO 2: FACTORES DETERMINANTES EN EL RUIDO

        En el presente capítulo estudiaremos los factores que más influyen en el ruido, presentando conceptos muy importantes para comprender cuál es la principal causa de su aparición en nuestras imágenes. Esto nos dará una serie de pistas sobre los pasos a seguir para minimizar el ruido en la captura, lo cual se estudiará a fondo en el siguiente capítulo.

Nivel de exposición RAW

        Hemos comentado que la percepción del ruido en nuestra imagen viene dada por la relación S/N. Así, por pura intuición, parece lógico que la mejor forma de hacer que el ruido nos afecte lo menos posible es hacer que la señal sea máxima. Y ¿cómo se obtiene un mayor nivel de señal en un sensor digital? pues obviamente aumentando la exposición en la cámara.

        En realidad la conveniencia de obtener el mayor nivel de exposición no es exclusiva de un sensor de imagen, sino que es extensible a cualquier medio de digitalización de señal como puede ser también la digitalización de audio. Cuanto mayor sea el nivel del sonido de entrada al conversor A/D por ejemplo, mejor será la relación S/N de la señal digitalizada y por tanto la calidad de la grabación.

        En cualquier escena real habrá zonas de mayor y de menor luminosidad, que podrán estar separadas varios pasos de diafragma. Esto dará lugar a que cada una de ellas se codifique en el archivo RAW con unos niveles de diferente magnitud con las correspondientes diferencias en la relación S/N. Es por ello por lo que independientemente de la exposición escogida en la cámara, tendremos siempre una peor relación S/N en las sombras que en las altas luces de nuestras imágenes. De ahí que suela afirmarse que "el ruido aparece en las sombras".

        La explicación que hemos dado de que el simple hecho de aumentar la exposición mejora la relación S/N por aumentar la señal, no deja de ser una simplificación. Al aumentar la exposición también aumenta el ruido, solo que lo hace en menor grado que la señal por lo que en conjunto mejora la relación S/N y por lo tanto el ruido percibido es menor.

        Retomando lo visto en el capítulo anterior sobre las fuentes de ruido, es fácil tratar de cuantificar a priori cuánto empeorará la relación S/N al disminuir la exposición del archivo RAW:

• En las sombras profundas, donde domina el ruido de lectura el cual es independiente del nivel de exposición, por cada paso de diafragma de exposición perdido la relación S/N disminuirá en un paso de diafragma.
• En las sombras medias y luces, donde es dominante el ruido fotónico el cual equivale a la raíz de la señal, la relación S/N se deteriorará más lentamente, en medio paso de diafragma por cada paso de diafragma de exposición perdido.

        La combinación de ambos ruidos dará lugar a una determinada variación de la relación S/N en función del nivel de exposición RAW. Para ilustrarla usaremos una gráfica obtenida a partir de datos reales medidos por Emil Martinec sobre una Canon 20D. La gráfica muestra cómo cambia la relación S/N en pasos, en función del nivel de exposición RAW medido en pasos de diafragma respecto a la saturación del sensor (referenciada como 0EV).
        Es decir, el valor 0EV en el eje X representa la máxima exposición admisible en el archivo RAW antes de saturar el sensor, -1EV representaría un paso de diafragma por debajo de la saturación, -2EV dos pasos y así sucesivamente.
        Igualmente una relación S/N de 0EV representada en el eje Y significaría que el nivel de señal es igual al nivel de ruido, una relación S/N de 1EV significaría que la señal tiene un nivel el doble que el ruido, en 2EV la señal tiene un nivel cuatro veces el del ruido y así sucesivamente.


Fig. 1 Curva de relación S/N en función del nivel de exposición RAW.

        Puede decirse que una relación S/N de 2EV representaría el máximo ruido admisible a efectos fotográficos. Una relación S/N inferior hace la información prácticamente inutilizable.

        Centrándonos en el comportamiento cualitativo de la relación S/N queda claro que ésta siempre aumenta cuando lo hace la exposición del archivo RAW. Y en particular en zonas de muy baja exposición (sombras profundas), una pérdida adicional de exposición supondrá un deterioro mayor de la relación S/N que en zonas de exposición moderadamente baja (sombras medias).

        La conclusión final que podemos sacar de lo analizado es que el principal aliado del ruido es la subexposición de nuestras imágenes, por lo que como regla prácica número uno en cuanto al ruido hemos de huir a toda costa de obtener archivos RAW subexpuestos.

Ajuste ISO

- Modelo simple ISO del sensor (S/N)
- Curvas de S/N. Mejora aumentar S/N <-> curvas juntas=más mejora (Canon), curvas separadas=menos mejora (Nikon)

Tiempo de exposición

- Comparación blackframe de corta y larga duración