03/08/2017

Desmistificando o ISO: viva a escuridão!

Descrição da imagem: Pintura de Caravaggio - Ceia em Emaús (1606) Óleo sobre tela, Pinacoteca de Brera, Milão, Itália.

Estamos vivendo a era do ISO na fotografia digital. Os fabricantes de câmera competindo por compradores, lançam modelos com capacidade de latitude (ISO) cada vez mais altos. em seu túmulo, o grande pintor barroco italiano Michelangelo Merisi Caravaggio (1571-1610), deve estar dando gargalhadas, irreverente e revolucionário que era, vendo a briga e a confusão em torno do tal ISO.  Os fabricantes, na disputa pelo restrito e acirrado mercado das câmeras e filmadoras digitais, lançam 
modelos onde já anunciam sensibilidade ISO de mais de 100.000! Logo ele, que em seus quadros brincava com a luz, desafiando-a com grandes áreas de escuridão em suas telas. 

Mas há nessa briga fabricantes não tão escrupulosos, que se aproveitam da interpretação e lacunas das normas técnicas que regulam o assunto, para tentar ganhar mercado e consumidores felizes.
Dependendo da norma usada, um fabricante pode “enganar” o comprador fornecendo – ou muitas vezes não indicando – nas especificações dos modelos, qual parte ou parâmetro de medição, descrito nas normas, foi utilizado para a indicar o desempenho de seus produtos em situações de pouca luz.

Mas vamos voltar um pouco no tempo para explicar aos que não conhecem de onde vem a palavra (e parâmetro de sensibilidade à luz) que hoje influenciam de forma muitas vezes enganosa ou dúbia, o consumidor na hora de comprar sua câmera. Em primeiro lugar o termo ISO em si, não é um número, ou unidade de medida. A palavra ISO é uma sigla para: International Organization for Standardization. Ou seja Organização Internacional de Padronização. As normas reguladas e publicadas por essa entidade internacional recebem o prefixo ISO seguido do número da norma. E essas normas não são apenas para produtos fotográficos. Englobam uma série de produtos e especificações para diversos ramos da engenharia e das ciências aplicadas.

Para regulamentar a sensibilidade de sensores digitais, para câmeras de fotografia, vídeo, microscópios eletrônicos, equipamentos de astronomia e medição de luz existem várias normas ISO, cada uma com um número e data de publicação. Uma norma pode ser inclusive revista e ampliada com o passar do tempo e os avanços da tecnologia. Em relação ao termo ISO usado nas câmeras fotográficas, as normas vigentes são: ISO 5800:2001 (publicada em 1979 e revisada em 1987), ISO 6:1993 (publicada em 1974), ISO 2240:2003 (publicada em 1982 e revisada em 1994 e corrigida em 2003), ISO 12232:2006 (publicada em 1998, revisada em abril/2006 e corrigida em outubro/2006). Há ainda uma norma denominada CIPA DC-004 ( publicada em 2006). Essa norma já tem uma abreviação diferente e também é uma sigla para Camera & Imaging Products Association, ou Associação para Produtos de Imagem e Câmeras. Ela procurou normalizar as demais normas, que contém diversas interpretações, em um sistema mais uniforme e justo para que os fabricantes não tentem tirar vantagens em interpretações dúbias.
 
Descrição da imagem: Composição contendo vários tipos e modelos de filmes fotográficos para câmeras analógicas. Fote da imagem: http://www.filmrescue.com/old-still-film-developing/
Pois bem, agora já sabemos de onde vem o nome ou “regulagem ISO” de uma câmera digital. Mas ela surgiu do nada? Ou especificamente para o mundo das imagens digitais? Não. A normatização ISO substituiu tecnicamente a antiga nomenclatura ASA (outra sigla para American Standarts Association) entre 1982 e 1987. Quem usou ou ainda usa filme em película (como o 35mm) está bem familiarizado com essa norma. Antes da fotografia digital, o fotografo regulava o ISO ou ASA de sua câmera analógica, de acordo com o filme que colocasse dentro dela. As sensibilidade dos filmes em caixinha ou em rolo geralmente eram fornecidas em 50, 100, 200, 400 e 1000 ASA. A boa notícia aqui é que a escala aritmética ASA foi mantida na nova norma ISO!

Assim, os fotógrafos (durante a introdução das câmeras digitais) não precisaram mudar um conhecimento já há muito usado e quase instintivo. Um profissional que quisesse uma imagem ultra definida de um objeto, geralmente para impressão em grandes formatos de papel ou revistas coloridas de alto padrão, escolhiam um filme 50ASA. Porém a extrema definição tinha um preço: lentes muito claras e velocidades de obturador muito baixas. Isso impedia o uso desses filmes em fotos de rua ou mesmo de modelos vivos, já que o mínimo movimento do motivo fotografado em velocidade baixa, introduziria um blur (ou tremido) na imagem captada.

Para uso geral, o filme 100ASA ou mesmo o 200ASA eram os mais populares e versáteis. Pois permitiam um meio termo entre definição de imagem e velocidades mais altas de diafragma. Já os fotógrafos de esportes, os fotógrafos de cenas noturnas ou em ambientes com pouca luz usavam o filme 400ASA ou mesmo o Ilford 1000ASA. Perdiam definição, introduziam grãos na imagem mas permitiam fotos impossíveis de serem obtidas com filmes 100ASA. 
 

Fotógrafo: Matt Osborne é um fotógrafo que aprecio por trabalhar tanto com filme quanto com digital. Retrato da série modelando no Escuro, tirada com Rolleiflex SL66E + Kodak Tri-X 400@1600 + Carl Zeiss Planar 80mm f2 HFT Handheld 1/30 at f2.8. 1/30 Fonte: https://www.flickr.com/photos/32681588@N03/15795939071/in/photostream/


Notaram a palavra GRÃO no parágrafo anterior? Os mais novos que não estiverem muito familiarizados com a fotografia analógica, ampliação de fotos do negativo para papel fotográfico, guardem o nome. Vamos falar dele mais à frente. E saibam que o grão era um dos aspectos valorizados e sinal de expressão artística e personalidade na fotografia de arte. E grão hoje em dia se transformou no “ruído” que os sensores digitais produzem acima de determinado valor ISO. Motivo de tanta discórdia e receio entre os fotógrafos atuais. De característica agradável de uma foto, como o Bokeh, se transformou em vilão da fotografia digital. Mas não precisa ser assim, como veremos adiante.

A diferença determinada pela sensibilidade de um negativo de filme é a quantidade de grãos de sais de prata distribuídos em uma determinada área da película. Quanto MAIS grãos, uns próximos aos outros, MENOR a sensibilidade do filme à luz. A primeira vista as palavra “mais” leva a um raciocínio automático de nosso cérebro. Mais significa em uma escala de grandeza linear, o oposto a menos ou menor. Esse truque da nossa mente nos leva a pensar que muitos grãos do sensibilizador levasse a maior sensibilidade a luz – ou por analogia – melhor desempenho com pouca luz. Na verdade mais grãos juntos significam MAIS definição de imagem. Na verdade para uma definição mais precisa podemos dizer que: Mais mais grãos determinam mais sensibilidade a muita luz luz. A contrapartida é que mais grãos necessitam de mais tempo de exposição ou mais quantidade de luz entrando pela lente (maior abertura do diafragma).
 
Descrição da imagem: Fotografia microscópica de uma película fotográfica mostrando à esquerda os grão de sais de prata presos a gelatina de suporte e à direita os grãos soltos para melhor visualização. Fonte da imagem: http://www.shutterangle.com/2012/cinematic-look-film-grain/
Um filme com um ASA mais alto tem MENOS grãos distribuídos na mesma área do negativo do filme e por isso eles estão mais afastados uns dos outros. Portanto ele é mais sensível a menores quantidades de luz. Aceitando velocidades de obturador e aberturas de lente menores. O lado negativo disso é que a imagem produzida terá menor definição. Com os espaços não preenchidos pelos cristais de prata aparecendo como minúsculos pontos pretos na imagem. E a isso chamamos, de uma forma um tanto equivocada, de imagens com mais grãos. Um efeito belíssimo por sinal. No negativo com grãos mais espaçados entre si, as áreas entre eles que não foram sensibilizadas pela luz (esse espaço tem apenas um fixador dos grãos de prata sensíveis) é lavado durante o processo de revelação química do negativo e se tornam transparentes, já que u suporte do filme é uma película de acetato ou plástico transparente. Na hora da cópia esses espaços transparentes deixarão passar mais luz para o papel fotográfico que de maneira inversa ao ser lavado perderá a cobertura protetora que impede que os produtos químicos do papel fotográfico se oxidem e fiquem mais escuros, em tons que vão do cinza ao preto.
 
Filme Kodak Tri-X 400ASA: o filme mais usado para fotografia de rua em preto e branco, por sua versatilidade, pois pode ter o ISO "puxado" na revelação até 1600. 

Essa mesma analogia pode ser aplicada aos sensores digitais. Os sensores de imagem são como se fossem uma película de filme ou o suporte para os pontos sensíveis a luz. Os grãos são cada foto pixel montado nesse sensor. Que podem ter tamanho e quantidade variáveis. Quanto mais pontos, maior a definição da imagem medida em megapixel. E quanto maior o sensor, maiores serão os sensores de imagens. O desafio de se fazerem sensores cada vez menores, está relacionado a tecnologia capaz de produzir fotosites cada vez menores e agrupar o maior número possível deles em uma área diminuta. Por isso ainda não temos sensores Micro 4/3 com resoluções acima dos 24MP. Mas haverá o dia em que esses sensores terão 52MP ou mais, como seus irmãos mais crescidos: os sensores 35mm.

Aplicação do parâmetro ISO na fotografia digital:

Já vimos atue aqui que o termo ISO se refere a sensibilidade de determinado meio (filme ou sensor de imagem) em lidar com a quantidade de luz que incide sobre ele. E que quanto maior o número ISO, maior será a capacidade desse meio de captar pouca luz. E analogamente ao filme, quanto maior for essa capacidade, mais grão no caso da fotografia digital mais ruído -  será introduzido na imagem captada. E aqui vem o mais importante:
 
Diferença entre dois tipos de "ruídos" na fotografia: o grão da película e o ruído em um sensor digital. O grão do filme é bonito porque é mais "orgânico". 
Pensemos no ruído digital como os espaços entre os grãos de prata do filme. Esse “espaço” não físico, é representado pelo sinal elétrico ou sinal portador, que carrega a informação de atributos da luz que incide no circuito onde por onde esse sinal transita. O sinal é necessário para manter o sensor “vivo”. Ele é, digamos, neutro. Não carrega em sí nenhuma informação produzida por ele próprio. Mas é carregado com as informações da imagem que chega ao sensor e as conduz para o processador de imagem. Como se fosse uma cegonha que chega à fábrica de automóveis vazia e sai carregada de carros de diversos tamanhos, modelos e cores.

Aumentar o ISO do sensor seria o mesmo que tentar carregar mais carros do que a capacidade da cegonha tem de transportar. Uns ficariam presos em suas posições, bem amarrados e outros empilhados sobre os primeiros. Na viagem provavelmente esses carros extras cairiam pela estrada. Outra analogia seria tentar esticar a carroceria da cegonha para caberem mais carros. Porem deixando espaços vazios entre os carros que ela pode carregar normalmente, mas que no entanto, não são suficientes para que mais um carro caiba naquele espaço. A cegonha chegaria ao destino com o mesmo número de carros habituais e mais os espaços não preenchidos, que no entanto, seriam cobrados pelo dono da carreta por ter alongado seu veículo tornando mais pesado e gastando mais combustível.

Em eletrônica e eletricidade isso se chama Relação Sinal/Ruído. No exemplo anterior, o sinal seria o carro adequadamente acomodado na cegonha e o ruído a própria cegonha, em tamanho normal ou alongada. Quem trabalha ou conhece captação de áudio, sonorização ou amplificação de som, e está lendo esse artigo, terá mais facilidade em entender esses conceitos. Tal como na imagem, a relação sinal/ruído irá determinar a qualidade e a pureza do som captado, bem como sua distorção na forma de artefatos sonoros (distorções harmónicas, chiados, huming, ecos, etc.).
 
Na parte de cima do gráfico (onda sonora) está representada uma onda  senoidal normal e abaixo a mesma onda achatada nos picos e vales pela saturação do sinal. Numa explicação bem resumida, toda vez que um sinal ultrapassar a capacidade limite da onda portadora ou a capacidade técnica do circuito onde está sendo processado, as regiões acima desse limite ou abaixo, serão achatadas e a informação original que ela carregava será perdida. O que restará,  genericamente falando, será  ruído, em suas diversas formas, como distorção harmônica, interferência eletromagnética, cliping do sinal, chiados (hiss), zumbidos (hum), etc.  
Toda vez que se tenta amplificar um sinal contendo uma onda portadora e a informação que ela transporta, acima dessa capacidade de transporte, haverá a produção perceptível de ruído. Por que digo perceptível? Pelo simples fato que o ruído sempre faz parte do sinal analógico ou digital. Não há a relação perfeita de aproveitamento de toda a onda portadora do sinal. Leis da Física. Toda energia está sujeita ao atrito (a resistência do meio pela qual ela se propaga) e essa resistência se transforma em calor. Ou seja, a energia não se perde mas se transforma de um tipo em outro.

Para a maioria dos sensores de imagens atuais a relação ótima (ou mais eficiente de sinal/ruído) se situa na faixa entre 150-200 ISO. Onde apercepção do ruído gerado pelo sensor é quase invisível. Mas não nula. Por isso não vemos câmeras com ISO inferior a 50. No caso contrário, para medir a relação de sinal/ruído ainda aceitável temos o patamar de 1600ISO. E isso é medido pelas normas técnicas que citei no início do artigo. Mas nessas normas existem duas relações de medição para o aumento aceitável de ruído perceptível: 40:1 ou 10:1 dependendo da forma de medição. Pela formula 10:1 o fabricante deve provar em testes que o ISO aceitável seja dez vezes maior que o ISO ótimo, porém com uma margem de segurança de forma a evitar o estouro dos reflexos produzidos pela lente.

Por essa metodologia, o ISO máximo aceitável poderia ir até 20.000 (200 x 10) mas deixada a margem de segurança, ele fica em 16.000ISO. E vemos muitas câmeras oferecendo esse valor máximo de latitude (150-16.000ISO). Pelo fator 40:1 teríamos um ISO máximo de 64.000, mas por segurança o fabricante nos permite regular essa latitude entre 50-52.000ISO). Alguns fabricante em certos modelos usam sistemas de amplificação e depuração de sinal que onde chegam a oferecer 105.000ISO, por fazerem esse n sinal passar por processos de interpolação. Mas jáa se trata de uma forma puramente digital de superar as limitações técnicas da decodificação analógica/digital dos sinais elétricos transformados em bits (dados).
 
Foto em alto contraste. Câmera LEICA V-Lux, lente Vario-Elmarit 9.1–146 mm f/2.8–4 ASPH @ f/2.8 - 1/1200s - ISO 200. Crédito da imagem: Marcelo Ruiz.
Esse número exagerado de latitude está ali nas especificações para nos convencer que o produto é superior. Mas dificilmente uma imagem captada com ISO acima de 16.000ISO servem para uso geral. Pode ser que fiquem razoáveis, depois de manipuladas em programas como o Photoshop (CameraRAW) para apresentação em telas de celulares. Mas para impressão gráfica de qualidade seriam completamente imprestáveis. A visualização do ruído também depende de fatores objetivos como a qualidade e tamanho dos monitores onde será visualizada a imagem e fatores subjetivos como a própria experiência e sensibilidade visual de quem vê a imagem. Um leigo provavelmente não saberá dizer o que é muito ruído em uma imagem. Já um profissional da área identificará ruídos aceitáveis, mesmo imagens com a sensibilidade nativa da câmera onde foi tirada (faixa entre 150-1600ISO).
Detalhe ampliado em 100% da área marcada em vermelho na imagem anterior. mesmo no ISO nativo da câmera (200), os ruídos são mínimos, quase imperceptíveis a olho nu, mas estão presentes. Tanto nas áreas de baixas luzes como nas de alta luminosidade. 

Portanto a escolha de um equipamento com ISO altíssimo é atraente para quem não entende o que isso significa, resulta em frustração. Bem como a solução de aumentar o ISO em demasia não deve ser nem a primeira e nem a última opção do fotografo em situações de pouca luz. A primeira escolha nesses casos é evitar (algumas vezes impossível até pela natureza da cena a ser captada) essas situações de luz insuficiente. Depois tentar usar alente mais clara e rápida disponível. Em terceiro lugar baixar a velocidade do diafragma até o ponto onde não se introduza blur em cenas que ele não caiba. Exemplo: uma fotografia ou vídeo de uma cena noturna em uma cidade iluminada e movimentada, pode ser captada em um tripé, para evitar o movimento de câmera e o tremido nos objetos que não devem se mover (prédios) e deixar o rastro de pessoas e automóveis como parte poética da imagem.
 
Câmera principal do celular LG G4 16MP @ 100ISO, f/1.8 - 1/4ss - distância focal 4mm (equivalente ao angulo de visão de uma lente 18mm em formato full frame). 
Em último recurso antes de aumentar o ISO acima de valores aceitáveis (pra a minha arte e gosto ele fica em 800) deve-se tentar uma composição de cena onde haja valorização (foco, contraste, nitidez e cores bem delimitadas) nas partes bem iluminadas. Situação fácil de resolver, como se a foto ou filme fossem captados em condições de luz normal. Esses motivos devem compor o campo visual da imagem em posição e preenchimento, de forma a minimizar as áreas com pouca ou nenhuma luz. Nesse caso, como eu gosto de dizer e usar como expressão artística, assumir o preto e as sombras fortes como condição fundamental para que haja imagem. Não existe luz sem as trevas eu digo sempre. Então nessa escolha devemos valorizar os pretos e os tons de cinza muito escuros dando-lhes aspecto aveludado. E para isso, por mais contrassenso que pareça, podemos optar até por diminuir o ISO ao invés de aumenta-lo.

Lembrete: O ruído digital não aparece apenas nas partes mais escuras da imagem, acima de determinado teto, como em 52000ISO. Pode estar presente também nas áreas mais claras ou saturadas de uma imagem em alto contraste. Portanto abaixo do piso mínimo (50ISO). 

Lembro que quando filmava shows de música e peças de teatro com ausência quase total de luz fora dos atores/músicos em cena, usando ainda as câmeras de vídeo tradicionais, via colegas aumentando desesperadamente o Ganho (que normalmente ficava em 0dBu) para +6, +8 ou +12dBu! E eu com a minha gloriosa Sony HVR-Z7 (entre outras) da qual todo mundo falava bem, exceto pelo baixo desempenho em pouca luz, metia o dedo na alavanca de ganho e enterrava em -6dBu com os colegas rindo ou espantados. Na pós edição caprichava no contraste e no equilíbrio de cores e bang!  Imagens com pretos e baixas luzes suaves e aveludadas. E nenhum ruído! E todo mundo reclamava da Z7 dizendo que ela dava ruído nos pretos até na luz do meio-dia! E era de certa forma verdade. Por isso ja deixava sempre o ganho enterrado em -6!
 
Detalhe ampliado em 100% da foto anterior: mesmo uma câmera de celular é capaz de lidar com contrastes extremos desde que corretamente ajustada. Apesar do ambiente estar em total penumbra, o ISO foi baixado para o mínimo permitido pelo equipamento. Nessa situação, um fotógrafo poderia instintivamente aumentar o ISO pensando em "dar mais sensibilidade" ao sensor.

Portanto o ISO deve ser usado para a função real dele: controlar a sensibilidade do sensor de imagem! Ao contrário de tentar aumentar a capacidade da câmera em filmar no escuro! Sair dessa regra é como dizem, na maioria das situações com que nos deparamos em nosso dia-a-dia, tentar tirar leite de pedra! E isso simplesmente não existe! Pelo menos para nós mortais...


Grande abraço e viva a escuridão, pois em ela não perceberíamos a luz!

2 comentários:

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Marcelo Ruiz