31 August 2011

Why is red so difficult to photograph?

A few days ago I read a blog entry on  Elisaricamo , showing  some beautiful embroidered red tablecloths... The author apologized for the red of the fabrics which, she said, in photos looked very different from real . Then I remembered I too had had severe problems in taking photos of a red item I had made for Etsy just a few days before, and that photos I took of my red roses last year had  totally false colours...

These are David Austin  William Shakespeare 2000 roses, which should be a very dark purple-red... They WERE very dark purple-red, as impossible as it seems from these photos.
Qualche giorno fa ho letto una entry nel blog  Elisaricamo  che mostrava delle belle tovaglie rosse ricamate...L'autrice si scusava per il rosso del tessuto che, diceva, nelle foto  risultava molto diverso dal vero.
Allora mi sono ricordata che anch'io ho avuto seri problemi nel fotogragare un oggetto rosso che avevo fatto per Etsy giusto qualche giorno prima, e che le foto che avevo fatto l'anno scorso alle mie rose avevano colori totalmente falsati...
Queste sono rose David Austin William Shakespeare 2000 che dovrebbero essere di un rosso violaceo molto scuro... ed ERANO  di quel colore, per quanto sembri impossibile da queste foto.



Of course I know that the representation of "real", identical colours is impossible on screen or on printed paper, but here I'm not talking of slight differences...Here colours are really VERY different!
Naturalmente so che la rappresentazione del"vero", preciso colore su uno schermo o su carta  stampata sono impossibili, ma non sto parlando di leggere differenza...Qui i colori sono davvero MOLTO diversi! 

Another example: I took the following photo under a normal sunlight, not particularly strong with standard settings...Notice that the iPod looks  perfectly. Why the red and orange felt case looks so bad, almost fluorescent?
I wondered what reason could lie behind all that, besides the quality of my camera. As of course my first reaction was to blame my camera (a Nikon Coolpix S570, a compact camera; nice but inexpensive), but after all photos of my holidays didn't  look so bad, and it's a10 Megapixels camera, so it shouldn't even be the worst one on the market ...So why there is this problems with red objects,?
So I tried to investigate the origin of this problem on the internet, and this is a synthesis of what I discovered...
Un altro esempio: ho la foto seguente alla normale luce del sole, non particolarmente forte e con regolazioni standard...Notate che l' iPod si vede perfettamente bene. Perche' la custodia rossa e arancione allora si vede cosi' male, quasi fluorescente?
Mi sono chiesta quale ragione potesse essere alla base di questo, a parte la qualita' della macchina fotografica. Perche' naturalmente la mia prima reazione e' stata di incolpare la macchina fotografica (una Nikon Coolpix S570, una macchina compatta; carina ma economica), pero' dopotutto le foto delle mie vacanze non erano venute male , ed e' una macchina a 10 Megapixel, quindi non dovrebb essere nemmeno la peggiore sul mercato...E allora perche' c'e'questo problema con gli oggetti rossi? 
Cosi' ho cercato di indagare in internet sull'origine di questo problema, e questa e' una sintesi di quello che ho scoperto...


Digital cameras capture light through a sensor  with the help of a device called Bayer filter, which splits and arranges the total visible spectrum of light into the tree primary additive colours  Red, Green and Blue (RGB).  So in practice  there are  three different types of sensors...But things are not so easy. In order to simulate the human eye, which is more sensitive to the green colour wavelengths than to red or blue, Green sensitive sensors are twice the amount than Red or Blue ones.
This  drawing (linked from Wikipedia) shows how sensors are positioned in a Bayer filter:
Le macchine fotografiche digitali catturano la luce attraverso un sensore con l'aiuto di un dispositivo chiamato filtro Bayer, che suddivide  e ordina lo spettro visibile nei tre colori primari additivi, Rosso, Verde e Blu (RGB). Cosi' in pratica ci sono tre diversi tipid di sensori...Ma le cose non sono cosi' semplici. Perche' per simulare la sensibilita' dell'occhio umano, che e' piu' sensibile  alle lunghezze d'onda nel colore verde rispetto a quelle rosse o blu,  i sensori sensibili al verde sono in quantita' doppia rispetto a quelli sensibili al rosso o al blu.  
Questo disegno (linkato da Wikipedia) mostra come sono posizionati i sensori in un filtro Bayer:



The most evident thing is that only 1/ 4 of all the sensors are dedicated to red. And this means that when you  take a close-up photo of a bright  red object, almost only those sensors will be working (and actually will probably  be reading out-of scale results, so the value will be clipped at its maximum range), while the green and blue ones won't record almost anything, only very low values connected to slight shades in colour...That is, the three quarters of the pixels in that area of the sensor will show almost unsignificant values, with the remaining pixel at its maximum.
La cosa piu' evidente e' che soltanto 1/4 dei sensori sono dedicatoi al rosso. E questo significa che quando si fa una foto ravvicinata di un oggetto di un rosso vivace, quasi solo quei sensori staranno lavorando ( e in realta' probabilmente staranno leggendo valori fuori scala, cosi' le letture verrano tagliate al massimo valore disponibile), mentre i sensori del blu e del verde non staranno rilevando quasi niente, solo valri bassissimi in corrispondenza di leggere sfumature di colore.... Cioe' i tre quarti dei pixel di quell'area daranno risultati quasi insignificanti, e il rimanente quarto dara' valori al massimo livello raggiungibile.

I didn't know it, but the number of Megapixel of your camera indicates the _total_ number of single red, green and blue  sensors, not the number of "dots" that compose your image, as I thought (as on screen, where every pixel is formed by a red-green and blue triad): as you need 4 pixels in the sensor  (two green, one red and one blue) to get 1  pixel of the image, the real resolution of a camera is only one fourth of its Megapixel value (disappointing, isn't it?)

Then things are different, depending on the type of camera...

Non lo sapevo, ma il numero di Megapixel di una macchina fotografica indocano il numero _totale_ dei singoli  sensori rossi, versi e blu, non il numero di "punti" che compongono l'immagine, come pensavo io ( come sugli schermi, dove ogni pixel e' composto da una triade rosso-verde-blu): siccome ci vogliono 4 pixel del sensore (2 verdi, uno rosso e uno blu) per formare un pixel dell'immagine, la vera risoluzione di una macchina fotografica e' solo un quarto dei suo numero di Megapixel (deludente, vero?)

Poi le cose cambiano, a seconda della macchina fotografica....

Compact cameras like mine, save the image directly as a .JPG file. The file can be of different size, depending on the camera's resolution and settings (you can choose among several quality levels) : a high-quality file from a 10 Megapixel camera will be obviously bigger and more detailed than one from a 4 Megapixel one, but basically they are both obtained through the same technology and coding, which involves the loss of information.
Data coming from the red, green and blue sensors are combined (through a "de-mosaicing algorithm") into a single  .JPG  image. The little information about green and blue in the case of an image that is basically red is then practically  lost, and the result is  an 8-bit image (see explanation below) , which will suffer from the problems  we have seen: an ugly red that doesn't look like the original at all.
Le macchine compatte come la mia salvano l'immagine direttamente come file .JPG. Il file puo' avere dimensioni differenti a seconda della risoluzione della macchina fotografica e dei settaggi (si puo' scegliere tra diversi livelli di qualita'): un file ad alta qualita'  di una macchina fotografica a 10 Megapixel sara ovviamente piu' grande di uno di una macchina a 4 Megapixel, ma in fondo sono ottenuti entrambi attraverso la stessa tecnologia e codifica, che implica la perdita di informazioni. 
I dati provenienti dai sensori rossi, verdi e blu vengono ricombinati da un apposito algoritmo (de-mosaicing) in una singola immagine .JPG. La scarsa informazione riguardante i canali verde blu, nel caso di un'immagine fondamentalmente rossa viene praticamente persa e il risultato e' un'immagine a 8-bit (vedi spiegazione sotto) che soffrira' dei problemi che abbiamo visto: un brutto rosso che non somiglia per niente all'originale.

A .JPG file has 8 bits of colour depth for each colour channel (Red Green and Blue). It means that each  primary colour  can only have 256 values, and all the  visible colours in a .JPG image can only be a combinations of these values. (On screen, each pixel of colour consists in one Red dot, one Green and one Blue: each of the three has its associated brightness value , that in case of .JPG format can range from 0 to 255).

Un file .JPG ha 8 bit di profondita' di colore per ciascun canale  (Rosso, Verde e Blu). Significa che ogno colore primario puo' assumere soltanto 256 valori, e che tutti i colri presenti nell'immagine .JPG possono essere solo una combinazione di quei valori (Sullo schermo, ogni pixel di colore consiste in un punto rosso, uno verde e uno blu: ognuno dei tre ha associato il suo valore di luminosita', che nel caso del formato JPG puo' variare tra 0 e 255).

 
Higher range cameras  allow saving images in RAW format... This format records exactly the data read by the Red, Green and Blue sensors, without making any operations on them. This allows a wider range of corrections later, as all the information recorded is still there, and nothing has been lost, simplified or discarded as judged "useless" by some algorithm. In our case (a red object), with a RAW format image  and Photoshop or a similar program  it's still possible to get some precious information about the green and blue pixel values, which can help in giving some depth to the colour; for example showing  slight shades of different red that would not appear in the .JPG image.
RAW format allows better images with more brilliant colours: a RAW file has usually 12 or 14 bits of colour depth for each primary colour. 12-bit colour depth means that a primary colour (Red, Green or Blue) can have 4096  different intensity values (instead of the 256 of the JPEG!); even more in the case of 14-bit. Obviously, also the total number of colours that can be shown by this format is immensely higher than in .JPG.
Le macchine fotografiche di gamma piu' elevata permettono di salvare l'immagine in formato RAW...Questo formato registra esattamente i dati letti dai sensori blu, rossi e gialli, senza compiere nessuna operazione su di essi. Questo permette una gamma piu' ampia di correzioni successive, perche' tutta l'informazione raccolta e' ancora presente,niente e' stato perso, semplificato o cancellato perche' considerato "inutile" da qualche algoritmo. Nel nostro caso (un oggetto rosso), con l'immagine in formato RAW e Photoshop o un programma simile e' ancora possibile ottenere qualche preziosa informazione dai valori dei pixel verdi e blu,  che puo' aiutare a dare profondita' al colore, ad esempio mostrando delle sfumature di rosso differenti , che non compaiono nell'immagine .JPG. Il formato RAW permette immagini migliori con colori piu' brillanti: un file RAW ha normalmente 12 o 14 bit di  profondita' di colore per ciascun colore primario (Rosso, Verde e Blu). Un colore a 12 bit significa che ogni colore primario puo' assumere 4096 valori di intensita' differenti (invece dei 256 del formato JPEG!); ancora di piu' nel caso di 14 bit. Ovviamente anche il numero totale di di colori che si possono visualizzare e' immensamente piu' alto che nel JPEG.

But of course, such improvement comes with some disadvantages too! Cameras offering RAW format are definitely more expensive and usually bulkier and heavier than compact cameras. (I stopped using a reflex many years ago as I was tired of carrying  around a heavy camera and a bag of lenses  and I'm still convinced of my choice...I love using a camera I can simply drop in any bag, without having to worry constantly whether it's lost, damaged or stolen. The disadvantages are more than compensated by the freedom of use IMHO. On the other hand, I'm not a photographer! :-) Maybe I could consider buying a RAW format camera for Etsy photos, but one day...In the distant future! )
 In addition, RAW images need much more space than JPG: even setting the highest quality , a .JPG image can take about  1/5  of the space required by RAW format...It means more memory cards and more storage space needed for back-up, and when you have several thousands photos (or more..) that makes quite a difference.
Ma naturalmente, questi miglioramenti comportano anche degli svantaggi! Le macchine fotografiche che offrono il formato RAW  sono decisamente piu' costose e generalmente piu' ingombranti e pesanti delle macchine compatte. (Ho smesso di usare una reflex molti anni fa perche' ero stufa di portarmi in giro una macchina pesante e una borsa piena di obbiettivi, e sono ancora convinta della mia scelta...Mi piace usare una macchina che posso semplicemente mettere in ogni  borsa, senza dovermi preoccupare costantemente di perderla, rovinarla o che me la rubino. Gli svantaggi sono piu' che compensati dalla liberta' di utilizzo, a mio avviso.  D'altra parte, non sono una fotografa! :-) Magari potrei prendere in considerazione di comprare una macchina con il formato RAW per le foto per Etsy...Ma un giorno, in un lontano futuro!)
Inoltre, le immagini RAW richiedono molto piu' spazio di quelle .JPG: anche selezionando la massima qualita', un'immagine .JPG richiede solo 1/5 dello spazio richiesto dal formato RAW... Vuol dire piu' schede di memoria e piu' spazio richiesto per i backup, e quando si hanno diverse migliaia di foto comincia a fare una bella differenza...  


Anyway, the point it:  is there any solution for those who only have a compact camera and are trying to take a decent photo of something red? Or do we have to discard our compacts and pass to more professional cameras?
I found a couple of useful suggestions on the internet.

Comunque, il punto e': c'e' qualche soluzione per chi ha solo una macchina forografica compatta e cerca di fare delle foto decenti a qualcosa di rosso? O possiamo solo scartare le macchine compatte e passare a quelle piu' professionali?
Ho trovato un paio di suggerimenti utili su internet.

First suggestion is to manually change the exposure time so as underexpose the image (most cameras, even cheap ones, will allow some sort of manual correction. Look up on your camera manual, if you have never used this function!) ...This should avoid the nasty overexposing of red pixels (sensor pixels going out of range and value being clipped at maximum, do you remember? ). Of course this will also lead to a generally  underexposed image, but it will be easier to correct it later with Photoshop or GIMP or some similar program.
Il primo suggerimento e' di modificare manualmente il tempo di esposizione per sottoesporre l'immagine (la maggior parte delle macchine, anche wquelle piu' economiche, permettono qualche tipo di correzione manuale. Cercate nel manuale della vostra, se non avete mai usato questa funzione!) ...Questo dovrebbe servire ad evitare la brutta sovraesposizione dei pixel rossi  ( i pixel del sensore che andavano a fondo scala e quindi venivano tagliati sul valore massimo, ricordate?). Naturalmente questo portera' anche ad un'immagine sottoesposta in generale, ma sara' piu' facile correggerla in seguito con Photoshop o GIMP o qualche programma simile.

Another suggestion is to correct the "wrong" .JPG photo with Photoshop or GIMP after having it converted to LAB mode (I use GIMP, and this is done by selecting Colors --> Components --> Decompose; in the dialog choose LAB and  in the Color mode drop-down and tick the Decompose to layers . I assume in Photoshop it's something similar). LAB mode will appear confusing at first if you have never used it before, as it separates the image in three levels: one of  Lightness  and two of colours ("A" and "B") . This way  colour channels are separated from the lightness information, and you can work on colour to correct it without changing the  brightness of the photo. But it won't be so easy, as the colour layers are not in direct correspondence to primary colours (have you noticed that there are only TWO colour layers for  THREE primary colours?) so it's something that must be learnt and practiced...
I'm just starting with it , but results are encouraging. On the other hand ,things that are not there cannot be recovered; that is correction can show a more realistic red, but it won't make the miracle of recovering data that were discarded or lost, and make shades re-appear from nothing.

But red correction will be the topic for a future post!
Un altro suggerimento e' di correggere il file .JPG "sbagliato" con Photoshop o GIMP dopo averlo convertito in modalita' LAB (io uso GIMP, e si fa elezionando  Colori --> Componenti --> Scomponi; nella finestra che compare scegliere  LAB e selzionare la casella Scomponi in Livelli . Credo che in Photoshopsia molto simile).
L' immagine in LAB vi confondera' all'inizio se non avete mai usato questa modalita', perche' separa l'immagine in tre livelli distinti: uno di Luminosita' e due di colore ("A" e "B"). In questo modo le informazioni sul colore vengono separate da quelle sulla luminosita' e si puo' lavorare sul colore per correggerlo senza interferire con la luminosita' della foto. Ma non sara' tanto facile all'inizio, perche' i livelli colore non sono in corrispondenza diretta con i colori primari (avete notato che ci sono solo DUE livelli colore per TRE colori primari?), quindi bisogna imparare e fare un po' di pratica...
Ho appena incominciato a imparare a correggere il colore in questo modo, ma i risultati sono incoraggianti. D'altro canto, non si possono recuperare cose che non ci sono piu'... Cioe', si puo' riuscire ad ottenere un rosso piu' realistico, ma non si puo' fare il miracolo di recuperare dati mancanti o persi, e far riapparire sfumature dal nulla.
Ma la correzione del rosso sara' l'argomento di un post futuro! 

6 comments:

etherealflowers said...

grazie elena!! anche io ho sempre auvto problemi col rosso! inconsapevolmente ho attuato almeno uno dei suggerimento, quello della sottoesposizione, ora devo scoprire sta cosa del LAB XD questo post non sarebbe male per il blog del team... se sei d'accordo propongo!

Elena said...

Ma certo ! Volentieri!

Mairi said...

Bel post! :D Sì magari Elena per il blog del team :)
Io ho smeroe corretto i vari canali di colore, però la sfumatura reale è vero, non torna mai :(

Cloud Number Nine said...

Veramente interessante! Grazie, ora mi sono molte cose più chiare.. Devo capire come si fa il LAB con Paint Shop Pro!

.. Non esiste che mi compri macchina nuova :P

LuciRae said...

No advice here but I have run into the same issues! Very frustrating. This happened to me with a navy blue table as well. So frustrating! Found you on EBT:)

elisabetta said...

Non avrei mai immaginato che ci fossero tutti quei problemi per il colore rosso. Meno male che mia figlia è grafica e photoshop è il suo pane quotidiano; così ora che ho terminato l'ultimo centro della serie "rossa" le mando la foto e lei me la corregge, così posso metterla nel mio blog. :-DDD
Ciao e a presto