sábado, 5 de marzo de 2016

Profundidad de bits en nuestras cámaras (Parte I)

Seguro que muchos de vosotros habéis oído muchas veces esa frase de….”.Que si la profundidad de bits es de 16 bits, 32, bits, etc.”. ¿A que si? pero ¿no os habéis preguntado nunca que significan esos números?

Yo fue una de las cosas primeras que me pregunté cuando empecé a trabajar con las cámaras digitales, esos números no me decían nada, yo entendía bien cómo funcionaba, un negativo de blanco y negro, según la luz le “impresionaba” se oscurecía más o menos el negativo, pero un sensor con bits, y todo eso, la verdad, me sonaba a Chino Mandarín.



Empecé a preguntar a fotógrafos de mí alrededor y bueno la explicación no era todo lo sencilla que yo pudiese entender, ya que me lo explicaban pero yo seguía sin ver nada, mire en libros, y nada, hasta que un día un amigo mío Ingeniero de teleco me saco de esa oscuridad que mi mente tenia encima y llegue a entenderlo como si me diesen un flashazo…que gusto.

Todo se basa en que las cámaras, como los ordenadores (las cámaras realmente son ordenadores), trabajan en un sistema binario, esto es sólo con dos símbolos en este caso sólo con el “0” y “1”, y con esto hacen todo, ¿pero cómo?

Nosotros que no somos máquinas, usamos el sistema decimal y trabajamos desde el “0” hasta el “10”, por aquello de que tenemos 10 dedos e imagino que en la antigüedad los usamos para fijar nuestro sistema de referencia de forma fácil, pero en las cámaras "sus cuentas y procesos" trabajan con ceros y unos y pueden representar con esos dos símbolos todos los números humanos…¡¡qué curioso!!!, son dos "idiomas" diferentes pero que dicen lo mismo, por ejemplo, si quiero representar en binario un cero pues es un “0”, si quiero representar un uno, pues es un “1”, pero claro y ¿ahora el dos qué? Si no tiene el dos el sistema binario ¿Cómo lo hacen?

Pues muy sencillo, el sistema binario ha llegado a su tope en el dos, como cuando llegamos nosotros a nuestro 10 y empezamos por el 11 combinando los números, bueno pues aquí el dos es lo mismo, es una composición de ceros y unos y en este caso ese dos se representa así: “10” curioso ¿a que si?
Os pongo ahora un ejemplo de la secuencia que va desde el 0 hasta el 7 en binario que además luego me va a servir, para relacionarla con unas imágenes.

Esto hay que hacerlo con tres bits.

La secuencia, será la siguiente:



Vaya, vaya, quien me lo iba a decir a mí, claro que el que no sabe es como el que no ve….

¿Habéis captado la idea, verdad?, he llegado a 8 con combinaciones de 0 y 1 usando tres bits, ¡vaya! ahora ya me explicaba lo de los bits y como podían representar mis números de siempre, por fin entendí que eran, pero lo de la profundidad nada de nada todavía y además ¿que tenía que ver esto con una foto?

La respuesta surgió ya de una forma natural, simplemente querían decir con eso de la "profundidad", que es el número de bits que definen cada píxel, de forma más sencilla, la capacidad que tiene el pixel de "ver" tonos de luz, pensad que los pixel solo ven tonos grises de luz, y dependiendo de esta profundidad ven más o menos.

Vamos al ejemplo que he descrito del cero al 7 y seguro que entendemos ya todo, la profundidad en este caso es de 3 bits y por tanto hay 8 saltitos de grises que vería el pixel entre el blanco y el negro, parece que se puede construir a partir de esto alguna imagen ¿no?



Vamos a ver un ejemplo ya con imágenes, por eso de que dicen que más vale una imagen que mil palabras. Imaginad que tenemos esos 8 saltitos de antes desde el 000 hasta el 111 y a cada uno de ellos le diese un valor de gris la cámara, esto es, representaríamos con solo 3 bits hasta 8 tonos de gris desde el blanco hasta el negro, ósea esto:




Esto matemáticamente es 2 elevado a 3 igual a 8 que sería que mi cámara vería algo así la luminosidad:

¿Y si esto lo llevo a una imagen? ¿Cómo la veríamos?

Vamos a partir de una imagen en blanco y negro.



Y ahora paso a representarla con solo tres bits, ocho niveles de profundidad y por tanto 8 tonos de iluminación (los de antes) entre el blanco y el negro, podéis contarlos no hay más, se vería así:



Fijaros que se nota claramente que para ver de verdad mejor la foto hace falta más información (más profundidad de bits), la cámara que tengo de prueba de 8 bits ha hecho lo que ha podido pero no ha representado bien del todo mi imagen, los "ojos" que tienen están limitados.

Y claro no digamos nada con solo tengo una cámara de 1 bit (profundidad de dos tonos)




Saldría así al haber solo dos tonos, sólo se ven los blancos y los negros, los otros la cámara no sabría interpretarlos porque solo había un bit (no capta mas información) y el pixel sólo distingue entre el blanco y el negro y nada más.



Quiero detenerme aquí un minuto y preguntaros algo ¿os habéis preguntado como es el histograma a partir de lo que he explicado?, fijaros que sólo hay dos tonos en esta última imagen, blanco y negro, por lo que el histograma es así, un tono a la izquierda y otro a la derecha.



Está claro que cuantos más profundidad tengamos mejor y veremos la imagen mejor, la primera era de 256 tonos desde el negro hasta el blanco total y ahí ya el ojo no nota nada.

¿Y si ahora os pusiera un histograma así, que pensaríais?




Parece que le faltan tonos ¿verdad? no os digo mas...

Al final lo logre entender…¡¡qué gusto!!! Ahora ya sabía que cuando me dicen que la profundidad de bits es de 8 para un pixel es que es capaz de ver 256 tonos de grises….¿no os empieza a sonar esto?
Fijaros que no estoy todavía hablando de color, hemos empezado por lo más sencillo que es la profundidad de grises.

Respecto del color, ésta se genera con sus componentes R, G y B por síntesis aditiva, por lo que una imagen en color se compone de 3 “imágenes” una parte roja (R), una parte verde (G) y otra azul (B), que pasa por un filtro de color (Filtro Bayer), pero que después se analiza su luminosidad con un sensor similar a los que hablamos antes de blanco y negro, lo que pasa es que la cámara luego le asigna el color, por eso la vemos en color.

Si cada uno de ellos tiene una gama de 256 tonos, la imagen final tendrá una gama de colores posibles de (256 x 256 x 256), que si echáis cuentas son 16 millones de colores. Es lo que se llama una imagen con una profundidad de color de 24 bits (8 por cada color).

Pero esto ya para otro día.

4 comentarios :

  1. Me encantó la explicación, muy didáctica con los ejemplos, y mas ejemplos que a los entienden les parecerá obvio, pero a los noavatos hacen entender y razonar aún mejor lo que se quiere explicar. Saludos desde Argentina!!

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    1. Gracias y recuerdos a mi querida Argentina

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  2. Muchas gracias. Qué piensas de esto, en las páginas de comparación de cámaras aparece este apartado como PROFUNDIDAD DE COLOR, eso quiere decir que cuando nos muestran un 22 en realidad es una división de 22/3, no es así? O sea que ni si quiera llega a 8 bits de grises? Eso en cámaras como la Canon T3i. Qué opinas.

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  3. Se refiere Igneas al número de bits necesarios para codificar la información de color de cada píxel en una imagen.

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