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A câmera Photoshop
Kentaro Mori, editor CeticismoAberto
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Instantes depois de bater sua foto,
sua câmera digital estará diligentemente
alterando a imagem capturada de forma sutil – ou
não tão sutil. No momento em que a fotografia é
finalmente armazenada na memória de sua câmera
fotográfica, ela já foi processada diversas
vezes, sendo adulterada em cada passo ao longo
do caminho. Grosso modo, toda câmera digital
possui uma espécie de Photoshop embutido,
um sistema de processamento de imagens.
Praticamente nenhuma imagem digital está livre
de manipulações.
O sensor CCD
Ao invés de um rolo de filme, o negativo, as
câmeras fotográficas digitais contam com um
sensor de imagem, um CCD – abreviação de
charged coupling device, ou
dispositivo de carga acoplada. Este
dispositivo que é o coração de uma câmera
digital, onde os famosos megapixels residem,
consiste basicamente em uma espécie de chip
contendo uma grade de elementos, os capacitores,
que reagem à luz. Cada elemento irá acumular uma
carga elétrica proporcional à quantidade de luz
recebida. Mais luz, mais carga. Medindo tal
carga ao longo de toda a grade de elementos no
sensor CCD, a câmera digital poderá então
registrar a imagem completa.
Para capturar uma imagem colorida, o CCD conta
elementos sensíveis a cada uma das três cores
primárias, vermelho, azul e verde, dispostos
geralmente como pode ser visto no diagrama
abaixo. Note que há o dobro de elementos
sensíveis ao verde, conseqüência de nossa
própria percepção visual, mais sensível a tal
cor.
[Wikipedia:
Bayer filter]
Como cada elemento da grade é sensível a apenas
uma das três cores, o sensor CCD colorido
captura em verdade uma imagem esverdeada como a
seguinte:
[http://www.nezumi.demon.co.uk/photo/bayer/bayer.htm]
É o processamento desta imagem capturada pelo
CCD antes que seja armazenada que faz com que
câmeras digitais não tenham multiplicado a
incidência de extraterrestres verdes. Todos
sabemos que são cinzas.
Ao contrário de um filme, o sensor eletrônico
comum não captura a imagem completa de uma só
vez, ele a lê ao longo dos elementos da grade de
forma gradual. Isto pode produzir efeitos
curiosos que podem ser mais evidentes em
sensores de menor qualidade (e menor preço),
como os de telefones celulares. Na imagem
abaixo, como o sensor eletrônico captura a
imagem linha por linha e a imagem está em rápido
movimento, uma placa de trânsito vertical pode
parecer completamente distorcida, como se
afetada por um campo gravitacional de distorção.
Mas é apenas a distorção produzida por um sensor
lento.
[http://www.flickr.com/photos/cetan/323264975/]
Já se os filmes antigos podiam “queimar” com a
sobre-exposição, sensores CCD também têm seus
problemas quando lidam com fontes de luz muito
fortes. O mais comum é o “sangramento”, visível
nesta imagem do cometa McNaught tomada pelo
satélite espacial SOHO.
A página do projeto SOHO, da ESA e NASA,
explica: “O cometa McNaught é tão
brilhante que satura a câmera CCD de forma que
um ‘sangramento’ ocorre ao longo das linhas de
pixels. Há um rastro horizontal brilhante em
ambos os lados da cabeça do cometa, porque a
carga vaza mais facilmente na direção em que a
imagem CCD é lida pelos componentes eletrônicos
associados”. Em câmeras comuns o sangramento
costuma ocorrer na vertical.
Quando se decide fotografar o Sol, o CCD e os
dispositivos eletrônicos da câmera também podem
produzir um efeito quase inverso, onde as
regiões mais claras da imagem ficam simplesmente
negras. O resultado é
um disco negro.
Além destes efeitos derivados da eletrônica do
sensor, seu próprio tamanho o diferencia das
câmeras convencionais: o sensor CCD costuma ser
muito menor que um filme de 35 mm. Com lentes e
distâncias focais igualmente menores, câmeras
fotográficas digitais acabam produzindo imagens
com uma profundidade de campo muito
maior.
A profundidade de campo é a região em que a
imagem capturada ainda aparenta estar em foco.
Câmeras digitais minúsculas podem assim
focalizar objetos a distâncias curtíssimas ao
mesmo tempo em que capturam nitidamente alvos a
distâncias a que estamos mais acostumados com
câmeras convencionais. O resultado? Câmeras
digitais motivaram uma profusão de “OVNInsetos”:
Os OVNInsetos não se resumem a insetos, mas
também a todo tipo de partícula ou objeto
próximo da lente. Quando são partículas de
poeira refletindo a luz do flash, é comum a
produção de “orbs”.
Todos estes costumam passar despercebidos no
momento da fotografia, ao contrário dos supostos
discos voadores ou almas penadas gigantes que
aparentam ser, e só são notados quando a imagem
é vista em sua glória completa. Tais problemas
também ocorriam com câmeras convencionais, mas a
maior profundidade de campo de imagens digitais
facilita seu aparecimento.
Somadas a todas estas peculiaridades, as câmeras
digitais contam com uma série de (d)efeitos
idênticos às câmeras convencionais,
principalmente relacionados com as lentes.
Imagens fora de foco e reflexos internos são
tão comuns em imagens digitais quanto costumavam
ser nos filmes.
Todos estes (d)efeitos podem surgir em
fotografias digitais antes mesmo que a câmera
processe a imagem. Ou seja, este é só o começo.
Processando a
imagem
Como vimos, a imagem bruta capturada pelo CCD é
muito pouco satisfatória. Mas ela é o mais
próximo que você terá de uma imagem
não-adulterada em uma câmera, e se você
realmente quiser utilizar suas fotografias
digitais como evidência em um tribunal, basta
selecionar a opção de salvar suas imagens no
formato “RAW” – que preservará, sem qualquer
processamento, exatamente o que o sensor CCD
capturou.
A desvantagem é que as imagens salvas desta
forma, justamente por não serem processadas,
terão um tamanho dezenas de vezes maior e
demorarão assim muito mais para serem salvas.
Isto é, você capturará menos imagens e com muito
menos agilidade. Poderá funcionar se você souber
exatamente quando Bill Gates participará de seu
ritual satânico anual e puder planejar sua
sessão de fotos, mas dificultará muito capturar
o momento fortuito em que seu vizinho for
abduzido pelos alienígenas. Ou mesmo usar sua
câmera normalmente para fotografar por aí. Lidar
com as imagens processadas pelo “Photoshop”
embutido de sua câmera pode acabar sendo sua
única escolha. E para isso, entendê-las deixará
tudo um tanto mais fácil.
Para transformar o mosaico esverdeado de três
cores primárias produzido pelo CCD em uma imagem
colorida mais fiel ao que podemos enxergar, sua
câmera possui um chip que irá processar a imagem
efetuando o
demosaicing. Cada modelo de câmera
emprega métodos diferentes, mas em geral o
processo consiste em uma interpolação – a cor de
um elemento é estimada levando em conta aqueles
ao redor. Uma interpolação simples pode resultar
em algo quase aceitável como:
Note contudo que a parte diagonal do teto à
direita surge com uma linha avermelhada abaixo e
linhas em zigue-zague acima. É uma limitação do
processamento simples utilizado, mas mesmo
métodos mais avançados de reconstrução
inevitavelmente conterão defeitos, adulterações.
Distorções de cor e efeitos moiré como os vistos
acima são um lugar comum em imagens digitais
hoje.
Como se não bastasse, a imagem reconstruída
ainda possui uma resolução baixa. De fato, tem
um terço da resolução do número de megapixels
estampado, porque como vimos, cada pixel do
sensor captura apenas uma das três cores
primárias. Para lidar com isto, o chip de
processamento fará um truque e irá submetê-la a
um processo que aumentará sua nitidez aparente,
através de uma
unsharp mask. Aumentando o contraste
em contornos, a imagem parecerá dramaticamente
mais nítida – outro aspecto de nossa visão –,
mas o processo também poderá criar uma espécie
de halo em tais contornos. Halos são assim
comuns em contrastes com um céu de cor uniforme.
[http://hannemyr.com/photo/defects.html]
O processamento realizado por sua câmera digital
não pára aí. Depois de finalmente converter a
imagem capturada pelo CCD em algo aceitável a
nossos olhos, será a hora de compactar a imagem
para armazená-la na memória. Entra em ação a
compressão JPEG, que introduzirá mais efeitos em
sua imagem digital.
A compressão JPEG
A compressão
JPEG, ou
Joint Photographic Experts Group, nome do
comitê que definiu o padrão, permite que um
arquivo de imagem seja reduzido drasticamente em
seu tamanho em troca de uma pequena redução em
sua qualidade aparente. Para isso ela se vale de
aspectos de nossa visão bem como de ferramentas
matemáticas.
Mais acima mencionamos como o sensor CCD comum
possui duas vezes mais sensores para a cor
verde, já que nossa visão é mais sensível a tal
cor. Percebemos melhor variações de luminosidade
do que de cor. A compressão JPEG pode se valer
disto e separar a imagem em canais de
luminosidade e cor, para então reduzir a
resolução do canal de cor pela metade, um passo
chamado
chroma subsampling.
Este passo sozinho já reduz o tamanho de um
arquivo de imagem em um terço, mas sem surpresa,
haverá menos fidelidade nas cores de sua imagem.
A diferença é pouco perceptível de início – a
imagem não parecerá um terço pior, apesar de ter
sido reduzida nesta medida. Mas qualquer
escrutínio mais detalhado revelará todo tipo de
cores borradas em contornos. Como vimos, sua
resolução foi diminuída pela metade.
O chroma subsampling é opcional na compressão
JPEG, mas praticamente toda câmera digital
processará sua imagem desta forma.
O próximo passo será estripar sua imagem: por
partes, mais precisamente pequenos blocos de 8x8
pixels. Este talvez seja um dos aspectos mais
notáveis quando se analisa uma imagem digital em
detalhe. É comum que se confundam os blocos com
sinais toscos de montagem “copiar e colar”.
[http://www.ceticismoaberto.com/fotos/fotosovnis04.htm]
Na imagem acima, um suposto OVNI está cercado
por efeitos que, ressaltados, compõem um claro
retângulo. Montagem? Resulta que o OVNI era o
topo da chaminé da pizzaria “Dom Romão” e o
retângulo à sua volta apenas evidencia os blocos
da compressão JPEG.
Cada bloco é tratado de forma independente, e a
mágica da compressão finalmente terá lugar
utilizando uma ferramenta matemática conhecida
como
discrete cosine transform, ou DCT.
Ela permite descrever o bloco de forma mais
simples, e os resultados passam então pela etapa
mais sanguinária, a quantização. Dependendo do
coeficiente de quantização, que é definido
quando você escolhe a qualidade com que deseja
salvar sua imagem JPEG, mais e mais informações
sobre o bloco sendo comprimido serão
descartadas.
Apesar de tudo, com 80% ou mais de qualidade, a
compressão JPEG realiza seu objetivo de reduzir
o tamanho de um arquivo de imagem várias vezes,
com pouca distorção aparente. Com qualidade
gradualmente menor, as distorções ficam cada vez
mais evidentes.
Agora que você conhece um pouco mais sobre todo
o processo, pode entender melhor a imagem
abaixo, com uma qualidade de compressão JPEG
gradualmente menor indo da esquerda para a
direita – de 80% a 2% – permitindo observar cada
etapa da compressão JPEG.
Note como as distorções de cor se tornam
gradualmente mais aparentes, depois os blocos de
8x8 pixels, e finalmente à direita, a cor se
perde por completo e os blocos possuem apenas um
valor de luminância.
Mesmo a compressão de vídeo MPEG (usada, em
diferentes versões, de DVDs a arquivos “Divx”)
se vale de processos similares, mais
notavelmente, a divisão da imagem em blocos de
8x8 pixels que muitas vezes podem ser notados no
meio de um filme. Entender algo sobre esses
processos é olhar com novos olhos todas essas
imagens.
E isso é
praticamente tudo, pessoal
Em resumo: sua imagem será capturada pelo sensor
CCD e com sorte não terá muito movimento,
OVNInsetos, sangramento de pixels e
imagens fora de foco ou reflexos internos. Será
então processada em um demosaicing,
passará por uma
unsharp mask e será comprimida com
chroma subsampling, divisão em blocos,
passando por uma quantização dos coeficientes
DCT, para ser finalmente armazenada em um
cartão de memória.
Nenhuma alteração adicional ocorrerá, a menos é
claro, que você a manipule com um programa de
edição de imagens como o... Photoshop.
Remover uma celulite realmente será apenas mais
um passo.
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Agradecimentos
Com agradecimentos a Claudeir Covo, Reinaldo
Stabolito e Eustáquio Patounas pelo auxílio e
sugestões.
