Ruido en fotos y tamaño de imagen ¿se llevan bien?

Hoy quiero hablar de ruido y tamaño de imagen dos conceptos que se pueden llevar bien o mal, depende como los usemos y seguro va a resultar interesante al que quiera ir un poquito más allá en sus conocimientos típicos de fotografía, y también para el que empezando desea conocer que es lo que tiene en sus manos y saber un poquito más, algo que imagino a muchos de vosotros os apetece como a mí.

Hablare del ruido y resolución y como se llevan entre sí estos dos "sujetos" que algunas veces se odian ya que al aumentar el número de pixels el ruido en principio parece aumentar  y otras veces se quieren mucho, porque se ayudan mutuamente, como vamos a ver.

Antes vamos a ver que es ruido, o que entendemos por ruido en una foto, porque en las fotos realmente ruido, ruido no hay ya que no suenan ¿verdad?, yo siempre ponía el oído en la foto a ver si sonaban, pero no....nunca lo escuche,  se llama así por analogía con los sistemas electrónicos y el efecto que tiene en la fotografía es de zonas pequeñas aleatorias de colores y de luminosidad distribuidas por toda la foto como se pueden ver en esta foto que os pongo debajo de estos párrafos, donde se ve este efecto superpuesto a la cara de la persona fotografiada, zonas rojas, verdosas, negras, etc, a eso se le llama ruido y no suena ;-)

Esta imagen está realizada con poca luz e ISO 12800

Para entender bien como surge este "ruido" antes hablare de que es un fotosito que es el elemento que recoge la luz. Este es un dispositivo electrónico que reacciona a la luz, esto es, si vienen una serie de fotones y se recogen en el fotosito a través del objetivo, producirá de forma lineal a su salida una respuesta eléctrica proporcional a esa excitación de fotones en unidades eléctricas (suelen ser electrones)

Algo así como me he atrevido a dibujar:

 

Aclararé para todos que el fotón como sabéis es la partícula elemental responsable de las manifestaciones electromagnéticas como la luz.

Sigamos, pero tranquilos que no me voy a meter en física cuántica,  pero si quiero que lo entendáis lo mejor posible.

La siguiente pregunta es  ¿por qué genera ruido en un fotosito? bien pues es porque el fotosito metido en su sensor APSC ó FF o del tamaño que sea,  genera por montones de causas sin que le de la luz (causas fotónicas, de lectura, cuantificación, etc ) también una respuesta eléctrica  como si le incidiese la luz,  gráficamente:

¡¡qué mala suerte!!! pero es que la realidad es así, aunque no os debe extrañar, pensad en una amplificador de música con el volumen al máximo sin que le entre señal, ¿no se oye en los altavoces un "shhshshshhshshshsh...."? eso es lo mismo que ocurre aquí, ruido pero en sonido.

Bueno pues ya que no nos extraña, seguimos viendo como se interpreta ese "ruido" y es que los circuitos que "imprimen" esa respuesta en la imagen no distinguen si viene de luz de verdad o no y la interpretan como una luz rara y la representa en la foto mediante esas manchas de colores que os he mostrado en la foto anterior y que se suma a la luz que de verdad viene.

¿qué paso entonces en la foto que os enseñe al principio del señor que nos mira? pues ocurrió que vinieron N fotones y se sumo a la imagen una cantidad Z debido a esa generación del fotosito de "porque si"

Y eso mezclado, al ser poca la luz la  que venía de fuera dio esa imagen.

SI os dais cuenta cuanto menor sea la cantidad de luz que se inventa el fotosito o mayor la luz que se capta la imagen tendrá menos ruido.

Usemos ahora la imaginación, está claro que si el fotosito es grande y recibe por ejemplo 1000 fotones y da a la salida 1000 electrones debido a la luz que ha incidido en él y por otro lado debido a lo que se inventa (ruido) da 3 electrones, la relación de 1000 a 3 es muy grande y apenas se verán esas manchas de colores, la foto será estupenda de ver, nítida, clara y representará muy bien todo.

Pero si por el contrario vienen 10 fotones ya sea porque en el fotosito no quepan mas (es pequeño  el sensor y tiene muchos pixels) o porque hay poca luz la relación será 10 a 3 y se notaran mucho en la imagen, como le ocurre a esta mujer.

Con todo esto he querido llegar a que el ruido depende del tamaño del fotosito y de la luz que incida en él, ¿parece lógico verdad?

En sensores donde se meten muchos fotositos, estos son muy pequeños y caben pocos fotones en cada uno de ellos y de ahí que se diga que al aumentar el número de Megapixels aumenta el ruido, aunque hay que decir que esto se atenúa mucho con el procesado interno de los circuitos de la cámara (la tecnología también cuenta) y de ahí que haya cámaras APSC con más de 20 Mpx que apenas tengan ruido hasta ISO 3200 o hasta ISO 6400.

Por otro lado algunas veces se llevan muy bien muchos pixels y el ruido esto quiero que quede claro porque os puede ayudar y es la idea principal de esta entrada que quiero dejar.

Usemos la imaginación otra vez y pensad que tenéis una cámara de 10 Mpx a ISO 1600 con un tamaño de imagen de 3888 x 2592 y otra de 18Mpx (un 80% más de pixels en una misma superficie) con un tamaño de imagen de  5184 x 3456  algo así en el sensor, pixels mas pequeños.

Así dicho parece una exageración, pero si las cosas se hacen bien y no se comparan píxeles entre fotos, es decir, no se comparan en una ampliación al 100% en pantalla como decía antes, sino que se comparan correctamente al mismo tamaño,  el ruido mejora en la que parecería ser peor.

Aquí podéis ver la misma foto hecha por las dos cámaras ya reales (no imaginemos ahora...) pero reescaladas ambas a un mismo tamaño final de Mpx  Os pongo un recorte de cada una para que se vea bien.

Imagen tomada con EOS 1000D a ISO 1600 foto de 10 Mpx

La misma foto realizada en este caso con una EOS 60D también a ISO 1600 de 18 Mpx pero reescalada a 10Mpx

Es evidente que el procesado interno de la EOS 60D es mejor a ISOS altos, pero aun así la mejora de disminución de ruido por reducción de tamaño es importante.

Como veis aquí los Mpx nos ayudan más que estorbarnos a pesar de lo que pensamos, ya que al ponerla a un tamaño estándar como podría ser la imagen en una pantalla normal, si el reescalado es bueno a ese tamaño (hecho con un buen programa) siempre mejorará en cuestión de ruido y la veremos mejor que otra de similar tecnología con menos pixels aunque sean más grandes.

Esto evidentemente tiene sus límites claros, porque no puede incrementarse hasta el infinito y además cada vez los procesadores mejoran mucho las imágenes.

Me queda hablar de temas muy importantes referente a esto ¿que pasa con la resolución y el margen dinamico? o con el ISO, son cosas que poco a poco en artículos técnicos iré poniendo si os interesa.

Espero que entre imaginaciones y realidades hayáis entendido que reducir es también ganar en relación señal a ruido, porque increiblemente esta entrada me ha costado escribirla un montón intentándola dejar lo más clara posible para todos.