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La conversión Bayer frente al sensor monocromo puro
Por qué eliminar la matriz de filtros de color eleva la resolución y la sensibilidad de un sensor digital en comparación con desaturar un archivo Bayer a escala de grises.
Escrito en por Simon Lehmann Editor
En película, un filtro de color se coloca delante del objetivo y modifica qué longitudes de onda llegan a la emulsión antes de la exposición. Un sensor digital registra todo el color primero, de modo que el control equivalente ocurre después de la captura: los tres canales de color se ponderan y se suman en un único valor de gris. Un mezclador de canales realiza exactamente esa suma, por eso puede imitar un filtro amarillo, naranja o rojo sin necesidad de ningún cristal. La imitación es aproximada pero no idéntica, y la diferencia la fija la manera en que el sensor captó el color en primer lugar.
Toda conversión a escala de grises reduce tres números a uno. Los valores predeterminados no son arbitrarios. Los coeficientes de luminancia de la Recomendación UIT-R BT.709 (publicada por primera vez en 1990) asignan 0,2126 al rojo, 0,7152 al verde y 0,0722 al azul; la más antigua BT.601 (publicada por primera vez en 1982, el estándar de definición estándar) usaba 0,299, 0,587 y 0,114. Se trata de coeficientes de luminancia aplicados a valores con codificación gamma, no de pesos de luminancia en luz lineal pura, pero ambos suman uno, lo que mantiene el brillo global constante y refleja la alta sensibilidad del ojo al verde y la baja sensibilidad al azul.
Un mezclador de canales simplemente te deja elegir tus propios pesos. Toma dos píxeles de 8 bits: un trozo de cielo azul que lee aproximadamente R 70 / G 110 / B 200, y un ladrillo rojo que lee R 170 / G 60 / B 50. Con la ponderación neutra BT.709, el cielo se convierte en 0,2126·70 + 0,7152·110 + 0,0722·200 ≈ 108, y el ladrillo en ≈ 83, de modo que el cielo sale más claro que el ladrillo. Ahora aplica una mezcla de filtro rojo de R 150% / G 20% / B −70% (que sigue sumando 100%). El cielo pasa a ser 1,5·70 + 0,2·110 − 0,7·200 = −13, recortado a 0, casi negro; el ladrillo pasa a ser 1,5·170 + 0,2·60 − 0,7·50 = 232, casi blanco. El dramático cielo ennegrecido y la luminosa mampostería de un paisaje con filtro rojo salen directamente de la aritmética, sin que se haya eliminado luz alguna.
Un filtro de cristal deja pasar su propio color y absorbe el complementario, y siempre tiene un coste en exposición. Los factores Kodak Wratten a la luz del día fijan ese coste, y cada uno tiene su equivalente en el mezclador:
Estos factores aumentan aún más bajo una sombra abierta rica en azul o bajo luz de cielo, donde hay más azul para que el filtro absorba. Ansel Adams recurrió a un Wratten 29 gran rojo para llevar el cielo casi al negro en Monolith, the Face of Half Dome (1927), y expuso su práctica con filtros en The Negative (1981). El mezclador reproduce cada aspecto pero no cobra pasos (stops): conservas la velocidad de obturación y la apertura con las que mediste.
El Channel Mixer de Photoshop expresa los pesos como porcentajes, con una casilla Monochrome y un desplazamiento Constant, e insta a mantener el total cerca del 100%; estás mezclando los tres canales reales. Lightroom y Adobe Camera Raw toman una vía distinta: la mezcla de blanco y negro ofrece ocho deslizadores de banda de color (rojo, naranja, amarillo, verde, aqua, azul, púrpura, magenta), no tres canales en bruto. Estos trabajan en un espacio de tipo HSL, de modo que el deslizador «naranja» eleva específicamente los tonos naranjas y no todo el canal rojo — un control de matiz más fino, pero un modelo mental diferente. Capture One, RawTherapee y Nik Silver Efex Pro se distribuyen a lo largo de este espectro. La distinción importa: la mezcla de tres canales redistribuye los registros real de rojo, verde y azul del sensor, mientras que los deslizadores de banda remapean los matices interpretados tras el demosaicado.
El límite de la emulación es el filtro de color matricial sobre el sensor. El patrón Bayer — inventado por Bryce Bayer en Eastman Kodak, patente de EE. UU. 3.971.065, presentada en 1975 y concedida en 1976 — distribuye un 50% de fotositos verdes, un 25% rojos y un 25% azules; Bayer llamó a los verdes «elementos sensibles a la luminancia» y los duplicó para ajustarse a la sensibilidad máxima del ojo, la misma lógica que otorga al verde el peso de luminancia de 0,7152. El demosaicado interpola los valores faltantes en cada sitio.
Esos filtros de colorante son pigmentos orgánicos depositados por fotolitografía, con bandas de paso amplias y solapadas en lugar de cortes nítidos, de modo que el canal rojo responde en parte al verde: es la diafonía espectral, y empeora a medida que disminuye el paso de píxel. El silicio agrava el problema en el extremo largo. Su banda prohibida de ~1,1 eV lo deja sensible hasta cerca de 1100 nm, bien dentro del infrarrojo cercano, por lo que las cámaras de color llevan un filtro de corte IR o espejo caliente (transición típicamente entre 650 y 720 nm) precisamente para impedir que el infrarrojo llegue a los canales. Sin él, el canal rojo quedaría muy contaminado; con él, la mezcla residual es solo la diafonía de los colorantes. En cualquier caso, el canal rojo ya ha absorbido una mezcla de longitudes de onda que no se puede desmezclar posteriormente. Un filtro rojo de cristal bloquea el azul antes de la exposición; el mezclador solo redistribuye los datos ya registrados. En cuanto una región se recorta al blanco o entierra detalles en las sombras, ninguna ponderación los recupera — lo que sí ocurre al trabajar desde raw, donde cada canal conserva su propio margen: el azul tiende a recortarse primero bajo tungsteno, el rojo primero en atardeceres y piel.
Un mezclador de canales emula una emulsión pancromática más un filtro. Las películas pancromáticas — FP4, HP5, Tri-X — son sensibles a todo el espectro visible, que es por eso que un filtro rojo oscurece su cielo azul y aclara los rojos. El material ortocromático es otra cosa: Ilford Ortho Plus 80 es prácticamente ciego al rojo, renderizando los rojos casi en negro, de modo que un filtro rojo sobre él es contraproducente. No hay dos emulsiones con una curva espectral idéntica, así que «el aspecto de filtro rojo» es en sí mismo específico de cada película, y el mezclador solo aproxima siempre una combinación concreta de emulsión más cristal.
Dos advertencias en el lado digital. El canal azul suele ser el más ruidoso porque el colorante azul deja pasar los menos fotones: la señal más baja significa que el ruido de disparo de fotones, que escala como la raíz cuadrada de la señal, domina, y la ganancia del balance de blancos bajo luz cálida lo amplifica aún más. Con el ruido de lectura moderno de los CMOS en torno a 2 e⁻ por píxel, la mayoría de las exposiciones a la luz del día están limitadas por el ruido de disparo, de modo que forzar mucho el peso del azul saca grano que no puedes mesurar. Y el carácter «gratuito y reversible» de la mezcla solo se mantiene mientras sobreviven los datos de color — en un archivo raw o en un documento por capas. Aplana a escala de grises o hornea un JPEG y la conversión es tan irreversible como un negativo revelado.
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