La cámara DSLR: principios de fotografía digital y características del sensor

La cámara oscura y el estenope

· La palabra estenopeica proviene del griego "stenos opacos", que significa "provisto de un pequeño agujero". La luz viaja en línea recta. Si pasa por un pequeño orificio hacia una pantalla, cada parte sólo recibe luz de una porción del sujeto, creando una imagen nítida. · Este es el principio de la cámara oscura y la cámara estenopeica (sin objetivo). · Características de la imagen estenopeica: · La imagen está invertida: por la trayectoria rectilínea de la luz. · La imagen es tenue: poca luz llega a la pantalla. . La imagen es poco nítida: los rayos luminosos divergen y forman discos de iluminación. · Si el orificio se hace más pequeño, mejora la nitidez, pero si es demasiado pequeño, aparece difracción. Existe un diámetro óptimo del orificio relacionado con la distancia v (entre orificio y plano de la imagen), dado por: ○ K = W / 25.

El cuerpo de la cámara

· El cuerpo de la cámara fotográfica es un espacio en forma de caja que, en cámaras de cuerpo rigido, mantiene paralelos el plano focal y el plano del objetivo. · Su propiedad fundamental es ser perfectamente estanco a la luz. · En el cuerpo de la cámara se instalan los elementos necesarios para la impresión fotográfica: ○ visor ○ objetivo con diafragma y mecanismo de enfoque ○ obturador · El cuerpo puede ser completamente rígido o puede tener un fuelle, que flexibiliza la unión entre el plano de la película y el plano del objetivo.

Esquema Reflex

Pentaprisma Diafragma Lentes de enfoque Ocular Espejo Imagen Obturador Sensor Pantalla Objetivo Cuerpo de la cámara

Material de fabricación de cámaras

· El material de fabricación define la calidad y resistencia de las cámaras. ○ Principiantes: hechas de plástico, no selladas, más vulnerables. ○ Avanzados/profesionales: hechas de aleación de magnesio, selladas, más robustas y resistentes.

Dimensiones y peso de cámaras

· Las dimensiones y peso de una cámara (ancho, alto, profundidad sin objetivo) dependen tanto del tamaño como del material de fabricación. o Las cámaras réflex para principiantes son las más pequeñas y ligeras porque tienen un diseño sencillo y usan policarbonato. o Las cámaras para aficionados avanzados son más grandes y pesadas debido a un diseño más complejo y al uso de aleación de magnesio. o Las cámaras profesionales son las más grandes y pesadas, no solo por su material (aleación de magnesio) y funciones avanzadas, sino también porque incluyen una empuñadura vertical con soporte para baterías adicionales, lo que incrementa su tamaño y peso.

Objetivos

· El objetivo es un componente fundamental porque forma las imágenes que captura el sensor. · En las cámaras réflex, el objetivo es intercambiable, lo que permite usar diferentes distancias focales según el tipo de fotografía. Por eso, al comprar una réflex, debemos fijarnos principalmente en el cuerpo, ya que los objetivos se compran aparte. · Las cámaras réflex para principiantes y algunas para aficionados avanzados suelen venderse en kits que incluyen un cuerpo + un objetivo zoom, pero este objetivo tiene calidad y prestaciones limitadas para mantener un precio competitivo.

Longitud focal

· La longitud focal o distancia focal es la característica principal del objetivo. · Determina la relación entre el tamaño real de un objeto y su tamaño en la imagen proyectada sobre el sensor. · Se define como la distancia (en milímetros) entre el plano principal del objetivo y el plano focal de la imagen. Distancia focal Punto nodal Plano focal Canon

Ángulo de visión

· El ángulo de visión es el campo visual o la amplitud de escena que el objetivo puede proyectar sobre el plano focal. · Mientras menor sea la longitud focal, mayor será el ángulo de visión. Por ejemplo, un objetivo de 35mm tiene un ángulo mayor que uno de 85mm. 400mm 60 200mm 12 100mm 19 50mm 460 24mm 84° 14mm 114° 16mm 180° Distancia focal y ángulo de visión N NC 70 .

Luminosidad del objetivo

· La luminosidad de un objetivo es su capacidad para captar la luz ambiente y depende de la apertura máxima del diafragma. · El diafragma es un mecanismo en la parte posterior del objetivo, formado por laminillas metálicas que ajustan el tamaño del orificio para controlar la cantidad de luz que llega al sensor. · Un objetivo con apertura máxima f/2.8 es el doble de luminoso que uno con apertura f/4, permitiendo fotografiar en condiciones de poca luz (la escala de aperturas es logarítmica).

El número F

· La cantidad de luz que llega al sensor depende de la apertura del diafragma y de la distancia focal del objetivo. · Con un mismo tamaño físico de diafragma, si la distancia focal aumenta, llega menos luz al sensor. · Para simplificar esta relación, se usa una escala de aperturas relativas que vincula la distancia focal con el diámetro del diafragma. · Esta escala se expresa con el número f, que clasifica las aperturas y facilita medir la cantidad de luz que entra al sensor.· El número f se calcula con la fórmula: ○ nf = F / D, donde F es la distancia focal Del diametro de la apertura del diafragma. · La ventaja es que, para un mismo número f, la cantidad de luz que pasa es igual en todos los objetivos, sin importar su distancia focal. · La escala de números f es universal y usada por todos los fabricantes de cámaras y objetivos.

El anillo de diafragma

. El anillo de diafragmas es un control giratorio en la parte trasera del objetivo que permite seleccionar la apertura del diafragma. · En cámaras manuales, es la única forma de cambiar la apertura, girando el anillo para abrir o cerrar el diafragma un paso. · Con la electrónica, ahora se puede controlar el diafragma desde el cuerpo de la cámara. · Los objetivos zoom pueden tener diferentes aperturas máximas según la distancia focal. . Los objetivos más luminosos son los de distancia focal fija, con aperturas tan amplias como f/1.4 o mayores. · Estos objetivos suelen ser de mejor calidad y construcción. · Entre los zooms, los de mayor calidad mantienen la misma apertura máxima en todas las distancias focales.

Sensor

· El sensor es una matriz de pequeñas celdas alineadas en filas y columnas, formadas por fotorreceptores o fotodiodos, semiconductores de silicio que captan fotones y generan electrones. · Durante la fotografía, la carga eléctrica de cada fotorreceptor es proporcional a la intensidad de luz que recibe, lo que determina los diferentes tonos en cada pixel, la unidad mínima de una imagen digital. · Las funciones del sensor son: · Registro de imagen mediante conversión fotoeléctrica. · Registro temporal, almacenamiento de la carga de electrones. · Drenaje, salida o transferencia de carga. . Los sensores están formados por millones de diminutas celdas llamadas fotositos, cada una con un fotodiodo sensible a la luz. · Se clasifican según su tecnología en: . CCD y Super CCD · CCD RGBE · CMOS · Foveon X3. Los más populares son los CCD y los CMOS. · Los sensores CCD fueron los primeros usados, pero hoy en día la mayoría de cámaras emplean sensores CMOS, que consumen menos batería, permiten un procesamiento más rápido y son más económicos de fabricar. · En calidad de imagen, aunque antes los CCD eran superiores, actualmente los CMOS han alcanzado esa calidad. · Ambas tecnologías (CCD y CMOS) están basadas en semiconductores de metal-óxido (MOS) y tienen una matriz de píxeles que acumulan carga eléctrica según la cantidad de luz recibida: a mayor luz, mayor carga almacenada en cada píxel.

CCD

. La información que obtiene un sensor CCD es una señal analógica. · La conversión a señal digital se realiza mediante un chip llamado ADC (convertidor analógico-digital), que muestra y codifica la señal en código binario. . En cambio, en un sensor CMOS, el propio sensor incluye un amplificador de la señal eléctrica y el convertidor analógico-digital, integrando ambos procesos. · En los sensores CCD, la conversión de la carga eléctrica de cada pixel en voltaje se realiza en un amplificador común ubicado en los bordes del sensor. · Los fotodiodos captan la luz, la convierten en carga de electrones y la almacenan. · La carga de cada pixel se transfiere secuencialmente a los registros de desplazamiento vertical y horizontal. · Finalmente, el amplificador de salida convierte la carga en un voltaje analógico, que luego es transformado en código binario por el conversor analógico-digital. Sensor CCD Fotodiodos (Pixels) Registro desplazamiento vertical 1001101 ... Conversor A/D Amplificador de salida T Registro desplazamiento vertical

CMOS o APS

. Los sensores CMOS aparecieron en fechas similares a los CCD, aunque su uso en cámaras del sector audiovisual fue posterior. Tambien se les llama APS (Active Pixel Sensor). · En los CMOS, cada pixel integra su propio amplificador, lo que les da el nombre de APS, y el conversor digital está incorporado dentro del sensor. Esto facilita mucho el manejo de imágenes con grandes cantidades de datos, siendo una ventaja clave para las cámaras de cine digital. · Además, en los CMOS, el dispositivo electrónico que convierte la carga creada por la luz en un voltaje analógico está en el mismo sensor. · Como en los CCD, esta señal analógica luego se convierte en señal digital mediante un conversor A/D.

La Obtención del color

· Los sensores electrónicos, aunque son fotosensibles (capaces de reaccionar a la intensidad de la luz), no distinguen colores, por lo que son dispositivos ciegos al color. · Para solucionar esta limitación existen dos métodos: . Sistemas de tres sensores . Sistemas de un sensor 3 x CMOS VS. Single Bayer Sensor 1920 x 1080 50% 1920 x 1080 25% 1920 x 1080 25% Captura con Foveon X3 Un sensor Foveon X3 incorpora tres capas separadas de sensores integrados en silicona. Gracias a que a silicona absorbe las diferentes longitudes de onda de la luz a distinta profundidad, cada capa almacena un color diferente. Como resultado, solo los sensores Foveon X3 capturan el rojo, verde y azul en cada localización de pixel. Captura en Mosaico En los sistemas convencionales, los filtros de color son aplicados en una misma capa de pixeles situados en mosaico. Los filtros solo dejan pasar una longitud de onda (rojo, azul o azul) en cada pixel, permitiendo almacenar un único color. Como resultado, los sensores en mosaico capturan solo el 25% de la luz roja y azul, y un 50% de la verde.

El color en la fotografía digital

· Los sensores de las cámaras solo miden la cantidad de luz que llega a cada píxel, sin distinguir colores. · Para captar el color, se colocan filtros de rojo, verde y azul (RGB) sobre los píxeles, organizados en un patrón llamado mosaico de Bayer o CFA. · Cada píxel registra sólo uno de estos colores primarios gracias a su filtro. · La información de los otros colores se obtiene mediante interpolación, usando los valores de los píxeles vecinos, lo que permite reconstruir la imagen a color completa . En los archivos RAW, la información del mosaico Bayer se guarda sin procesar, y el proceso para convertirla en una imagen a color se llama debayerización o debayering.

Características de los sensores digitales

· Algunas características de las sensores digitales ○ 1. Resolución espacial ○ 2. Tamaño del sensor ○ 3. Sensibilidad y ruido 4. Profundidad de color y rango dinámico ○ · El sensor es el corazón de la cámara digital. · Su tamaño y resolución son determinantes en la calidad de las imágenes. C