El artículo «The ISO Definition of the Dynamic Range of a Digital Still Camera», escrito por Douglas A. Kerr, explora la complejidad de definir y medir el rango dinámico de una cámara digital de acuerdo con los estándares internacionales, específicamente el ISO 15739-2003. El rango dinámico de una cámara digital se refiere a la proporción entre la luminancia máxima y mínima que la cámara puede capturar en una sola exposición. Esta definición básica, sin embargo, se complica considerablemente cuando se intenta cuantificar de manera precisa.
Douglas Kerr explica que el rango dinámico es esencial para capturar una amplia gama de luminancia en una escena sin perder los detalles tanto en las zonas altas (destacados) como en las bajas (sombras). La falta de un rango dinámico adecuado impide que ambos objetivos se logren simultáneamente en una sola imagen, aunque se puedan lograr por separado mediante una elección prudente de la exposición.
El ISO 15739-2003 proporciona una definición específica y un procedimiento para determinar el rango dinámico de una cámara digital. La norma define el rango dinámico en términos de la proporción entre la luminancia máxima que recibe una representación codificada única (conocida como luminancia de saturación) y la luminancia mínima para la cual la relación señal-ruido (SNR) es de al menos 1.0. Esta premisa se basa en la idea arbitraria de que un SNR de 1.0 o superior es útil, mientras que un SNR inferior no lo es.
El ruido juega un papel crucial en esta definición. En el contexto de las cámaras digitales, el ruido se refiere a las variaciones aleatorias en la representación digital de la luminancia de los píxeles, que puede ser de dos tipos: ruido espacial (variaciones entre píxeles bajo la misma exposición) y ruido temporal (variaciones en un mismo píxel en imágenes sucesivas). Para este estándar, solo se considera el ruido temporal.
El artículo destaca la medida de ruido en términos de la luminancia equivalente, es decir, qué variación de la luminancia produciría la misma variación en el código digital. Esta medida se cuantifica utilizando la desviación estándar o el valor cuadrático medio (RMS) de la luminancia implicada en las cifras digitales, representando la potencia del ruido de manera análoga a cómo se mide en ingeniería eléctrica.
Uno de los aspectos más complejos del estándar ISO es la utilización del «ganancia incremental» del proceso de precompensación gamma como factor para convertir las variaciones de código digital en variaciones de luminancia. La ganancia incremental, que varía a lo largo de la curva de representación digital versus luminancia, se define como la pendiente de esta curva en el punto de interés.
Kerr también aborda la paradoja inherente de la definición conceptual de rango dinámico dado que, teóricamente, una relación señal-ruido de 1 requeriría que una fracción de los valores de píxeles implicara una luminancia negativa, lo cual es físicamente imposible. Para resolver esto, se mide el ruido a una luminancia baja arbitraria, denominada «negro de referencia», y se utiliza esta medida para extrapolar la luminancia que correspondería a un SNR de 1.
Finalmente, el artículo señala ciertas curiosidades y paradojas en el estándar ISO 15739-2003, como la terminología confusa y la designación ambigua de Lsat. Sin embargo, concluye que, a pesar de estos desafíos, el estándar proporciona un marco útil para evaluar el rendimiento de las cámaras digitales en términos de rango dinámico.
