lunes, 28 de enero de 2013

El filtro Bayer


Recientemente, ha habido dos anuncios de cámaras fotográficas cuyas novedades incluían, entre otras, la eliminación del filtro bayer delante del sensor.
La primera, una cámara de la marca Leica (Leica M-Monochrom), desarrollada para hacer únicamente fotografías en blanco y negro. Esta cámara elimina el filtro completamente.
La segunda, la Fujifilm X-Pro1, sustituye el filtro Bayer por otro "aleatorio"...
En ambos casos, las cámaras prometen una mayor definición, al eliminar el filtro de paso bajo... Pero ¿qué cuernos sigifica todo esto para los simples mortales? vamos por pasos...



El ojo humano
Nuestra visión es más sensible al color verde, menos sensible al rojo, y mucho menos al azul. Esta es la principal diferencia con los sensores digitales.
Para que las fotos en color nos parezcan "reales", las cámaras digitales amplifican el color verde, y reducen un poco el rojo y el azul. 

El sensor digital
Los valores aproximados con los que se juega (y también son el punto de partida para las transformaciones a blanco y negro) suelen estar alrededor de los siguientes:

- Color verde: 59%

- Color rojo: 30%

- Color azul: 11%

Para facilitar el diseño electrónico, se utiliza una rejilla de filtros de color, que dejará pasar, aproximadamente, el doble de luz verde que de los otros colores.
En la práctica, esta rejilla está formada por 2x2 celdas que se repiten hasta cubrir el sensor, con la siguiente distribución, llamada de Bayer:

Los cuatro valores de luz medidos se procesan para dar lugar a cada píxel único de la imagen, ajustando los niveles de las señales recibidas a los valores indicados anteriormente.

Problema #1: Lectura
El primer problema aparece cuando tenemos bordes o líneas muy contrastados en la imagen, que pueden producir una lectura errónea en puntos concretos de la imagen. Vamos a ver algunos ejemplos...
Línea de contorno 1: Proporcionalmente, hay más lecturas del color rojo que del azul, de manera que se generan colores (falsos) cálidos, como naranjas (1), marrones (2) y amarillos (3).

Linea de contorno 2: Hay más lectura de puntos azules que rojos en la frontera de color del objeto. Así, los colores falsos generados son azulados y magentas (4, 5 y 6)

El resultado final (simplificado!) puede ser como en el dibujo siguiente:

Problema #2: color
por supuesto, nuestros objetos no serán siempre blancos o negros. Un objeto que tenga un color (dominante) dado, producirá efectos similares en la lectura final del sensor.
Además, si se tienen en cuenta los efectos de distorsión de las lentes (que ya de por sí pueden producir halos), este efecto fantasma se multiplica...

Y las soluciones...
La forma básica de reducir (que no eliminar...) este efecto es la de introducir un filtro de paso bajo, que simplemente promedia los valores de un punto con una fracción de los colores circundantes, para corregir lecturas incorrectas.
Este promedio implica necesariamente una pérdida de contraste local, ya que de alguna manera se "uniformizan" los colores. Es el principal problema del uso del filtro Bayer.

Leica M-Monochrom
Por supuesto, si se elimina el filtro Bayer (como en el caso de la Leica) ya no tendremos el problema 1 de interpretación del color en cada píxel del sensor. Además, al limitar la lectura a la "cantidad" de luz, tampoco es necesario hacer una corección numérica del color.
La lectura es más "real", cercana al valor de Luminancia del sistema Lab. Y como no se necesita el filtro de paso bajo (al no haber filtro de Bayer), el contraste local se ve muy mejorado...

FujiFilm X-Pro1
Un paso intermedio, quizá menos radical, es el de utilizar un filtro de color que no sea tan repetitivo, pero que mantenga la proporción de color verde respecto a la de rojo y azul. Esta es la propuesta de Fuji, que utiliza un patrón complejo (6x6 celdas, en lugar de 2x2) del tipo siguiente:

Ahora, los contornos no producirán, estadísticamente, un efecto uniforme de halo, y el resultado es ópticamente mejor...
Publicado originalmente el 12 de Julio de 2012 (Over-Blog)

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