El rango dinámico y las webcams 8-bit

[Leonardo]

Hola a todos!

Quería comentarles una idea que supuse. La idea es de cómo incrementar el rango dinámico al sacar imágenes con una webcam.

El rango dinámico es la riqueza de información y colores que posee una foto. A modo de comparación, el oido humano es sensible desde pocos Hz hasta los 18KHz, o puede oir desde un ténue murmuro hasta una banda de rock. Podemos decir que el oído tiene un rango dinámico bastante amplio. Con las fotografías pasa algo similar.

En las cámaras hay un factor determinante y son los bits de color. A mayores bits, mayor el rango dinámico. Cuando la imágen del CCD se lee, va hacia un conversor análogo --> digital. Las astrocámaras dedicadas poseen un conversor de 16 bits, las réflex 12 bits, las cámaras digitales compactas 10 bits y finalmente las webcams 8 bits.

Con webcam, fotografiar la Luna no impone un problema, ahora fotografiar una nebulosa, que tiene amplias tonalidades, desde un núcleo brillante hasta extremos débiles, impone un problema y los 8 bits de la webcam ya no son suficientes para captar toda esa gama de tonos.

Por suerte existe el apilado de fotos. Se me ocurrió una idea para alivianar este problema en las webcams: la idea consiste en tomar distintos tiempos de exposición al objeto que estemos fotografiando. Supongamos que sacamos a M42 unos 30 frames de 20 segundos. Si apilamos esto tendremos una linda imágen, pero con problemas en el rango dinámico. Ahora si sacamos a M42 unos 10 frames de 25 segundos, 10 frames de 20 segundos, 10 de 15 segundos y apilamos todo, terminaríamos con una imágen con un mayor rango dinámico ya que se captaron y apilaron distintas gamas de lo que los 8 bits permiten.

Bueno, la idea es esa. Si se mejoran las cosas acá, pruebo con la webcam!!

Un abrazo.

[Gliese]

Esta buena la idea Leo, pero la webcam siempre va a mostrar dentro de sus 8 bits por más frames que apiles, con los 8 bits tengo entendido que se refiere a la paleta de colores que usa, los bits por pixel, por lo que con 8 bits podemos formar 2^8=256 colores, o sea vas a estar siempre laburando sobre una imagen con 8 bits de colores, que corresponde al color de VGA.

Ahora siguiendo tu idea habría que encontrar la forma de pasar los 8 bits a 16 bits ponele, y luego otro frame de 8 bits a 16 bits con la curva de colores un poco corrida para lograr un degradé, no se si se entiende

Acá encontre un artículo copado y bien explicado: http://www.quesabesde.com/camdig/articulos.asp?articulo=132

[ignacio.manzano]

Leo,

Lo que planteas esta muy bueno, el problema es que de base siempre estas trabajando con los 8bit y eso ya estropea todo en los calculos de los filtros y todo eso... el problema radica en el hardware...habria que ver como cambiar el conversor analogico-digital de las webcam , pero eso no es sencillo ... es como rehacer todo el hardware de la webcam.

La prueba que se puede realizar ( no si se obtendran mejores resultados ) es hacer varias tomas de exposicion y cada toma con un filtro de color diferente con eso obtendrias una gama de 8 bit x color luego se unen y tal vez obtendrias una imagen con mejor contraste...

Saludos

Nacho

[César Carlos]

Seguramente es una burrada mía, pero no hay cámaras que trabajan con 24 bits y hasta con 64 bits? Se que las de controles automáticos no sirven pero a lo mejor es posible que algún programador pueda hacerle un driver y hacerlas trabajar en manual

http://cgi.ebay.com/5-0M-PIXEL-USB-6-LE ... dZViewItem

http://www.circuitcity.com/ccd/productD ... keycode=66

[danielschkzamian]

Jajaja. Leo, muy buena idea, que lastima que sea una idea como las que hago yo, (escasas en posibilidad de triunfar) leo, capaz que estoy diciendo una tonteia, pero tomemos el ejemplo del oído, si tenes los oídos totalmente tapados y los destapas por 3 segundos vas a escuchar un rango, que va a ser el mismo rango que si te destapas los oidos durante 40 segundos. o no?

espero equivocarme porque seria una solución para aquellos que tienen camaras web y pueden usarlas!

[Fernando Mazzone]

Creo entender la idea de Leo, y a mi gusto no está equivocado. Los 8bit, 16bit, etc no son el rango de luz que capta la cámara sino la cantidad de tonos que la cámara representa por canal. La analogía musical sería la cantidad de notas distintas que el oido puede percibir. Así 8bit significa que la foto tiene 2^8=256 tonos distintos de cada canal. Yo entiendo que lo que quiere Leo es obtener tonos intermedios promediando fotos y me parece que eso es completamente plausible y de hecho pasa cuando uno usa el DSS. Al menos después del proceso del DSS la foto sale en 32 bit a pesar que uno ingreso fotos en 8bit.

Para ser más grafico supongamos que la cámara capta 1 bit (digamos que el valor que capta en el pixel es 0 o 1) y nos paramos en el pixel x. Y tomo 4 fotos que arrojaron esta lectura en el pixel x: 0 1 0 1. Cuando promedio esos valores me da 0.5 que esta fuera del rango dinámico original que solo incluía el 0 y el 1.

Lo que no entendí es cual sería la lógica de tomar distintos tiempos de exposición.

Saludos

[Leonardo]

La cosa aquí es mas o menos asi:

La webcam no tiene una paleta de colores predefinida. El sensor "ve" con todo el color posible, pero el conversor A/D lo limita.

La idea de variar ligeramente la exposición sería para apilar fotos con una tonalidad ligeramente diferente. El resultado final en el apilado debería ser con un rango dinámico mayor. Aparte como dijo Fernando, al resultado lo podemos guardar en TIFF 16 bits o más.

Abrazo.

[Germán Bresciano]

Leo,

Creo que tu planteo es correcto. Yo alguna vez lo hice con M42 para obtener detalles del trapecio y simultáneamente ver la nebulosa.

Para simular correctamente una imágenes de mayor rango habría que multiplicar las fotos con menores exposiciones por factores adecuados para que equivalgan a la exposición mayor.

El único inconveniente es que el nivel de ruido de las fotos de menor exposición va a pesar más en el apilado, sin embargo es fácil sacar muchas de estas fotos en poco tiempo.

Creo que la idea es buena y vale la pena desarrollarla y experimentar con ella.

Glise e Ignacio,

si el apilado se hace sumando en lugar de promediando, efectívamente se aumentan los bits de la imágen. Por ejemplo sumando 256 imágenes de 8 bits se obtiene el equivalñente a una de 16 bits.

César,

las cámaras de 24 bits o más se refieren al total de bits que incluyen los 3 canales de color y an algún caso uno de luminancia. Una webcam color de 24 bits usa 8 bits por color.

Saludos,

[Leonardo]

Exactamente Germán. Yo probaría con exposiciones en escalones de 2 segundos, siempre manteniéndome cerca de la exposición correcta (de 30 segundos no voy a bajar a 10 por ejemplo).

Abrazo!

[Germán Bresciano]

Exactamente Germán. Yo probaría con exposiciones en escalones de 2 segundos, siempre manteniéndome cerca de la exposición correcta (de 30 segundos no voy a bajar a 10 por ejemplo).

Abrazo!

Leo,

yo cuando lo he hecho ha sido duplicando los tiempos de exposición, por ejemplo con 8, 16 y 32 segundos.

Es como correr un bit cada vez.

Adjunto un par de fotos copuestas de M42 con Vesta Pro componiendo exposiciones de 2+4+8+16+32 segundos.

Cada tiempo de exposición era un apilado de 20 tomas y fué escalado linealmente para simular 32 segundos de exposición en todos los casos. Luego sumé todo.

No es un trabajo brillante, pero se obtiene un rango dinámico interesante.

En la primera de las fotos, según cómo se ajuste el histograma se puede apreciar bien la parte tenue de la nebulosa o la parte brillante y el trapecio.

La segunda foto es la primera con procesamiento por curvas para poder apreciar toda la gama en una misma imágen.

Saludos,