SENSOR DE IMAGEN

 

Sensor de imagen:

Los avances tecnológicos en el terreno de la fotografía, han permitido sustituir con éxito la tradicional película fotosensible por un sensor de imagen.

En la fotografía de carrete o "analógica", la luz que reflejan los objetos de una escena es enviada a través de la óptica de la cámara hasta la película fotosensible, precisando está película un proceso químico posterior para obtener la imagen.

En una cámara digital es el objetivo el encargado de desviar la luz y enfocarla sobre el sensor de imagen, éste la convierte en impulsos electrónicos, que gracias al microprocesador son convertidos en información digital para almacenarla en la tarjeta de memoria, estos archivos serán ya imágenes digitales sin necesidad de procesado posterior.

 

Tipos de sensores de imagen:

Podremos distinguir diferentes tipos de sensores de imagen digital, el más común actualmente es el CCD (dispositivo de acoplamiento de carga), pero podemos encontrar modelos de cámaras digitales con CMOS, FOVEON y Super CCD.

 

CCD:

Podemos considerarlos como los sensores convencionales, están formados por un mosaico de fotodiodos sensibles al rojo-azul-verde sucesivamente. Esto es así porque los fotodiodos son dispositivos monocromáticos, por lo tanto, un patrón embaldosado tipo "mosaico" con filtros de color rojo, verde, o azul, se coloca encima del sensor para recoger solamente su longitud de onda (roja, verde, o azul) a través de cada píxel, registrando solamente un color. Los sensores convencionales registran por tanto solamente un 25% de rojo y azul, y un 50% del componente verde de la luz.

                                                                         
                                                               
                                                               
                                                               
                                                               
                                                               
                                                               
                                                               
  Filtro de color sobre el sensor de imagen   Canal rojo 25% de los píxeles   Canal verde 50% de los píxeles   Canal azul 25% de los píxeles  

Si pudiésemos ver el resultado de  la imagen combinada observaríamos que los colores serían débiles, con un dominante verdoso y con bajo contraste, en una palabra "despreciable". Así que los píxeles que falta en cada canal del color se le aplican valores de los píxeles vecinos de los otros canales, y el resultado de esta última combinación de capas completas -por estimación- conducirá a una imagen con gran exactitud y con tres valores del color para cada píxel. Eso explica que la mayor cantidad de ruido aparezcan en los canales rojo y azul, al inventarse una gran cantidad de información en estos dos canales (75%), y como contrapartida, el canal verde será el menos ruidoso.

A la vista de lo expuesto, la exactitud del color va a venir determinada por múltiples factores, como serían el tamaño de los fotodiodos, el filtro de color empleado, el trabajo de algoritmos para "inventar" el color de los píxeles que faltan por canal, entre otros.

  Nikon D100

Modelo Reflex con CCD (6 millones de píxeles)

Anunciada en febrero de 2002

 

CMOS:

Se trata de sensores de imagen basados en la tecnología MOS (Metal-Oxido-Semiconductor) con transistores complementarios, dando como resultado CMOS. Su funcionamiento es semejante al de los CCDs, pero con una menor precisión. Su coste de producción es menor que el de un CCD, y sus mayores ventajas sería el bajo consumo energético, permitiéndole altas velocidades de funcionamiento.

Si bien su calidad en teoría es menos a la del CCD, hemos podido comprobar como Canon emplea CMOS en sus modelos reflex digitales avanzados con éxito, permitiéndole velocidades muy rápidas de disparo múltiple.

  Canon EOS-1DS

Modelo Reflex con CMOS (11 millones de píxeles)

Anunciada en septiembre de 2002

 

FOVEON:

El sensor de imagen tipo Foveon al igual que la película en color (química) emplea tres capas superpuestas, basándose en que el silicio -del que se componen los sensores- absorbe los distintos colores a diferentes profundidades, consiguiendo la totalidad de los píxeles por cada canal de color. Una de las características de los sensores tipo Foveon es la ausencia de ruido.

La única marca que emplea este tipo de sensor es Sigma, con su modelos reflex avanzados, que cuentan con un sensor de igual tamaño que la película de 35mm.

  Sigma SD9

Modelo Reflex con Foveon (3,4 millones de píxeles)

Anunciada en febrero de 2002

 

SÚPER-CCD:

La diferencia del Super CCD empleado por Fujifilm, con respecto al CCD convencional, se encuentra en la forma octogonal de los píxeles y distribución del espacio en "panal de abeja". Permitiendo sensibilidad más alta y rango dinámico más amplio, así como incrementar la resolución efectiva gracias a la interpolación.

  Fujifilm FinePix S2 Pro

Modelo Reflex con SuperCCD (6,1 millones de píxeles)

Anunciada en junio de 2002

 

Tamaño, número y convertidor:

El tamaño del píxel determina el tamaño del fotodiodo. Después de todo, los sensores consisten en un número de píxeles con fotodiodos que convierten la energía de los fotones, consecuencia de la luz que se refleja a través del objetivo, en una carga eléctrica para ser procesada por el convertidor analógico digital, traduciendo los diferentes voltajes en niveles de brillo por cada canal. Un convertidor analógico digital (ADC) de 10 bits permite la obtención de 1024 niveles por canal, frente a los 4096 niveles que ofrece un ADC de 12 bits -presente este último en la mayoría de las cámaras digitales actuales-.

Está claro que a mayor tamaño del píxel mayor tamaño del fotodiodo, y por tanto mayor gama dinámica -capacidad de recoger niveles por canal-, que le confiere mayor exactitud -gradación de color- y menor cantidad de ruido. Es un hecho que los modelos reflex digitales ofrecen mayor calidad de imagen que los compactos, y la explicación está en que emplean un sensor con píxeles de mayor tamaño. Pese a lo que pudieran pensar algunos, no es solamente la calidad de sus ópticas lo que marca la diferencia.

  Sensores (ancho x alto mm)   36,00x24,00  
          18,00x13,00    
    8,80x6,60      
  7,18x5,32        
  1/1.8   2/3   4/3   Película 35 mm  

Ahora es cuando surgen las dudas, ¿hasta que punto es conveniente aumentar el número de píxeles, si ello implica reducir su tamaño al no variar las dimensiones del sensor?. Hemos de recordar que píxeles más pequeños supone reducir el tamaño del fotodiodo, por consiguiente mayor dificultad para interpretar la luz, que conllevará menor exactitud de los colores y mayor cantidad de ruido. Para paliar estos inconvenientes las marcas se esfuerzan en mejora el software encargado de tratar la información que dará lugar a la imagen final, así como mejorar la calidad de las ópticas. No podemos olvidar que la calidad de la foto digital depende de la combinación de óptica, sensor y software.

 

La perfección:

El sensor de imagen perfecto sería sin duda la combinación de los cuatro tipos enumerados anteriormente, aprovechando sus ventajas y desterrando sus inconvenientes. Puede convertirse en hecho en un futuro no lejano, dado que actualmente se esta hablando de una fusión de CCD y CMOS.

 

 

Ricardo Salgado 18-12-2004 fotobasica.com