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ED 038

O céu que coube em 256 degraus

Dois arquivos do mesmo azul, um com 256 níveis por canal e outro com 4.096, e uma edição de dois pontos separa os dois na hora

Céu azul de fim de tarde repartido em faixas horizontais chapadas.

Faixas de azul chapado no céu do arquivo JPEG

▼

Cada canal de cor de um JPEG guarda 256 degraus de brilho, nem um a mais. O clique de hoje pediu mais degraus do que a conta permite, e o azul de um céu de fim de tarde voltou repartido em faixas chapadas onde deveria correr contínuo.

A profundidade de bits de um arquivo diz quantos valores diferentes cada canal de cor pode assumir. Oito bits por canal, o padrão do JPEG, rendem 2 elevado a 8, ou seja, 256 valores de vermelho, 256 de verde e 256 de azul. Doze bits por canal, comum no arquivo bruto do sensor, o RAW, rendem 2 elevado a 12, ou seja, 4.096 valores em cada canal.

A diferença entre 256 e 4.096 parece luxo de especificação enquanto ninguém mexe no arquivo. Um céu limpo ocupa uma fatia estreita da escala, algo como quarenta valores de azul do topo à base do gradiente, e quarenta degraus bastam para o olho ver uma passagem lisa.

Subir dois pontos de exposição, dois stops na fala do ofício, multiplica o brilho por quatro. No arquivo bruto, os degraus disponíveis para representar aquela faixa saem de um estoque de 4.096, e sobra material para redistribuir. No JPEG, o estoque acabou no momento em que a câmera gravou o arquivo, e a edição só consegue esticar os quarenta valores que existem até que a distância entre um degrau e o vizinho fique larga o suficiente para o olho separar.

Peter Barten, no livro Contrast Sensitivity of the Human Eye and Its Effects on Image Quality (1999), mediu o limite em que a diferença entre duas tonalidades vizinhas deixa de ser invisível e vira borda. Charles Poynton, no livro Digital Video and HD: Algorithms and Interfaces (2012), descreve o efeito de degrau em gradiente suave como a assinatura clássica de arquivo com poucos níveis esticado depois da captura.

O quadro de hoje traz o par de arquivos exportado da mesma fotografia, um caminho passando pelo JPEG e outro pelo RAW, com o mesmo ajuste de dois pontos aplicado nos dois, e vale começar pela metade superior do céu.

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I O Clique de Hoje

O azul que virou escada

O quadro de hoje mostra uma janela de fim de tarde vista de dentro de um apartamento, com a esquadria escura recortada contra um céu sem nuvem, e a metade de cima do enquadramento tomada por um gradiente de azul que escurece do horizonte para o alto. Um vaso de folhagem aparece desfocado no canto inferior direito.

A leitura rápida entrega uma fotografia de janela banal, dessas que qualquer pessoa faz quando a luz da tarde fica boa. A leitura demorada encontra no gradiente do céu uma sequência de faixas horizontais que o céu real não tem.

Sobre a faixa de céu correm onze bandas horizontais de azul chapado, cada uma com cerca de dez pixels de altura na ampliação em tela cheia, com borda reta e visível entre uma banda e a vizinha, e o desenho some por completo na versão do mesmo quadro exportada do arquivo bruto.

A geometria das bandas entrega a origem. Elas são paralelas às linhas de igual brilho do gradiente, acompanham a curva do céu ao redor da esquadria e mantêm largura constante em toda a extensão, comportamento de escada de valores e não de estrutura fotografada.

A cor entrega o segundo indício. Dentro de cada banda o valor de azul se repete idêntico pixel a pixel, sem variação nenhuma, enquanto a passagem de uma banda para a outra salta um degrau inteiro de uma vez, marca de quantização, que é a divisão do brilho contínuo da cena num número finito de valores gravados.

As áreas com textura escapam ilesas. A folhagem do vaso e a madeira da esquadria trazem variação natural de pixel para pixel, e variação suficiente embaralha a fronteira entre dois degraus vizinhos, o que confina o desenho às áreas de gradiente liso.

A parte baixa do céu, junto ao horizonte, aparece com bandas mais estreitas e menos evidentes. Ali o gradiente é mais rápido, cada degrau cobre menos pixels na horizontal e a borda entre os degraus fica pequena demais para o olho perseguir.

O padrão que sai daí é uma relação entre suavidade e visibilidade. Quanto mais lento o gradiente, mais larga a banda e mais óbvia a borda; quanto mais rápida a passagem de claro para escuro, mais estreitas as bandas e mais discreto o desenho.

Nenhuma dessas marcas combina com defeito de sensor. Coluna de fotossítio com falha aparece vertical e no mesmo lugar em qualquer foto do mesmo corpo, e o azul do céu na versão do arquivo bruto sobe do horizonte ao topo sem nenhuma fronteira.

II Quem Apertou

A ficha de dois arquivos do mesmo céu

A fotografia veio de um acervo aberto sob licença Creative Commons, publicada em par, com a câmera gravando ao mesmo tempo um JPEG e um arquivo bruto de 12 bits da mesma tomada. O autor registrou no campo de descrição a profundidade de bits de cada arquivo e o ajuste de exposição aplicado depois na edição, idêntico nos dois caminhos.

As linhas que interessam são estas:

Formato do primeiro arquivo

JPEG, 8 bits por canal

Níveis por canal no primeiro

256

Formato do segundo arquivo

RAW de 12 bits

Níveis por canal no segundo

4.096

Ajuste de exposição na edição

mais 2 pontos

Distância focal

35 milímetros

Abertura

f/8

Tempo de exposição

1/250 de segundo

Sensibilidade

ISO 100

O quinto campo é o que decide o caso. Os dois pontos aplicados na edição multiplicam por quatro o brilho de cada valor gravado, e o resultado depende inteiramente de quantos valores existiam dentro do arquivo quando a operação começou.

O JPEG entrou na edição com o céu ocupando cerca de quarenta níveis de azul entre a parte mais clara e a mais escura do gradiente. Esticar aqueles quarenta níveis por uma faixa quatro vezes maior deixa aproximadamente três níveis de distância entre um degrau e o vizinho, e cada degrau passa a cobrir uma tira larga de pixels idênticos.

A conta de degraus é a única diferença entre os dois arquivos, porque a lente, o sensor, a exposição da captura e o ajuste da edição foram exatamente os mesmos, e o que muda é só quantos valores cada formato tinha guardado para redistribuir.

Traduzido para a bancada, o arquivo bruto entrou na mesma operação com cerca de seiscentos e quarenta níveis descrevendo aquela mesma faixa de céu, dezesseis vezes mais material. Esticados por quatro, sobram mais de cento e cinquenta valores distintos no gradiente, muito acima do que o olho consegue separar numa passagem de dez pixels.

Os campos de captura descartam a hipótese de céu já chapado na cena. A 1/250 de segundo, f/8 e ISO 100, o gradiente do céu chegou ao sensor bem dentro da faixa de medição, com o histograma, que é o gráfico de quantos pixels caem em cada nível de brilho, ocupando a região central sem encostar nas pontas.

A ficha e a imagem combinam campo por campo. Falta separar o que a falta de níveis produz numa exportação legítima do que um filtro de textura ou um modelo generativo entregaria ao tentar imitar céu com degraus.

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III Real ou Feito

O degrau que só existe no arquivo pequeno

Real. O desenho nasceu de quantização, e a ficha entrega formato, profundidade de bits e ajuste de exposição suficientes para qualquer pessoa reproduzir e desfazer o efeito com a câmera que já está na gaveta e uma janela virada para o poente.

O primeiro sinal é o alinhamento das bandas com o gradiente. As faixas seguem as linhas de brilho igual e curvam junto com elas ao redor da esquadria, comportamento que só a escada de valores produz, e que textura aplicada por software distribuiria em linhas retas indiferentes ao conteúdo.

O segundo sinal é a seletividade por área lisa. O desenho ocupa o céu e ignora a folhagem e a madeira, marca de um efeito que depende de gradiente suave no assunto e não de um chapado por cima da imagem.

O terceiro sinal é a uniformidade absoluta dentro de cada banda. Amostrar dois pontos distantes da mesma faixa devolve o mesmo valor de azul, dígito por dígito, e nenhum efeito de estilo entrega repetição perfeita numa área tão grande.

O quarto sinal é a largura variável das bandas ao longo do céu. Elas engordam onde a passagem de brilho é lenta e afinam onde ela acelera, dependência que amarra o desenho ao conteúdo real da cena.

O quinto sinal é o par de exportações da mesma tomada. As duas versões trazem grão, cor da esquadria e nitidez da folhagem compatíveis, e a única diferença estrutural entre elas mora nas faixas do céu.

Imagem gerada por modelo tropeça exatamente aqui. Ela aprende a aparência de céu com degraus como padrão decorativo e espalha faixas de largura constante pelo quadro, sem prender a espessura de cada banda à velocidade do gradiente naquele ponto.

Detector automático de imagem falsa não resolveria o caso. Porcentagem de suspeita não explica por que as bandas engordam no alto do céu e por que a folhagem escapa, e essas duas marcas sustentam a leitura sozinhas.

1. Fotografe um céu limpo perto do fim da tarde com a câmera gravando JPEG e arquivo bruto ao mesmo tempo, com o céu ocupando ao menos metade do enquadramento e a exposição um pouco abaixo do centro do histograma.

2. Abra as duas versões no mesmo editor e aplique mais 2 pontos de exposição em cada uma, sem tocar em contraste, curva ou saturação, e exporte as duas no mesmo tamanho.

3. Amplie as duas a cem por cento na mesma região de céu e conte quantas bordas retas você distingue de baixo para cima. A contagem deve ficar entre oito e quinze no arquivo de 8 bits e cair para zero no de 12 bits.

Um arquivo carrega no número de degraus a margem de edição que ainda resta nele, e a mesma correção de dois pontos que o arquivo bruto absorve sem marca nenhuma é a que expõe a escada de um JPEG.

"Quantos céus você culpou pela luz do dia, quando o degrau já estava dentro do arquivo antes da edição começar?"

Teste hoje: fotografe o mesmo céu nos dois formatos, suba dois pontos de exposição em cada um e conte as bordas retas na mesma faixa de azul, até chegar ao par de números que separa 256 degraus de 4.096.