HDR. TRONZANDO BARREIRAS

O manexo de imaxes de Alto Rango Dinámico (High Dynamic Range Images, ou HDRI) trouxo ao mundo da fotografía unha serie de técnicas nacidas nos anos 90 para aplicar iluminacións complexas sobre obxectos 3D. A pouca eficacia das cámaras dixitais á hora de capturar escenas con grandes contrastes de luminosidade resólvese combinando varias tomas nunha imaxe única, cunha escala de valores numéricos virtualmente infinita.

No anterior artigo comentábamos varias das técnicas que axudan a solucionar o problema do exceso de contraste a partir dunha toma única, con axuste selectivo ou revelado RAW duplo.

Actualmente, estanse popularizando as imaxes HDR. Lamentablemente, éstas limítanse a escenas estáticas, xa que requiren a posibilidade de facer varias tomas diferentes do mesmo modelo.

A idea básica consiste en combinar varias tomas idénticas con diferentes exposicións. A imaxe resultante debe amosar os detalles de cada zona, como o tería feito unha película ou un sensor que fosen capaces de abranguer todo o rango de luminosidades da escena.

As tomas deben facerse variando únicamente o tempo de exposición, xa que ao variar o diafragma apreciaríanse diferencias na profundidade de campo. Todas elas captan o mesmo rango de luminosidades real, mais a diferencia de tempo fai que cada unha rexistre de xeito óptimo unha parte deste rango:

A diferencia non debe ser tan esaxerada como amosa o gráfico. Usualmente, o tempo de cada toma é duplo ou triplo que o da anterior, de xeito que se solapan moito e son máis numerosas. Algúns programas que realizan procesos HDR agradecen que o número de tomas sexa impar, de maneira que haxa unha toma "central" de referencia.

Cuantificación exponencial
Para combinar as tomas sen perder información, hai que empregar unha escala de valores ampliada. É frecuente que se duplique a profundidade de bit. Así é como se fai nos cálculos de renderizado con imaxes 3D e realidade virtual:

Un punto P presenta unhas características de cor, opacidade e reflectancia que son a súa información propria. Pero a luminosidade que recebe dende cada dirección é diferente, e varía cando o punto de vista V se despraza. É preciso rexistrar, segundo coordenadas esféricas, a iluminación recibida en P dende diferentes ángulos:

Estes datos asígnanse a P nun segundo paquete de bits, que actúa como exponente ao que se eleva o seu valor proprio.

En fotografía HDR, esta información engadida utilízase para relacionar o valor do píxel co nivel de exposición da toma. A técnica é recente e non se pode aínda falar dunha maneira estándar de xestión de datos por parte dos programas. A simple vista, semella excesivo duplicar unha imaxe de 16 a 32 bits cando non hai que facer cálculos espaciais nin considerar diferentes iluminacións, senón só a variación de exposición.

En todo caso, a escala ampliada establece un rango dinámico teórico moi superior ao de calquera espacio de cor usual, para introducir nel a información de todas as tomas e calcular cal é o valor de cada píxel. A primeira dificultade é o control visual do proceso, xa que ningún monitor pode visualizar todos os valores que hai na imaxe combinada. O que vemos habitualmente é unha fotografía demasiado dura e contrastada.

Polo tanto, un pouco "a cegas" debemos pedirlle ao programa que faga un mapeado tonal da imaxe para adaptala a unha escala visible no monitor. En teoría, o único que está pasando é que, dunha escala moi graduada, hai que facer a conversión a outra con menos valores discretos:

Nembargantes, aos nosos ollos, o que acontece é unha redución do alto rango dinámico ao dos espacios de cor habituais, adaptados ás limitacións de monitores e impresoras. Isto é o que se chama converter unha imaxe de alto rango (HDR), nunha de baixo rango (LDR):

Na primera fase, o usuario cáseque non intervén. O programa pode ler os datos EXIF das fotos e actuar en consecuencia. Na segunda, nembargantes, permítesenos un control sobre a compresión do rango.

Algúns aspectos son os habituais controis sobre recorte de negros e brancos, curva tonal ou profundidade de bits de saída. Outros, máis característicos deste tipo de procesos, regulan a proporción de contraste local frente ao zonal ou global.

Sen mellorar o contraste local, perderíamos en moitos puntos unha boa parte do detalle que algunha das tomas foi capaz de rexistrar e que non teríamos dificultade para ver cos nosos proprios ollos na escena. Os operadores do mapeado tonal teñen en conta a dinámica da adaptación visual, actuando tanto no dominio das frecuencias como no do gradiente.

Un xeito -cecáis moi simple- de entender o gradiente é pensar en valores relativos, no canto dos absolutos. Vexamos unha secuencia de valores nunha escala de 0 a 10:

A primeira fila de números amosa os valores absolutos; a segunda, os relativos. Se ollamos estes últimos como absolutos, teremos un mapa de gradiente (segunda fila de píxeles), que tamén se pode visualizar invertido (terceira fila).

Podemos, polo tanto, ter unha segunda imaxe na que o valor do píxel reflicte canto destaca no seu contorno. É algo semellante ao que fai un filtro de detección de bordos:

Esta información pode influir no mapeado tonal, conservando o detalle fino. Na práctica, faino potenciando o contraste local, sempre en detrimento do global, que é indispensable para que percibamos correctamente o espacio, os volumes e as distancias da escena.

Precisamente, se algo temos visto en exceso ao popularizarse o proceso HDR, son fotografías planas e irreais, nas que se resaltou o contraste fino de xeito indiscriminado.