- Básico sobre pixels em câmeras digitais -

O crescente avanço da tecnologia de câmeras digitais pode gerar muita confusão já quemuitos termos novos são introduzidos freqüentemente. Esse tutorial tem como objetivoesclarecer um pouco essa confusão de pixels digitais -- especialmente para os que estãopensando em (ou acabam de) comprar a sua primeira câmera digital. Conceitos comotamanho do sensor, megapixels, 'dithering' e tamanhos de impressão serão discutidos.

O PIXEL: Uma unidade fundamental para todas as imagensdigitais

Todas as imagens digitais são constituídas por um mesmo elemento no seu nível maisbásico: o pixel. A palavra vem da junção das palavras "PICture" e "ELement", que significam"imagem" e "elemento", respectivamente. Da mesma forma que o movimento pontilista usauma série de pequenas 'manchas' de tinta para formar uma imagem, milhões de pixelspodem ser combinados para criar uma imagem detalhada e aparentemente continua.

Mova o mouse sobre cada item para selecionar: Pontilismo Pixels

Cada pixel contém uma série de números que descrevem a sua cor ou intensidade. Aprecisão com a qual cada pixel pode especificar sua cor é chamada de "profundidade de bit"ou "profundidade de cor". Quanto mais pixels uma imagem tem, maior a capacidade derepresentar detalhes ela tem. Note o uso da palavra 'capacidade'; o simples fato de ter maispixels não significa necessariamente que eles são utilizados por completo. Esse fato é muitoimportante e voltaremos a ele depois.

Tamanho de impressão: pixels por polegada e pontos porpolegada

Já que um pixel é só uma unidade de informação lógica ela é inútil para descrever tamanhosde impressões no mundo real -- a menos que seja especificado o tamanho de cada pixel. Ostermos pixel por polegada (PPI, do inglês 'pixels per inch') e pontos por polegada (DPI, doinglês 'dots per inch') foram ambos introduzidos para relacionar essa unidade 'teórica' (a dos

pixels) com uma resolução visual real. Esses termos costumam ser errôneamente trocados

pixels) com uma resolução visual real. Esses termos costumam ser errôneamente trocados(especialmente quando se fala em impressoras de jato de tinta) -- levando à uma confusãoquanto a resolução máxima de impressão de um aparelho.

"Pixel por polegada" é o mais simples dos dois termos. Ele descreve exatamente o que diz:quantos pixels uma imagem contém por cada polegada de distância na horizontal e navertical. "Pontos por polegada" pode parecer simples a princípio. A complicação surge poisum aparelho pode necessitar diversos pontos para criar um único pixel; desse modo, umdado número de pontos por polegada nem sempre leva a mesma resolução em doisaparelhos diferentes. Usar diversos pontos para criar cada um dos pixels é um processochamado de 'dithering'.

Um aparelho com um número limitado de cores de tinta pode enganar o olha ao colocá-lasem pequenos padrões -- assim o aparelho cria a impressão de diversas cores se cada um dos'sub-pixels' que cria para cada pixel real é pequeno o suficiente (esse processo pode servisto ao se analisar com cuidado uma fotografia colorida num jornal). O exemplo da imagemacima usa 128 cores para descrever cada um dos pixels, a versão 'dithered', no entanto,utiliza apenas 24 cores, mas praticamente mantém a impressão visual de 'degradê' daimagem original. Há uma diferença crítica: cada ponto de cor na imagem 'dithered' tem queser muito menor que um pixel individual. Como resultado, imagens normalmente têm queter um DPI muito maior que o PPI para alcançar o mesmo nível de detalhe. PPI étambém muito mais universal porque não requer conhecimento do aparelho para que sejapossível compreender quão detalhada a impressão será.

O padrão para impressões feitas em laboratórios fotográficos é de aproximadamente 300PPI, impressoras de jato de tinta, no entanto, precisam de muitas vezes esse número de PPIpara atingir a mesma qualidade (dependendo do número de tintas usadas). A resolução daimpressão depende muito da aplicação; revistas e jornais normalmente usam bem menosque 300 PPI. Quanto mais uma imagem for aumentada, menor será o seu PPI (assumindoque se mantenha o número de pixels fixo).

Megapixels e o tamanho máximo de impressão

Os famosos "megapixels" são simplesmente uma unidade de um milhão de pixels. Separtirmos do princípio de que é necessária uma certa resolução de detalhe (PPI), então háum tamanho máximo de impressão que se pode atingir para um dado número de megapixels.A tabela a seguir dá os tamanhos máximos de impressão em 200 e 300 PPI para os númerosde megapixels mais comuns em câmeras digitais.

MegapixelsTamanho máximo de impressão com

aspecto 3:2 (em centímetros)

a 300 PPI: a 200 PPI:

a 300 PPI: a 200 PPI:2 15 x 10 22 x 103 18 x 12 27 x 184 21 x 14 31 x 235 23 x 16 35 x 236 25 x 17 38 x 258 29 x 20 44 x 2912 36 x 24 54 x 3616 41 x 28 62 x 4122 49 x 33 73 x 49

Note como uma câmera de 2 megapixel não consegue nem produzir uma impressão padrãode 10x15 cm; e são necessários incríveis 16 megapixels para fazer uma foto de 40x25 cm.Isso pode parecer um pouco pouco desencorajador, mas não se desespere! A maioria daspessoas se contentará com impressões feitas com 200 PPI e, as vezes, até resoluçõesmenores se a distância da qual a imagem é vista é relativamente grande. Muitos postersassumem que a distância da qual serão vistos não será menor que 15 cm, por isso sãoimpressos em menos de 200 PPI.

Câmera e 'razão de aspecto' das imagens

Os cálculos de tamanho de impressão acima assumiamque a 'razão de aspecto' (do inglês: "aspect ratio"), ou arazão entre a maior e a menor dimensões daimagem, fosse o padrão de 3:2 usado para câmeras de35mm. Na verdade, a maioria das câmeras compactas,monitores e telas de TV têm um "aspect ratio" de 4:3,enquanto a maioria das câmeras SLR ("single lens reflex")usam 3:2. No entanto muitos outros formatos existem:alguns equipamentos de alto nível usam uma imagemquadrada 1:1 e filmes em DVD são alongados para o 16:9comum em cinemas.

Isso significa que se a sua câmera usa um aspecto de 4:3,mas você precisa de uma cópia 10x15 então muitos deseus megapixels serão desperdiçados (11% para serexato). Não se esqueça de considerar isso se a suacâmera tem um aspecto diferente daquele que desejautilizar para as impressões.

Os pixels também podem ter uma razão de aspecto, apesar de isso ser bastante incomum.Alguns padrões de vídeo e as antigas câmeras Nikon utilizam pixels com dimensõesestranhas.

Tamanho do sensor: nem todos os pixels nascem iguais

Mesmo se duas câmeras tiverem o mesmo número de pixels, isso não significanecessariamente que o tamanho desses pixels é o mesmo. O principal fator que distingueuma câmera cara SLR de uma compacta barata é que a primeira tem um sensor digital de

área muito maior. Isso significa que se tanto a SLR quanto a compacta tiverem o mesmo

área muito maior. Isso significa que se tanto a SLR quanto a compacta tiverem o mesmonúmero de pixels, o tamanho de cada pixel na SLR será muito maior.

Por que se importar com quão grande ospixels são? Um pixel maior possui maior áreapara agregar luz, o que significa que o sinalde luz é mais forte em um dado intervalo detempo.

Isso normalmente resulta numa melhor 'razãosinal-ruído' (em inglês 'signal to noise ratio',SNR), o que cria imagens muito mais suaves emais detalhadas. Mais ainda, a 'gamadinâmica' (também chamado de 'alcancedinâmico' ou 'faixa dinâmica'; do inglês'dynamic range', o que indica a gama de luzou escuridão que a câmera pode capturar semque o pixel se torne completamente preto ouque ocorra um 'corte de brilhos') das imagenstambém aumenta com pixels maiores. Issoocorre pois cada poço de pixels pode contermais fótons antes de ficar cheio e se tornarcompletamente branco.

Sensor em Câmeras Compactas

Sensor em Câmeras SLR

O diagrama abaixo ilustra o tamanho relativo de diversos sensores que normalmente sãousados no mercado hoje. A maioria das câmeras SLR tem um fator de corte (em inglês 'cropfactor') de 1.5X ou 1.6X (quando comparadas com câmeras de 35mm), mesmo assim algunsmodelos de altíssimo nível tem um sensor do mesmo tamanho que um filme de 35mm,portanto o fator de corte é 1X (pode-se dizer também que não tem fator de corte). Ostamanhos dos sensores dados na imagem não refletem o tamanho da diagonal dos mesmos(que seria a medida tradicional usada para medir filmes), mas são os tamanhos aproximadosdo 'círculo de imagem' (que nem sempre é completamente utilizado). Mesmo assim, esse é onúmero dado na especificação da maioria das câmeras compactas.

Por que não utilizar o maior sensorpossível? A maior desvantagem de usarum sensor grande é que eles são muito(muito) mais caros.

Outros fatores estão muito além doescopo abrangido aqui, mas o principal éque: sensores maiores requeremaberturas menores para atingir a mesmaprofundidade de campo, apesar de seremmuito menos suscetíveis a ocorrência dedifração numa dada abertura.

Tudo isso significa que é ruim espremer mais pixels numa mesma área de sensor?Isso provavelmente causará mais ruído, mas só quando a imagem é vista no tamanho realem uma tela de computador. Na impressão real, o ruído dos modelos de muitos megapixelsserá muito menos notável -- apesar de parecer muito na tela (ver "Ruído em imagens:Freqüência e Magnitude"). Essa vantagem normalmente se sobrepões a qualquer aumentodo ruído quando se utiliza um modelo de câmera com mais megapixels (mas, claro, háexceções).

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- A percepção das cores -

As cores só existem se três componentes estiverem presentes: um observador,um objeto e luz. Apesar da luz branca ser normalmente encarada como "semcor", na realidade ela contém todas as cores do espectro visível. Quando a luzbranca atinge um objeto ele absorve algumas cores e reflete outras; somente ascores refletidas contribuem para a interpretação da cor feita pelo observador.

A percepção das cores: nossos olhos e a visão

O olho humano sente o espectro de cores usando uma combinação da informaçãovinda de células localizadas no olho, chamadas de cones e bastonetes. Osbastonetes são mais adaptados a situações de pouca luz, mas eles somentedetectam a intensidade da luz, os cones, por outro lado, funcionam melhor comintensidades maiores de luz e são capazes de discernir as cores. Existem trêstipos de cones nos nossos olhos, cada um especializado em comprimentos de luzcurtos (S), médios (M) ou longos (L). O conjunto de sinais possíveis dos três tiposde cones define a gama de cores que conseguimos ver. O exemplo abaixo ilustraa sensibilidade relativa de cada um dos tipos de células cone para todo o espectrode luz visível -- de ~400nm a 700 nm.

Selecione Modo: Células Cone Luminosidade

Dados cortesia de 'Colour and Vision Research Laboratories' (CVRL), UCL

Note como cada tipo de célula não só se especializa em uma cor, mas tambémtem níveis variáveis de sensibilidade ao longo de uma gama de comprimentos deonda. Mova o mouse sobre "luminosidade" para ver quais cores contribuem maispara a percepção de brilho. Note também como a percepção humana de cores émais sensível a luz na região amarelo-verde do espectro; essa informação éutilizada nas chamadas "bayer arrays" nas câmeras digitais modernas.

Misturando cores por adição e subtração

Praticamente todas as cores visíveis podem ser produzidas utilizando algumamistura de cores primárias por combinação aditiva ou subtrativa. O processoaditivo cria cores adicionando luz a um fundo preto, o processo subtrativo usapigmentos ou tinturas para, seletivamente, bloquear a luz branca. A compreensãode cada um desses processos é a base fundamental para entender a reproduçãode cores.

Aditivo Subtrativo

As cores nos três círculos exteriores são chamadas de primárias e são diferentesem cada um dos diagramas. Aparatos que se baseiam em cores primárias pararepresentar cores só podem produzir uma gama limitada de cores. Os monitoresde computador, por exemplo, emitem luz para produzir cores através do processoaditivo; impressoras, por outro lado, usam tinta, ou pigmento, para absorver aluz, através do processo subtrativo. é por isso que a grande maioria de monitoresusa uma combinação de pixels vermelho, verde e azul (o que é comumentechamado de RGB, do inglês "red, green and blue"). As impressoras, por sua vez,usam (pelo menos) tintas das cores ciano, magenta e amarelo (o que é chamadode CMY, do inglês "cyan, magenta and yellow"). Muitas impressoras tambémutilizam a tinta preta (abreviado, nesse caso, por CMYK, onde o K vem de"blacK"), já que uma combinação de CMY não é capaz de produzir pretoprofundo.

Mistura de Cor Aditiva Mistura de Cor Subtrativa

Compreendendo o Balanço de Branco

O balanço de branco (em inglês 'White Balance' ou WB) é o processo de remoçãode cores não reais, de modo a tornar brancos os objetos que aparentam serbrancos para os nossos olhos. O correto balanço de branco deve levar emconsideração a "temperatura de cor" de uma fonte de luz, que se refere a quão'quente' ou 'fria' é uma fonte de luz. Nossos olhos (e cérebros) são muito bemtreinados para julgar o que é branco em diferentes situações de luz, mas câmerasdigitais normalmente encontram grande dificuldade ao fazê-lo usando o ajuste debranco automático ('Auto White Balance' ou AWB). Um balanço de branco incorretopode gerar imagens 'lavadas' com azul, laranja e mesmo verde; que são irreais epodem chegar a estragar fotografias. Para fazer o ajuste de branco na fotografiatradicional é necessário recorrer ao uso de filtros ou filmes para as diferentescondições de luz, mas, felizmente, isso não é mais necessário na fotografia digital.Compreender como o balanço de branco digital funciona pode ajudá-lo a evitar aaparição de tons indesejados gerados pelo AWB, e assim melhorar suas fotos numagrande gama de condições de luz.

Balanço de Branco Incorreto Balanço de Branco Correto

Introdução: Temperatura de cor

A temperatura de cor descreve o espectro de luz irradiada de um corpo negro comuma dada temperatura. Um corpo negro é, basicamente, um objeto que absorvetoda a luz que incide sobre ele -- não deixando que ela seja refletida ou que oatravesse. Uma analogia bem simplificada do que pode ser um corpo negro emnosso dia-a-dia é o aquecimento de um metal ou pedra: dizemos que eles ficamvermelhos quando atingem determinada temperatura, e depois brancos quandoficam mais quentes ainda. De modo similar, corpos negros em diferentestemperaturas também têm temperaturas de cor variáveis de "luz branca". Aocontrário do que o nome pode indicar, 'branca' não necessariamente significa que aluz contém uma distribuição igual de cores ao longo do espectro visível:

A intensidade relativa foi normalizada para cada temperatura (em Kelvins).

Note como 5000K produz aproximadamente uma luz neutra, enquanto 3000K e9000K produzem espectros luz que estão deslocados e contém mais comprimentosde onda na região do laranja e azul, respectivamente. Conforme a temperatura decor aumenta, a distribuição de cores se torna mais fria. Isso pode não parecermuito intuitivo, mas vem do fato que comprimentos de onda mais curtos contémmais energia.

Por que a temperatura de cor é uma descrição útil da luz para os fotógrafos, se elesnunca lidam com corpos negros de verdade? Felizmente, as fontes de luz como a luzdo dia e lâmpadas de tungstênio produzem distribuições de luz muito parecidas comcorpos negros, apesar de outras fontes como luzes fluorescentes e a maioria dosoutros tipos de iluminação seja bem diferente. Já que os fotógrafos nunca usam otermo temperatura de cor para se referir a um corpo negro de verdade, o termomais correto seria "temperatura de cor correlata" de um corpo negro de cor similar.A seguinte tabela é um guia de correlação entre algumas temperaturas de cor ealgumas fontes comum de luz:

Temperatura de Cor Fonte de Luz

1000-2000 K Luz de velas

2500-3500 K Lâmpada de Tungstênio(as mais comuns em casas)

3000-4000 K Nascer/Pôr-do-sol (céu limpo)

4000-5000 K Lâmpadas Fluorescentes5000-5500 K Flash5000-6500 K Luz do dia com céu claro (sol a pino)6500-8000 K Céu levemente nublado9000-10000 K Sombra ou céu muito nublado

Na prática: arquivos JPEG e TIFF

Já que algumas fontes de luz não se assemelham a corpos negros, o balanço debranco utiliza uma outra variável além da temperatura de cor: o desvio verde-magenta. Ajustar esse desvio normalmente é desnecessário sob a luz do sol, mas aluz fluorescente e outros tipos de luz artificial podem precisar de um grande ajusteverde-magenta para que o resultado final da imagem seja aceitável.

Felizmente a maioria das câmerasdigitais conta com uma variedade devalores pré-definidos para o ajustede branco, assim não é necessáriolidar com a temperatura de cor ou odesvio verde-magenta enquanto afoto está sendo feita. Os símbolosmais comuns para esses tiposautomáticos de ajuste de brancoestão na tabela à esquerda.

Os primeiros três ajustes podem serusados em uma vasta gama detemperaturas de cor. "Auto whitebalance" (ou o ajuste automático)pode ser encontrado em qualquercâmera digital e utiliza umaalgoritmo que tenta calcular atemperatura de cor dentro de um

intervalo que normalmente vai de 3000/4000K a 7000K. "Custom white" balance(ou ajuste personalizado) permite que você tire uma foto de um objeto cinza dereferência sob a mesma luz que a foto será feita e então ajusta o balanço de brancocom base nele. Com o ajuste "Kelvin" é possível dizer a temperatura de cor em umavasta gama.

Os outros seis ajustes estão listados em ordem crescente de temperatura de cor,mas de muitas câmeras não têm a opção de "sombra" para balanço de branco.Algumas câmeras ainda apresentam a opção "Fluorescente H", que é feita para serutilizada com as lâmpadas fluorescentes mais recentes, que são calibradas paraproduzir uma luz mais próxima da luz do dia.

A descrição e símbolos para os balanços de branco listados são apenas estimativaspara a luz sob a qual funcionam melhor. Na verdade, "nublado" pode gerar

Balanço de Branco Automático

Personalizado (Custom)

Kelvin

Tungstênio

Fluorescente

Luz do dia

Flash

Nublado

Sombra

melhores resultados do que "luz do dia" dependendo de fatores no qual a foto érealizada tais como horário e altitude (mesmo o céu estando aberto). Em geral, sea imagem aparece muito 'fria' na pré-visualização da tela LCD da câmera, vocêpode diminuir a temperatura de cor selecionando um símbolo mais abaixo da listaanterior. Se a imagem continuar muito fria (ou quente se você estiver indo na outradireção), você sempre pode utilizar um valor de temperatura em Kelvin.

Se tudo isso falhar e a imagem ainda não tiver um balanço de branco corretoquando inspecionada no computador, você pode modificar os ajustes de balanço decor do programa de edição de imagens que estiver utilizando para removerpredominâncias de cores indesejadas. Alternativamente, você pode utilizar aferramenta de "Níveis" (ou Levels em inglês) e, com o conta-gotas cinza definir umnovo balanço de branco. Esses métodos devem ser evitados pois reduzemdrasticamente a profundidade de bits da imagem original.

Na prática: o formato RAW

De longe a melhor solução para fazer o balanço de branco é fotografar utilizando oformato RAW para as suas imagens (se a sua câmera suportar), já que através deleé possível fazer o balanço *depois* que a foto foi tirada. Arquivos RAW tambémpermitem que o balanço seja feito com uma maior gama de valores detemperaturas de cor e desvios de verde-magenta.

Fazer o balanço de brancos em uma imagem RAW é um processo rápido e fácil. Ouvocê insere valores de temperatura até que a imagem não tenha nenhuma corincorreta ou seleciona um ponto de referência da imagem (ver seção a seguir).Mesmo se só uma de suas fotos tiver um ponto de referência, é possível utilizá-lopara diversas outras que possam ter sido feitas sob as mesmas condições de luz.

Balanço personalizado: como escolher uma referêncianeutra

Uma referência neutra normalmente é usada para projetos onde a cor é umcomponente crítico, ou pra situações onde já se sabe que haverá problemas com obalanço de brancos. Referências neutras podem ou ser partes da cena (se vocêtiver sorte de captar uma), ou um objeto que você leva consigo. Abaixo vemos umexemplo de uma referência oportuna numa cena que poderia ter se tornado azuldemais caso ela não estivesse lá.

Referências portáteis pré-fabricadas são bem mais precisas já que sempre pode-seachar que uma referência numa cena é neutra, mas ela não ser. Cartões dereferência neutros especiais para a fotografia podem ser bem caros e difíceis deencontrar, mas também é possível criar um em casa que é razoavelmenteaceitável. Uma referência cinza ideal é alguma coisa que reflete todas as cores doespectro da mesma forma e pode fazer isso consistentemente sob uma vasta gamade temperaturas de cor. Um exemplo de uma referência cinza é mostrado abaixo:

Uma material comum e que pode ser encontrado em casa para ser usado comoreferência são as partes de dentro de lacres de potes como os da batata Pringles.Esses materiais são baratos e razoavelmente precisos, apesar de referênciasespecíficas para fotografia serem, obviamente, melhores. Aparatos como essepodem ser utilizados para medir tanto a temperatura de cor incidente como arefletida do objeto sendo iluminado. A maioria das referências medem a luzrefletida, mas existem aparelhos, como um medidor de balanço de branco ou"ExpoDisc" que pode medir a luz incidente (e pode obter resultados mais precisos).

Muito cuidado deve ser tomado quando uma referência é utilizada e a imagemgerada contém muito ruído, já que clicar numa região aparentemente cinza pode,na verdade, significar clicar em uma região com pixels coloridos com o ruído:

Pouco Ruído(Cinza suave e sem cor)

Muito Ruído(Manchas de cor)

Se for suportado pelo seu programa de edição, a melhor solução em um caso comoesse é balancear a sua imagem utilizando um conta-gotas 'sampleado', ou que usacomo base uma média de alguns pixels e não um só.

Notas sobre o balanço de branco automático

Certos sujeitos criam problemas para o aparato de balanço de branco automáticodas câmeras -- mesmo sob condições normais de luz do dia. Um exemplo é o deuma imagem que contém uma abundância de elementos que são de coresdemasiado quentes ou frias. A imagem abaixo ilustra uma situação onde o sujeito épredominantemente vermelho, e assim a câmera acha que há uma predominânciaindevida dessa cor causada por uma fonte de luz quente. A câmera então tentacompensar esse fato para que a cor média da imagem seja mais próxima de umtom mais neutro, mas ao fazer isso introduz um tom azul indesejado nas pedras.Algumas câmeras digitais são mais suscetíveis a isso do que outras.

Balanço de Branco Automatico Balanço de Branco Personalizado(O balanço de branco personalizado foi feito usando um cartão de cinza 18% como referência neutra.)

O balanço de branco automático de uma câmera normalmente é mais eficientequando a foto contém pelo menos um elemento branco. Mas, obviamente, nãomude a composição da sua foto somente para que um elemento branco esteja noquadro; simplesmente tenha consciência que esse fato pode causar problemas como balanço de branco automático. Sem o barco branco na cena abaixo o balanço debranco automático da câmera erroneamente criaria uma imagem com umatemperatura de cor levemente mais quente.

Em luz mista

Diversos objetos iluminados com diferentes temperaturas de cor podem complicarainda mais o quadro quando se tenta fazer o balanço de branco. Algumas situaçõespodem até não ter um balanço de branco 'correto', e este vai depender de onde afidelidade de cor é desejada.

Sob luz mista, o balanço de branco automáticonormalmente calcula uma temperatura de cormédia para a cena inteira e usa esse valor paradeterminar o branco. Essa abordagem pode atéser aceitável, mas o modo automático tende aexagerar a diferença em temperaturas de corpara cada fonte de luz quando comparado com oque vemos com os nossos olhos.

As diferenças exageradas costumam ser maisaparentes quando há uma mistura de luz interiore exterior. Imagens críticas podem vir anecessitar de balanços de branco diferentes paracada região de luz. Por outro lado, algumaspessoas preferem o 'efeito' causado nesses casose deixam o balanço como está.

Note como o prédio ao lado está quente enquantoque o céu está um tanto frio. Isso acontece pois obalanço de branco foi calculado com base na luzda lua -- o que realçou a temperatura de corquente da luz artificial do prédio. Um balançobaseado em luz natural normalmente resulta em

imagens mais reais. Escolha "pedra" como basepara o balanço de branco para verificar como océu se torna demasiado azul e irreal.

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Referência: Lua Pedras

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