Ruido de imagen

Llamamos ruido de imagen digital a los puntos aleatorios repartidos al azar en la imagen obtenida, apreciándose especialmente en las áreas más oscuras y en las zonas más uniformes.

El sensor es el alma de la fotografía actual, un dispositivo compuesto de una matriz de fotocélulas dotadas cada una de ellas, entre otros componentes electrónicos, de un fotosensor. Éstas se encargan de captar la luz, traducirla en una señal eléctrica o voltaje y, con ayuda de un conversor analógico digital (DAC), obtener los valores que en su conjunto darán forma a la imagen.

Entre las causas que producen el ruido, hay tres tipos. La primera no depende del usuario ni de la cámara, la producen los fotones al incidir en el sensor siguiendo una distribución de Poisson, haciéndose menos patente al alargar las exposiciones. La segunda es el ruido generado por el propio sensor en su función de lectura, que incluso se puede apreciar en las tomas con total ausencia de luz. Por último, está el ruido por excitación térmica que se produce en cada fotocélula del sensor liberando electrones y este los confunde con los del propio haz de luz de la imagen.

Los factores que contribuyen a que esto suceda son los siguientes:

• ISO muy alto
• Tiempos de exposición muy largos
• Tamaño del sensor
• Temperatura del sensor

A continuación abordamos cada uno de estos factores.

Ruido por ISOs altos

Existe una clara diferencia entre forzar el CCD incrementando el valor ISO, y forzar una película tradicional. En el caso del sensor de imagen digital la resolución se mantendrá constante, porque el tamaño de los píxeles no variará aun cuando incrementemos la sensibilidad. Por el contrario, al forzar la película aumentaremos el tamaño del grano (las películas con mayor ISO tiene el tamaño del grano mayor), con la consiguiente pérdida de resolución espacial. Está universalmente aceptado que, así como, en la imagen analógica el grano era aceptable e incluso estético, en la fotografía digital el ruido es antiestético e indeseable, salvo en las ocasiones que buscamos ese efecto específicamente.

En situaciones de baja iluminación, aumentamos el ISO para que el amplificador electrónico y el sensor amplifiquen con mayor ganancia la débil señal producida por los pocos fotones que lo alcanzan. La consecuencia es que además de amplificar esta señal que producen los fotones, también amplificamos el ruido aleatorio de fondo. Esta es la causa  por la que al aumentar el valor ISO, aumenta el ruido en la imagen.

La mitad izquierda de la imagen en portada de este artículo fue tomada a ISO3200 y se aprecia significativamente el mayor ruido respecto a la mitad derecha que se tomó a ISO 100. Ambas tomas se realizaron en las mismas condiciones de luz, con la misma cámara y la misma exposición total.

Ruido por tiempos de exposición largos

En condiciones de luz bajas, otra alternativa es aumentar el tiempo de exposición. En las exposiciones muy largas, el ruido de fondo se va acumulando durante el tiempo de exposición y provoca imágenes ruidosas.

En muchas cámaras se puede programar que la reducción de ruido se active de forma automática cuando la velocidad de obturación es inferior a 1/25 segundos, en cambio en otras se tiene que activar de forma manual.

Tamaño del sensor y número de megapixeles

Otra causa además del ISO que afectan al ruido es el tamaño del sensor. En general, cuanto más espacio tiene un píxel del sensor alrededor de él, menos ruido genera en la imagen. Esto significa que una cámara con mayor número de megapíxeles que otra y que tenga similar tamaño del sensor, producirá imágenes más ruidosas para una sensibilidad ISO dada.

La distancia entre los píxeles en el sensor de una cámara se llama separación de píxeles y es generalmente expresada en micras, y se miden desde el centro de un píxel al centro de un píxel adyacente.

El número de megapíxeles de la cámara es simplemente el número de píxeles que se encuentran en el sensor, así que cuanto más haya, más densidad de píxeles tendremos y más juntos estarán. Esta es la razón de que las cámaras de fotograma completo producen menos ruido en los ISO más altos. Estas cámaras tienen un sensor mucho más grande (50% más grande de hecho) en el que distribuir los píxeles. Por el contrario, las cámaras de bolsillo tienen sensores muy pequeños por lo que están muy juntos, produciendo más ruidoso. Si ponemos un gran número de megapíxeles en un sensor de fotograma completo, como la Nikon D810, aumenta la densidad de píxeles y estarán muy juntos,  incluso más que en una cámara con sensor APS-C.

Esta es la explicación de por qué las imágenes a ISO 800 en una cámara de bolsillo son más ruidosas que con el mismo ISO en una cámara réflex digital con su sensor mucho más grande.

El calor

El calor produce ruido por excitación térmica que se genera en cada fotocélula del sensor liberando electrones que se confunden con los que atraviesan el objetivo para producir la imagen. El calor es por tanto, un gran enemigo de la fotografía digital, con una relación directamente proporcional entre temperaturas elevadas y aumento de ruido. Sirva como ejemplo que:

1. Los respaldos digitales profesionales para estudio emplean un sistema de refrigeración termoeléctrico para suprimir el ruido.
2. Los CCD empleados en la fotografía astronómica trabajan a temperaturas de -50º C, gracias a la refrigeración por helio líquido.

Limpiar el ruido

Hay varias estrategias reducir el ruido y limpiar tus imágenes obtenidas con ISOs altos.

La primera consiste en experimentar con la reducción del ruido de la cámara. Los ajustes son específicos de cada cámara y fabricante, pero todas ofrecen opciones para limpiar el ruido a altos ISO si estás capturando imágenes en JPEG.

Mas recomendable es disparar en RAW, siempre que tu cámara te lo permita, y luego procesar ese archivo utilizando un software de posprocesado en tu ordenador. Adobe Lightroom es increíblemente bueno en la limpieza de ruido. Si no quieres adquirir Lightroom, o pagar por la suscripción de Adobe Creative Cloud, puedes utilizar la reducción de ruido que generalmente viene incluida en software de edición RAW del fabricante de tu cámara, Capture NX de Nikon o Digital Photo Professional de Canon. Aunque el resultado que consigue Lightroom es muchísimo mejor que los programas gratuitos, pero no dejan de ser una opción y desde luego mejores que el procesado interno de la propia cámara. Otro par de aplicaciones un poco menos costosas que Lightroom, son Perfect Photo Suite de OnOne Software, o Topaz DeNoise de Topaz Labs.

La reducción de ruido es siempre un buen equilibrio entre la eliminación del ruido, y la preservación del detalle en la imagen, aunque el software de hoy en día puede conseguir reducciones de ruido verdaderamente notables.