Unidad 2. Avanzado: Sensor de imagen


El sensor de imagen de una cámara fotográfica digital es el componente encargado de captar la imagen. Un sensor está compuesto por millones de fotosensores dispuestos en una matríz o rejilla de forma rectangular.

Un fotosensor es un componente electrónico que es capaz de medir la luz que recibe, según la intensidad o brillo de la luz devuelve una cantidad de carga eléctrica. Los fotosensores no son capaces de diferenciar los colores, solo miden si hay poca o mucha luz, es decir nos dan el nivel de gris de un punto o pixel.

Como explicaremos con detalle en las unidades 4 y 11, en una imagen digital los colores se forman uniendo las cantidades de rojo, verde y azul presentes en cada pixel. Para obtener la cantidad de rojo, delante del fotosensor se coloca un filtro rojo, de esta forma al fotosensor solo le llega luz roja, lo mismo se hace para los colores verde y azul. Es decir, delante de la matriz de fotosensores hay una matriz de filtros rojos, verdes y azules colocados según el llamado mosaico de Bayer que puedes ver en la siguiente figura.

mosaico de Bayer

En esta matriz cada cuatro pixels tienen dos verdes un rojo y un azul porque el ojo humano es más sensible al color verde. Con lo explicado hasta ahora, para cada pixel sólo tenemos un nivel de gris correspondiente al color de su filtro. Nos falta conocer el nivel de gris de los otros dos colores. Esto se hace con una operación matemática llamada interpolación.

Como en una imagen el color de un pixel es muy parecido al de sus vecinos, se toman los niveles de gris que nos faltan de los pixels vecinos. A este proceso de cálculo se le conoce como interpolación de color. El efecto moiré que se produce al fotografiar determinadas texturas se debe a los algoritmos de interpolación de color.

En resumen, aunque de cada pixel solo tenemos un valor real, por interpolación se calculan los otros dos valores y al final tenemos tres niveles de gris correspondientes a cada color rojo, verde y azul. Es decir que por cada fotosensor tenemos un pixel con sus tres colores.

Podríamos preguntarnos porqué no se miden los valores reales y de cada cuatro fotosensores no se obtiene el valor real de un pixel. La respuesta es que un sensor así sería cuatro veces más grande y la fidelidad de los colores no sería muy superior a la obtenida por interpolación.

Quizás cuando se logre hacer los fotosensores más pequeños no será necesario el proceso de interpolación.

Hay diferentes tamaños de sensores según cada tipo de cámara. Según acabamos de ver, cuanto más grande sea el sensor mejor será la calidad de la imagen ya que tendremos más pixels. Obviamente, suponiendo que el tamaño de los fotosensores es el mismo.

sensor_pixel

La realidad es que para el mismo tamaño de sensor, encontramos sensores de distinta resolución debido a otros factores que también influyen en la construcción de los sensores. Fundamentalmente, lo capaces que seamos de colocar muy juntos los fotosensores. Dado que el fotosensor no es el único elemento presente en el sensor, la superfice del sensor no está cubierta al cien por cien de fotosensores.

Actualmente el tamaño de un fotosensor puede llegar a 1,43 micras, (1 micra= 1 milésima de milímetro).

Por esta razón, para evitar que se pierda la luz que no incide directamente en el sensor se colocan unas microlentes delante de la matriz de fotosensores de forma que cada microlente concentra la luz que le corresponde a cada fotosensor sobre su superficie. Esta solución no es perfecta ya que tampoco las microlentes se pueden colocar suficientemente juntas teniendo en cuenta que la forma natural de una lente convergente es circular.

Actualmente las dos tecnologías más empleadas en la construcción de sensores con CCD y CMOS. Las compactas suelen emplear CCD y las reflex CMOS. Aunque los CMOS se están imponiendo por su mayor calidad, también en las compactas.

CCD (Charge Coupled Device)

CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)


Julio-2016
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