¿Qué es RAW, técnicamente?


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Desde una perspectiva técnica, ¿qué es exactamente RAW y cómo se diferencia de las imágenes JPG o de mapa de bits? No estoy preguntando sobre los pros / contras versus otro formato, sino más bien qué constituye el formato RAW, cómo se almacenan los datos, cómo se diferencia de JPG (aparte de la falta de compresión) y cómo es diferente del mapa de bits.

Respuestas:


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RAW son datos que se extraen de la cámara en una etapa anterior del procesamiento .

Esto permite que el procesamiento posterior se realice más tarde en una computadora a voluntad. En particular, evita los pasos de procesamiento con pérdida de demosaicing , nitidez / reducción de ruido y compresión JPEG que se aplica permanentemente al archivo de imagen resultante antes de que salga de la cámara.

Cuando tomas una foto:

Esto es lo que sucede cuando toma una foto y en qué etapas del procesamiento se extraen las imágenes RAW y JPEG.

  1. Filtro de Bayer

    El obturador se abre y la luz entra en la cámara. La luz se filtra a través de un filtro de color bayer para que cada píxel en el sensor solo reciba luz roja, verde o azul. Esto es necesario porque sin él el sensor es monocromo.

  2. Sensor

    La luz llega al sensor (a menudo a través de pequeñas microlentes que ayudan a reunir más luz en la parte sensible del píxel). Luego se convierte en millones de impulsos analógicos, cada uno correspondiente a un píxel.

  3. Conversión analógica a digital

    Los impulsos analógicos se amplifican a la cantidad correcta de acuerdo con la sensibilidad (clasificación ISO) seleccionada y luego se convierten en valores digitales utilizando un convertidor analógico a digital, a una profundidad de bits determinada. Después de esta etapa, tiene millones de valores digitales (generalmente de 12 o 14 bits) en una secuencia.

    Tenga en cuenta que el método para la conversión analógica a digital es muy diferente en los sensores CMOS y CCD. Por ejemplo, un sensor CMOS contiene un transistor en cada píxel para ayudar con esto, pero es suficiente decir que al final, aún obtienes un montón de valores digitales.

  4. Ajuste de nivel de negro

    La cámara necesita determinar el nivel de negro correcto, ya que el sensor no necesariamente devolverá cero para los píxeles que son negros. Por ejemplo, el calor ambiental del sensor puede causar alguna señal. La corrección de esto a menudo se realiza leyendo los datos del sensor de algunos píxeles del borde que están cubiertos permanentemente para que la luz no pueda alcanzarlos. Luego resta un valor apropiado de los otros resultados. Puede hacer otras correcciones en los datos digitales; puede intentar reducir algunos tipos de ruido, como el ruido de fondo causado por el sensor.

    A veces, los valores digitales pueden multiplicarse o dividirse para alcanzar el valor de sensibilidad (ISO) correcto, si está utilizando un valor ISO que su sensor no hace de forma nativa.

    Aquí es donde se extraen los datos RAW.

    Si dispara RAW, ninguno de los pasos a continuación aquí se aplica permanentemente al archivo de imagen tal como sale de su cámara, lo que le permite aplicarlo a voluntad en su software RAW.

  5. Demosaicing

    Cada valor es, de hecho, un valor rojo, verde o azul. Sin embargo, necesita que cada píxel tenga los tres colores: rojo, verde y azul, para la imagen final. Por lo tanto, un algoritmo de demostración tiene que adivinar las otras dos partes de color para cada píxel, y lo hace basándose en el conocimiento de los píxeles circundantes. Hay una variedad de diferentes algoritmos de demostración con diferentes cualidades, y es un proceso con pérdida. Si esto ocurre dentro de la cámara, entonces está atascado con el algoritmo incorporado de la cámara.

  6. Conversión de espacio de color

    Rojo, verde y azul en el filtro Bayer no son necesariamente del mismo tono que el rojo, verde y azul en el espacio de color sRGB estándar. La cámara luego realiza la corrección de color para convertir los colores en el espacio de color deseado, que generalmente es sRGB.

  7. Balance de blancos

    La corrección del balance de blancos se aplica para corregir las diferentes temperaturas de color de las fuentes de luz mientras se toma la fotografía.

  8. Corrección gamma

    Se aplica la corrección gamma que convierte los valores lineales en valores corregidos por gamma según lo exijan los archivos de imágenes digitales. Esta corrección no es una corrección gamma directa; se aplica una curva de contraste para garantizar que los reflejos y los negros se curven bien dándole una apariencia similar a una película.

  9. Afilado y reducción de ruido

    Se aplica una cantidad adecuada de nitidez y reducción de ruido para mejorar la imagen y tratar de suprimir el ruido molesto. Existen diferentes algoritmos de nitidez y reducción de ruido, y este es un procedimiento con pérdida. Si esto se hace dentro de la cámara, entonces está atrapado con cualquier enfoque y reducción de ruido que haya aplicado la cámara.

  10. Compresión JPEG

    Los datos de imagen resultantes se comprimen como JPEG. Esto también es, obviamente, un procedimiento con pérdidas.

    Aquí es donde se generaría un archivo JPEG.

Más sobre el formato RAW

Para crear el archivo RAW, los datos sin procesar de los pasos 1 a 4 anteriores se ensamblan en un formato de archivo, que generalmente es un formato de archivo propietario específico del fabricante basado en el formato TIFF. Los datos a veces se comprimen utilizando un algoritmo de compresión simple sin pérdidas y, a veces, parte de ellos también se encripta.

Dentro del archivo RAW, la cámara incorpora una gran cantidad de metadatos, con toda la información necesaria para realizar los pasos de procesamiento adicionales más adelante de acuerdo con la configuración de la cámara. Esto incluye información como qué ajustes de balance de blancos, nitidez y contraste se seleccionan en la cámara. El software RAW puede elegir seguir este consejo o ignorarlo.

La cámara también incrusta un archivo JPEG en el archivo RAW, que luego puede usar cuando reproduce la imagen en el modo "reproducción" en la cámara. Este JPEG incrustado agrega un poco al tamaño del archivo RAW, pero significa que la cámara no tiene que aplicar todo ese procesamiento cada vez que la imagen se ve en modo reproducción. El software de procesamiento RAW en las computadoras ignora en gran medida el JPEG incrustado, aunque algunos software pueden usarlo para un modo de vista previa rápida o para generar miniaturas rápidas. Generalmente es un JPEG de bastante baja calidad, lo suficientemente bueno para previsualizar solamente.


Tenga en cuenta que algunas cámaras en realidad hacen aplicar un poco de reducción de ruido en el paso 4. (Sony A850, por ejemplo.)
mattdm

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Nota: en general, los algoritmos de demostración (paso 5) también se agudizarán como parte de la demostración. Esto a menudo se
sumará

Algunas cámaras aplican corrección de lente en la cámara. En todas las cámaras que he usado que han hecho esto, el archivo RAW no tiene la corrección de lente preaplicada, por lo que la cámara lo ha hecho después de ese paso.
thomasrutter

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punto # 1 - Los filtros Bayer cambian la sensibilidad a diferentes longitudes de onda de luz. Pero algo de luz verde atraviesa los filtros rojo y azul, y algo de luz roja y azul atraviesa los filtros verdes.
Michael C

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Eso es cierto, pero también es equivalente a decir "cada valor es un valor 'rojo', 'verde' o 'azul' en un espacio de color dado cuya definición de rojo, verde y azul está definida por el filtro bayer" es ¿no?
thomasrutter

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Los archivos sin formato no son realmente imágenes como tales, sino datos directamente del sensor de la cámara. Pienso que congela el estado de la cámara inmediatamente después de que la exposición ha terminado y lo agrupa en un archivo, normalmente con algún tipo de compresión sin pérdidas. El artículo de wikipedia proporciona una buena cantidad de detalles sobre el tipo de cosas que se graban, pero como guía diría:

  • Todas las lecturas de niveles del sensor
  • Alguna información sobre el tipo de sensor (para que el convertidor Raw sepa cómo interpretar los datos del sensor)
  • Todos los ajustes aplicados actualmente a la cámara.
  • La hora y otros metadatos de tipo EXIF ​​asociados con la imagen.
  • Posiblemente una imagen en miniatura JPEG

Tenga en cuenta que no existe un formato RAW único, y todos los fabricantes de cámaras son libres de agrupar este tipo de datos a su manera. Adobe está tratando de promover su formato DNG (Digital Negative) , que yo personalmente uso, como formato RAW estándar. Algunas cámaras pueden generar DNG, pero la mayoría tiene que convertirse. Hago esto al importar a Lightroom, ya que una de las ventajas es que puede almacenar datos de edición Lr dentro del archivo y no requiere sidecars xml. Otra ventaja de DNG es que tiende a dar como resultado tamaños de archivo más pequeños que los archivos RAW nativos.

Me imagino que debido a cómo la mayoría de los sensores están construidos con un diseño tipo filtro de Bayer , los datos del sensor solo contienen niveles de cada sitio de fotos en el sensor. Un mapa de bits, por ejemplo, habría combinado los sitios RGB para formar un solo píxel.


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Intento de Adobe de estandarizar formatos RAW: en.wikipedia.org/wiki/Digital_Negative_(file_format) Además, los archivos RAW a menudo se comprimen sin pérdida.
Eruditass

DNG es más un contenedor que un formato real. El convertidor sin procesar aún necesita conocer las características del sensor que tomó la foto y aplicar la demostración adecuada para ese sensor en particular.
Michael C

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RAW es una copia de los datos del sensor. JPEG ha sido refinado.

Resumen

Un archivo RAW es un volcado directo de los datos que captura la cámara.
Se ha derivado un archivo JPEG de esos datos RAW mediante un proceso de nitidez, corrección de color y compresión.

Detalle

El corazón de una cámara digital es un chip sensible a la luz conocido como sensor.
Un archivo RAW es prácticamente una copia de los datos directamente de este chip cuando se captura una imagen. Como tal, el archivo de imagen no es fácilmente reconocible como una imagen porque:

  • no está en ningún formato de archivo ampliamente reconocido
  • no ha sido refinado de ninguna manera

Un archivo JPEG, por otro lado, es a la vez un formato de archivo estándar y se ha aplicado un cierto refinamiento a la imagen para que se vea mejor. Estas mejoras incluyen la corrección del balance de blancos y el afilado. Además, un JPEG ha tenido alguna compresión aplicada. Por lo tanto, el proceso de creación de un archivo JPEG descarta los datos que originalmente estaban presentes en el sensor y que se conservarán en un archivo RAW.

Tanto un archivo RAW como un JPEG son tipos de mapas de bits (ambos representan píxeles individuales).

Muchas cámaras son capaces de generar un archivo JPEG y un archivo RAW para cada imagen.

Cuando usar cada

JPEG es mejor si

  • desea un archivo utilizable directamente desde su cámara
  • el espacio en su tarjeta de memoria es escaso
  • desea tomar imágenes en una sucesión muy rápida

RAW es mejor si

  • desea procesar el archivo
  • desea mantener sus opciones abiertas para la exposición o el balance de blancos
  • desea el mayor nivel de detalle posible (podría estar equivocado al respecto, depende de la cámara)

Descargo de responsabilidad

He omitido algunos de los detalles aquí (ver comentarios) para aclarar lo básico.


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La cámara aún aplica todo el procesamiento posterior al archivo RAW, simplemente lo guarda de forma reversible. Para demostrar esto, puede poner su cámara (en RAW) en modo blanco y negro, tomar una foto y obtendría una imagen en blanco y negro a pesar de que su cámara tomó una foto en color y luego la convirtió. Esta demostración común se utiliza para mostrar la flexibilidad de RAW porque puede abrir el archivo RAW en blanco y negro en el software y cambiar el modo de cámara a "Normal" y recuperar la versión en color. Si fue filmado en JPG, perdería la versión en color.
Erica Marshall

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Divulgación completa: no recordaba a tiempo para editar: en RAW no se aplica todo el procesamiento posterior, pero sí la mejora y corrección del color como el balance de blancos. Cosas como la nitidez y la reducción de ruido no se aplican. Perdón por el doble comentario.
Erica Marshall

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+1 esta respuesta no merece una degradación en absoluto. La cámara solo procesa un pequeño jpeg como una miniatura para mostrar al usuario, no procesa la información original cuando se utiliza RAW.
Rezlaj

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@Erica: Creo que lo que estás tratando de decir es que el hardware de la cámara aplica tone curvea los datos de imágenes en bruto, lo que hacen. Cada canal se procesa aplicando una curva de tonos, que efectivamente "agrega" el balance de blancos y el contraste adecuados. En realidad, sin embargo, no se está realizando un procesamiento real, la curva de tonos solo atenúa la imagen cuando se procesa en una pantalla. Si una curva de tono lineal se aplica a cada canal, el estado natural original todavía se puede ver (aunque la imagen se vería bastante monótono.)
jrista

@jrista: El resultado final es que cuando alguien abre la imagen en su pantalla, verá que una imagen RAW que no es muy diferente al JPG equivalente ... Solo estaba tratando de aclarar la diferencia de una manera más práctica y De manera menos técnica.
Erica Marshall

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Creo que esta pregunta puede ser mejor respondida por wikipedia para los aspectos más técnicos: http://en.wikipedia.org/wiki/Raw_image_format .

En general, RAW es la salida exacta del sensor. Se puede comprimir o no, pero la principal diferencia entre JPEG y RAW es que RAW es un formato sin pérdidas. JPEG tiene una profundidad de 8 bits por píxel, mientras que RAW puede tener tantos bits como el sensor. Entonces, para pasar de RAW a JPEG, tiene que perder MUCHA información para obtener, digamos, 12 bits por píxel a 8 bits por píxel.

Los formatos RAW son los que usan las cámaras. Después de eso, cuando esté procesando posteriormente, usaría un formato TIF para mantener la mayor cantidad de información posible. TIF también es un formato sin pérdidas y mantendrá la misma profundidad de bits que RAW.


Pero el demosaicing utilizado para generar el tiff del archivo sin procesar se incorpora de manera irreversible. Los valores de luminancia monocromáticos reales de cada pozo de píxeles en el sensor se reemplazan por valores RGB calculados para cada píxel. El punto negro y la temperatura de color / wb utilizados para generar esos valores RGB no se pueden revertir más tarde.
Michael C

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Si echas un vistazo a la imagen que toma inicialmente tu cámara, te decepcionará. Después de tomar una imagen, la foto se procesa a través de lo que se puede considerar como procesamiento posterior dentro de la cámara para aumentar el color, el contraste, la nitidez, etc.

Cuando disparas en RAW obtienes aproximadamente la misma imagen que obtendrías con JPG, pero obtienes todos los datos necesarios para "deshacer" todo el postprocesamiento en la cámara para que puedas hacerlo de manera diferente si lo deseas.

Cuando dispara en JPG, la cámara graba los datos, procesa la imagen y luego elimina esos datos de "deshacer" para ahorrar espacio en su tarjeta de memoria.

Puede encontrar más información técnica aquí: http://en.wikipedia.org/wiki/Raw_image_format

O si desea calificar en un título en RAW y procesamiento de cámara, consulte estos videos de la charla Google PhotoTechEDU: http://www.youtube.com/watch#!v=7SuDOMhUUMg&feature=PlayList&p=F7C5C8C217CF2E13&index=1&playnext=1


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Pensarlo como datos "deshacer" funciona conceptualmente pero no es técnicamente exacto. Y dado que la pregunta dice "técnicamente" ....
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