Sensores CCD y CMOS para cámaras profesionales

Escrito por el septiembre 28, 2011 en Fotografía - Comentarios desactivados

Uno de los componentes más importantes para lograr una imagen de alta calidad con colores saturados es el sensor de la cámara digital, con el que se capta la imagen, de éste dependerá que la fotografía se puede reproducir digitalmente.

sensores CCd
Uno de los elementos más importantes en fotografía es la luz incidental de los objetos que capta, pero ¿cómo es que estos destellos de luz del exterior se transformen en una imagen digital? Gracias a los sensores CCD y CMOS que hacen posible que las ondas de luz puedan ser captadas y traducidas a una fotografía.
El sensor digital es el dispositivo electrónico que reemplaza a la película de la cámara analógica. Su función es captar la luz para convertirla en imagen, la cual se visualiza posteriormente en la pantalla trasera de la cámara digital.

Composición del sensor
El sensor de la cámara fotográfica es una matriz compuesta por millones de semiconductores de silicio, que cuentan con un elemento fotosensible microscópico con la capacidad de producir impulsos eléctricos de diferente intensidad, en función de la distinta luz que reciben.
La fabricación de silicio en semiconductores es un proceso complicado que requiere laboratorios completamente limpios y precisión microscópica. Cuando los fotones chocan en el silicio, los electrones son excitados. El número de electrones que se liberan, es directamente proporcional a la energía o intensidad de la luz.
Cada una de las celdas es un pequeño “fotómetro” que produce un flujo eléctrico variable dependiendo de la cantidad de luz que incide en la superficie. Este dispositivo percibe las variaciones de la intensidad, sin distinguir los colores de la imagen, es un dispositivo “ciego al color”, para que el sensor capte los colores, se deben emplear filtros que dividen los colores de la escena en rojo, verde y azul.

La luz se transforma en datos
A diferencia de la fotografía análoga, donde la imagen se creaba por el contacto de la luz con la emulsión de la película, en la fotografía digital la luz se convierte en impulsos eléctricos, por un dispositivo DAC (Digital-Analog Converter o Conversor Analógico-Digital), que transforma la señal eléctrica en datos digitales mediante un proceso de interpolación, para que los datos se puedan guardar en la memoria de la cámara o enviados a la computadora. El tamaño del censor es tan importante como la tecnología usada para la interpolación de la imagen.
En algunas cámaras, se puede manipular la nitidez, el tono, el contraste y la calidad final con la que el sensor capta la imagen.

Tipos de sensores
Existen dos tipos de tecnologías para sensores de un sólo disparo, en referencia al número de veces que el sensor de la cámara fotográfica se expone a la luz que pasa a través de la lente: la CCD (Charged Couple Device) y la CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). La principal diferencia constructiva entre el CCD y el CMOS es que las operaciones matemáticas de conversión análogo-digital y de ajuste se hacen en el CMOS desde el mismo chip, no requieren un circuito adicional para el cálculo, como en el CCD.
Para poder elegir entre una cámara equipada con un tipo de sensor y otro, se debe efectuar una evaluación práctica, basada en lo que realmente necesita para cada fotógrafo (preferencias personales, autonomía, programación, tamaño y calidad de impresión final requerida, etc.)
Los sensores CCD, (Charge Coupled Device), utilizan más energía, entre 2 y 5 Watts. Transmiten la información a través de las celdas hacia sus bordes, donde la información es recolectada. Proporciona buena calidad en la imagen, pero su fabricación es muy compleja y costosa. Este sensor tiene un chip externo denominado ADC, el cual se encarga de convertir los datos de cada píxel en datos digitales binarios, las que la computadora los pueda leer.
Los sistemas CCD tienen un filtro de Bayer, con tres sensores de imagen independientes (uno para cada uno de los colores primarios aditivos: rojo, verde, y azul), los cuales se exponen a la misma imagen mediante un sistema óptico de separación de imagen.

sensor CmosAunque los sensores CCD
fueron los que contaban
con la mayor calidad,
actualmente los CMOS
han evolucionado para
ser capaces de trabajar
en cualquier cámara
profesional de alta
resolución.

Existen cuatro tipos básicos de CCD:

1) Los lineales, que consisten en una fila de píxeles, dónde se debe escanear línea por línea para que la imagen se defina, es un proceso lento y requiere de motores de movimiento.

2) Los interlineales, donde cada píxel es un foto-detector y un almacenamiento de carga.

3) El sistema de marco completo de CCD, ofrece gran densidad de captura, su funcionamiento es similar a los anteriores.

4) Transferencia de datos realiza cargas temporales para aumentar la velocidad, usando buffers.

Los sensores CMOS (Complementari Metal Oxyde), semiconductor de óxido de metal que consume entre 30 y 50 mW. Están fabricados por semiconductores a partir de materias primas de uso generalizado. Se le cataloga dentro de los microprocesadores, porque puede integrar varias funciones como comprimir fotografías, cambiar los datos analógicos a digitales, mientras que el CCD, realiza estos procesos afuera del chip. Tienen la capacidad de transmitir la información en cada una de las celdas, a diferencia de la tecnología CCD, lo que evita el afecto “blooming” o de contaminación entre pixeles vecinos cuando hay sobre exposición; también permite mejores opciones de interpolación de la imagen.
Antes, los censores CCD contaban con la máxima calidad en el mercado, gracias a la nueva tecnología, los CMOS se usan en cámaras profesionales sin ningún problema de tono o saturación del color.

Sensor CMOS APS-H, Canon
Canon, anunció el desarrollo en Japón del primer sensor CMOS APS-H que alcanza los 120 megapíxeles de resolución, se encuentra disponible en el cámara Canon EOS 1D Mark IV, la cual tiene una resolución de 16.1 megapíxeles. el sensor CMOS mejora en 7.2 veces lo que ofrecen cámaras réflex digitales como el modelo Canon EOS-1Ds Mark III. El tamaño físico de los CMOS APS-H (los utilizados en las Réflex digitales) es de 2,9×2 centímetros.
El sensor permite obtener hasta 9.5 fotogramas por segundo a la máxima resolución, también permite grabar secuencias de vídeo en Full HD (1.920×1.080) sin problemas.

sensor fotografico
Filtro de Bayer para la captura de color
El patrón del filtro de Bayer que se utiliza en los sensores, es la repetición de un mosaico 2×2 de filtros ligeros con verde, rojo y azu, los cuales están interpuestos estratégicamente para aprovechar las características del sistema visual, determinando el brillo, la tonalidad y la saturación. A veces, se utiliza un patrón de filtro de 4 colores, lo que proporciona un color potencialmente más exacto, pero requiere un proceso más complicado de interpolación.
El software o soporte lógico de la cámara interpreta la información en bruto del sensor para obtener una imagen completa del color, ya que el modelo del color en RGB requiere de tres valores por casa píxel, uno por cada color aditivo. Un sólo elemento del sensor no puede registrar simultáneamente estas tres intensidades.

¿Te gustó? Compártelo:

Comments are closed.