¿Qué causa las líneas verticales en las fotos digitales tomadas con poca luz?

Las líneas verticales son un tipo de ruido llamado 'ruido de rejilla' o 'ruido de lectura'. Es el ruido causado por la 'corriente oscura' en la electrónica del sensor y la electrónica de la cámara lo que amplifica la señal analógica del sensor antes de convertirla en información digital. Es causado por una corriente eléctrica que no es creada por un fotón que golpea un sensor (píxel bien) en el sensor de imagen, sino que se incluye en la lectura del sensor como si lo fuera.

Hay otros tipos de ruido de imagen en fotografías digitales, más notablemente el ruido de "distribución de Poisson" que es el resultado de la distribución aleatoria de fotones en la luz debido a la forma en que la luz viaja en ondas en lugar de líneas rectas. Esto a menudo se denomina 'ruido de disparo de fotones' con respecto a la fotografía digital.

El ruido de lectura (o ruido de rejilla) es bastante constante en las cámaras digitales. Cuando hay mucha luz incidiendo en el sensor, normalmente queda enmascarada por la abundante luz y no se detecta en las imágenes. Cuando hay muy poca o ninguna luz incidiendo en el sensor, es mucho más fácil ver porque la misma cantidad de ruido de rejilla no compite con señales mucho más fuertes creadas por una luz más brillante. Cambiar la configuración ISO de su cámara cambia la cantidad de amplificación aplicada a la señal que sale del sensor. La señal causada por la "corriente oscura" eléctrica se amplifica junto con la señal creada por los fotones que golpean el sensor.

El ruido de distribución de Poisson (o ruido de disparo) varía con la cantidad de luz que incide en el sensor, pero varía con la raíz cuadrada del cambio en la cantidad de luz. Se necesita cuatro veces más luz que incide en el sensor para crear el doble de ruido de disparo. Por lo tanto, cuanto más brillante es la imagen, más difícil es ver el ruido del disparo porque también queda enmascarado por la señal de imagen más fuerte creada por la luz más brillante.

En conjunto, ambos tipos de ruido se ven más fácilmente cuando una fuente de luz débil se amplifica con una configuración ISO alta. La diferencia es que el ruido de lectura generalmente permanece en la misma ubicación de un disparo al siguiente, mientras que el ruido de disparo aparecerá aleatoriamente en varias ubicaciones de cuadro a cuadro.

Una forma de evitar el ruido de lectura es fotografiar la escena con un ajuste más brillante (más luz, mayor tiempo de obturación, etc.) y luego reducir el brillo en el procesamiento posterior. Esto es muy fácil de hacer tomando imágenes fijas en formato sin procesar. Es un poco más difícil con la mayoría de las cámaras al grabar video a menos que su cámara pueda generar video sin formato.

Lo que estás viendo se llama “ruido”. Esto es análogo a la estática en los sistemas de audio. Como ejemplo, está tratando de sintonizar una estación de radio distante. Puedes escuchar música pero es débil, subes el control de volumen y la música se vuelve más fuerte pero, lamento informarte, también has subido la estática no deseada.

Ahora el sensor de imagen funciona porque su superficie está cubierta con millones de diminutos fotositos. Durante la exposición, la luz juega en estos sitios. Cada uno recibe diferentes niveles de luz. Cada uno acumula una carga eléctrica que es proporcional a la cantidad de luz recibida. Al final de la exposición, la carga está presente pero demasiado débil para ser útil. El software de la cámara aplica amplificación y la fuerza de carga en cada sitio se eleva a un nivel útil. Estamos hablando de un control automático de ganancia similar a subir el volumen de una radio. Ahora, aquellos sitios que recibieron muy poca luz durante la exposición solo tienen una carga débil, el software intenta mitigar aumentando la amplificación. La mala noticia es que cada sitio tiene su propio convertidor y amplificador de carga a voltaje. Cada vista funciona con una eficiencia ligeramente diferente en comparación con su vecino. Esto provoca diferencias en los niveles de ruido. Esto da como resultado una granularidad en la imagen similar al grano en las fotografías de películas químicas. A esto lo llamamos ruido de patrón fijo.

Para probar su cámara y ver cómo captura imágenes con ruido de patrón fijo, cubra la lente con papel negro o la tapa de la lente y tome algunas fotografías con diferentes configuraciones ISO. Entonces verá, de primera mano, los efectos del ruido de patrón fijo. La buena noticia es que la mayoría de los programas de imágenes valiosos contarán con alguna forma de mitigar el ruido en sus imágenes. Tenga en cuenta que la imagen digital aún es joven y que la calidad de la imagen progresa con cada nueva generación de cámaras.