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Timestamp: 2017-06-29 04:56:11+00:00

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antoniocuevas@gmail.comTema 27SENSORES DE IMAGEN
TIPOS27.1La unidad de captación de la imagen
27.1.1 Fenómenos fotoemisor y fotoconductor27.2Tubos de cámara y sensores de estado sólido27.3Esquema de funcionamiento del CCD27.4Obtención del color
27.4.1 Sistema de tres sensores
27.4.2 Sistema de un solo sensor27.5La tecnología HAD (microlentes)27.6Nuevos tipos de sensores
27.6.1 CMOS o APS
27.6.2 Super CCD (Fuji)
27.6.3 Super CCD SR
27.6.4 CCD de iluminación trasera (Back Illuminated CCD)
27.6.5El sensor Foveon X3: un CMOS de tres capas27.7 Tipo de sensores utilizados en cinematografía digital
27.7.1 La cámara Red OneSensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 1 de 62UNIDAD DE CAPTACIÓN DE LA IMAGEN
El sistema de captación de la imagen de un camascopio se compone del sistema óptico y del sistema
de procesamiento y registro de la imagen generada por dicho sistema óptico.
En el tema anterior hemos analizado la unidad óptica. Hablemos ahora del sistema de registro. La
misión de todas las cámaras es el registro de la imagen. Pero, a diferencia de las cinematográficas
cuya imagen no es procesada, solo registrada, en las cámaras electrónicas se da también una
manipulación, en ciertos casos “a la carta”, de la imagen obtenida por el sistema óptico. Antes de ello,
la primera misión de una cámara electrónica es efectuar la conversión de la luz reflejada por el sujeto
y transmitida por el objetivo en electricidad, es decir en una forma de energía fácilmente manipulable,
transportable y almacenable.
La imagen electrónica es la consecuencia del tratamiento y transformación de esa señal y, al igual que
el sonido se convierte en señal eléctrica por medio de un micrófono, la cámara electrónica transforma
las variaciones de luz en variaciones de electricidad. Esta transformación de luz en electricidad se lleva
cabo gracias a dos fenómenos físicos que ya eran conocidos con anterioridad a la aparición del vídeo y
la televisión: el fenómeno fotoemisor y el fenómeno fotoconductor.Fenómeno fotoemisor
El efecto fotoeléctrico fue descubierto por Hertz en
1887, estudiado por Lenard en 1900 y, finalmente, tan
satisfactoriamente explicado por Einstein en 1905 que le
supuso el Premio Nobel de Física en 1921 <1>.
Existen algunos materiales que cuando reciben luz
generan a cambio pequeñas cantidades de electricidad.
Este fenómeno se denomina fotoemisor o fotoeléctrico.
Consiste en la liberación de un electrón de la
estructura del material a cambio de absorber uno (o
varios) fotones. Esta propiedad está presente en
algunos metales y semiconductores, entre ellos el litio,
cesio, silicio <2> y selenio <3>. El silicio en estado
muy puro y cristalizado es el material que emplean los
sensores. Se da, además, la feliz circunstancia de que
las tensiones eléctricas que se producen son
directamente proporcionales a las cantidades de luz
Así, una imagen óptica, que no es sino una sucesión
de áreas de distinta luminosidad (luces y sombras), si
es proyectada sobre una capa de material fotoemisor,
generará tensiones eléctricas distintas en cada área,
según la luminosidad (cantidad de luz) que reciba
cada una de estas zonas de la imagen óptica.Cuando la superficie de ciertos metales recibe luz bajo
determinadas condiciones, dichos metales emiten
electrones, es decir, una pequeña corriente eléctrica.Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 2 de 62Este fenómeno se había utilizado con anterioridad en la construcción de fotómetros y exposímetros
para fotografía y cine. En la actualidad existen diversas aplicaciones de las células fotoeléctricas de
selenio como pueden ser las pequeñas calculadoras sin baterías, los sistemas de apertura automática
y, desde luego, los paneles para producir electricidad a partir de la energía solar.
En nuestro caso, el fenómeno fotoeléctrico permite
convertir las variaciones de luminosidad en
variaciones de corriente eléctrica, una forma de
energía fácilmente manipulable, transportable y
almacenable <4>
En la práctica, cuando la luz incide en el sensor, se
almacena como una carga eléctrica en cada fotocelda.
Un fotón o varios de ellos producen un electrón
(conversión de energía luminosa en energía eléctrica), y esa energía
convertida se lee ahora como un voltaje. El siguiente paso consiste en transformar ese voltaje en
datos digitales, e implica un convertidor analógico-digital o CAD. Pero como todo ello es información
monocromática, es necesario intercalar ante el sensor, en unas cámaras un prisma de separación
(Beam Splitter), en otras un mosaico de filtros de color. Este mosaico tiene un patrón de filtros rojo,
verde y azul aunque, como veremos enseguida, hay el doble de elementos con filtro verde que con
filtro rojo y azul, debido a la mayor sensibilidad y poder de resolución del ojo a la longitud de onda
verde. De esta forma se pierden dos tercios de la información cromática de la escena. Ahí entra en
escena el procesador de la cámara que ha de interpolar los datos mediante un procedimiento
asimismo llamado “interpolación cromática” que permite “fabricar” los valores de los píxeles perdidos
en función de los valores de los adyacentes.<1> Por sus explicaciones sobre el efecto fotoeléctrico y sus numerosas contribuciones a la física teórica, Albert
Einstein obtuvo en 1921 el Premio Nobel de Física y no, como erróneamente se cree, por la Teoría de la
Relatividad, pues el científico a quien se encomendó la tarea de evaluarla, no la entendió, y la Academia Sueca
temió correr el riesgo de que posteriormente se demostrase que fuese errónea pues en aquella época era
considerada muy controvertida por buena parte de la comunidad científica. (www.wikipedia.org).
<2> El silicio, de símbolo Si, es un elemento semimetálico, el segundo elemento más común en la Tierra
después del oxígeno (constituye un 28% de la corteza terrestre). El silicio cristalino tiene una dureza de 7,
suficiente para rayar el vidrio. (www.elaparato.com)
<3> Selenio (del griego selenion, “resplandor de la luna”), de símbolo Se, es un elemento semimetálico. Se
presenta en forma de polvo rojo y se caracteriza por producir electricidad cuando recibe un flujo luminoso. Las
células de selenio - las más antiguas utilizadas para exposímetros - son de gran tamaño y relativamente poco
sensibles, de forma que no son de utilidad con iluminaciones débiles. Tienen sin embargo la ventaja de ser las
únicas que no necesitan baterías y de presentar una sensibilidad bastante parecida a todos los colores, por lo
que sus indicaciones son fiables incluso cuando se interponen filtros de color. Su precisión es también excelente.
<4> Hay un segundo y útil fenómeno del que hemos hablado en los capítulos de fotometría: el llamado
“fenómeno fotoconductor”. En esta ocasión la luz no genera electricidad, pero sí es capaz de modificar la
resistencia eléctrica de algunos materiales, de los cuales el primero en descubrirse fue el sulfuro de cadmio (CdS
en inglés). La fotorresistencia es la propiedad más utilizada en los fotómetros y exposímetros de última
generación. Ambos fenómenos, fotoemisión y fotoconducción, conducen a lo mismo: convertir las variaciones de
luminosidad en variaciones de corriente eléctrica, una forma de energía fácilmente manipulable, transportable y
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 3 de 62TUBOS DE CÁMARA Y SENSORES DE ESTADO SÓLIDO
El elemento básico que determina muchas de
las características de una cámara electrónica o
un camascopio, sean o no digitales, es el
sensor, el dispositivo electrónico que reemplaza
Aunque existían quienes en su momento
defendían que las cámaras de tubos respondían
en forma más fluida a los finos matices de
iluminación que algunos de los primeros
dispositivos de captación de estado sólido (CCD,
CMOS, etc), lo cierto es que los antiguos tubos
de cámara han quedado totalmente descartados hoy en vídeo profesional y
televisión por su alto consumo eléctrico, fragilidad en la alineación, y el gran
volumen y peso que transmitían a la cámara. Además, resultaban delicados,
perecederos, muy sensibles a los cambios de temperatura, requerían
calentamiento previo y originaban ciertos errores de geometría en la imagen
producida, similares en su forma a ciertas aberraciones ópticas de los objetivos <5>.Tubo RCA 2P23 de 1948, uno de los
primeros del tipo Orthicon. Precio: $1.200
(equivalentes a unos $9.400 actuales)Cámara SONY
DXC-1820P,
equipada de 3
tubos Saticon de
2/3 de pulgadaLa alternativa, eficiente y liviana, a los
viejos tubos la constituyeron los llamados
CCD, Charge Coupled Device, “dispositivos
de carga (eléctrica) interconectada” en
traducción literal o “dispositivos de
transferencia de carga” en traducción
más acorde con la función que
desempeñan como veremos enseguida.
Estos sensores de imagen en estado
sólido resultan considerablemente más
robustos y estables, y tienen una
tolerancia mayor (aunque siempre
limitada) con respecto a los niveles
extremos de luz que los tubos <6>Debido a su discreto
tamaño y menor
avidez de voltaje, posibilitan cámaras mucho más compactas y
de menor consumo de energía (siempre escasa en exteriores).
Otras dos considerables ventajas son que necesitan bastante
menos luz para producir una buena imagen y que registran
una buena relación de contraste (son más tolerantes con
respecto a las variaciones entre zonas oscuras y claras de la
escena). Los mejores de ellos están hoy alcanzando los
excelentes niveles obtenidos en esta tolerancia (denominada
“latitud” o “rango dinámico”) por el negativo cinematográfico.Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 4 de 62Los sensores de estado sólido, son también más baratos de
producir, térmicamente estables, no necesitan
precalentamiento, resultan mucho más resistentes a golpes
y vibraciones, insensibles a campos magnéticos y su vida es
prácticamente ilimitada <7>. Por el contrario, los tubos de
imagen tenían una vida restringida y su coste de reposición
era alto en dinero (una terna de Plumbicon de una pulgada
podía costar $30.000) y sobre todo en tiempo (necesitaban
especialistas con herramientas sofisticadas). Los tubos,
además, resultaban inestables requiriendo ajustes
frecuentes de convergencia (alineamiento). Los elevados
gastos de operación, dada la cantidad de horas/hombre que
exigía la tecnología de tubos, fue la razón final de su
cambio por los CCD, cronológicamente, los primeros
sensores de estado sólido disponibles en vídeo y televisión.
Los CCD son sensores de imagen en estado sólido ubicados
en una matriz de pequeñas celdas militarmente alineadas
en filas y columnas. Cada una de esas celdas es un
elemento fotosensible microscópico, con la capacidad de
producir impulsos eléctricos de distinta intensidad en
función de la cantidad de luz que recibe. Cada celda es,
entonces, como un pequeño panel solar que producirá un
flujo eléctrico variable según la cantidad de luz que incida
sobre ella. Su funcionamiento es, en cierta forma, similar
al ojo humano, haciendo los píxeles en el CCD una
función equivalente a la de los conos en el ojo <8>.Primer prototipo de cámara fotográfica por
CCD, obra del ingeniero Steven J. Sasson, y
fabricada por Kodak en 1975. Pesaba 4 kilos
y se necesitaban 23 segundos para que el
primitivo CCD de 200 x 200 píxeles grabara
una rudimentaria imagen en blanco y negro
sobre un casete de audio tipo PhilipsLa superficie de estos diminutos sensores de imagen
está dividida en un gran número de elementos de
imagen llamados píxeles <9> y en los que se
genera una corriente eléctrica (un voltaje) en
función de la iluminación producida por la imagen
óptica, es decir, la imagen proporcionada por el
objetivo.Cámara portátil de tres CCD
fabricada por RCA en 1983.
Aunque enorme y pesada
comparada con las actuales,
resultó magnífica en su tiempoLa tecnología de los
primeros sensores de
estado sólido, los CCD,
apareció en 1969 obra
George Smith y Willard Boyle, padres del CCD
Bell Laboratories: George
Smith y Willard Boyle <10>. Originalmente se concibió como un nuevo
tipo de memoria de ordenador pero pronto se observó que tenía
muchas más aplicaciones potenciales tales como el procesamiento de
señales y sobre todo la captación de imagen, esto último debido a la
sensibilidad a la luz que presenta el silicio <11>.Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 5 de 62Cuando la luz penetra en la cámara electrónica a través del objetivo, acaba incidiendo sobre los
pequeños chips (su tamaño se mide en milésimas de milímetro) sensibles a la luz, cuya superficie de
forma rectangular normalmente (cuadrada en alta definición), está compuesta por centenares de
miles o millones de células microscópicas que se comportan como minúsculas células
fotovoltaicas, cada una generando una pequeña carga eléctrica proporcional a la luz que incide
sobre ella. El número de electrones se mide y, a continuación, se convierte en un valor digital. Este
último paso se produce fuera del sensor CCD, en un componente de la cámara denominado conversor
analógico-digital, de alta importancia en la calidad de la imagen obtenida.
Fragilidad en la alineación
(convergencia mecánica)
Gran volumen y peso
Delicados, muy sensibles a los
Perecederos (una terna de
Plumbicon de una pulgada podía
costar $30.000).Tubo RCA 2P23 de 1948, uno de
los primeros del tipo Orthicon.
Precio: $1.200 (equivalentes a
unos $9.350 actuales) >Los elevados gastos de operación (cantidad de horas/hombre) de la
tecnología de tubos fue la razón final de su cambio por los CCD.SENSORES DE ESTADO SÓLIDOCCD = Charge coupled deviceDispositivo de carga (eléctrica)
Necesitan menos luz (más sensibles). No precalentamiento.
Mayor tolerancia a niveles extremos de luz (ya casi como la
Pequeños, consumen poco à cámaras compactas.
Más baratos, más resistentes a golpes y vibraciones.
Vida prácticamente ilimitada (excepto píxeles muertos)Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 6 de 62<5> Existieron tubos de imagen cuyo
problema principal, aparte de los
mencionados, era su mala respuesta al
color. No obstante hay que mencionar
al tubo denominado Orticon como
aquel que mayor calidad alcanzó con
las cámaras de blanco y negro y una de
cuyas más apreciadas virtudes era la
sensibilidad fotométrica (capacidad de
producir imágenes nítidas con poca
luz). En las muy pocas cámaras de
televisión o vídeo que en la actualidad
aún pudieran encontrarse utilizando
tubos, éstos son del tipo fotoconductor
y los más evolucionados han sido el
Plumbicon (Philips, imágenes de la
derecha), Saticon (Hitachi) y Newvicon
(Matsushita). Aunque muy reducido,
existe todavía un mercado residual para
las cámaras de tubos en aplicaciones
industriales como monitoreo y
vigilancia.<6> El mayor rango dinámico (tolerancia respecto a los niveles extremos de luz) es, desde el punto de vista de
la calidad de imagen, la aportación más valiosa de los sensores de estado sólido.
<7> En referencia a las cámaras digitales para fotografía fija, aunque la tecnología que las hace posibles haya
avanzado enormemente, la causa más común de su muerte es la misma que en las viejas cámaras analógicas:
el desgaste del sistema de obturación, es este componente mecánico el que sigue determinando su tiempo de
vida. Los fallos van desde una respuesta más lenta del espejo, hasta la “explosión” del sistema completo debido
a la ruptura de los soportes de los resortes. Se han reportado casos en los que alguna pieza es disparada contra
el sensor lo cual inutiliza la cámara por completo.Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 7 de 62Los fabricantes afirman que está probado que sus cámaras funcionan como mínimo hasta cierto número de
disparos. Superado este, hablan de un promedio; una buena réflex puede estar por debajo o sobre este
promedio. Solo se sabrá cuando haya dejado de funcionar.
Nikon es la única marca que comunica estos datos abiertamente en su página de soporte técnico, aunque solo
están disponibles los de modelos recientes. Los números publicados son:
* Las D5000, D5100, D3000 y D3100, así como la mítica D90, deberían funcionar correctamente más de
* Las D7000, D300(s) y D700 soportaron en pruebas 150.000 disparos.
* Las cámaras de la serie D3 deberían aguantar 300.000 ciclos.
Canon, mucho más reticente, reveló en octubre de 2011 que gracias a un sistema rediseñado y construido en
fibra de carbono, su nueva EOS D1 X debería tener una vida útil de más de 400.000 mil disparos. Para modelos
anteriores, las cifras oficiales fueron finalmente entregadas tras la constante presión a la marca por parte de
ciertos blogs especializados. Los datos recolectados son:
* La extinta 20D y los dos primeros modelos de la línea Rebel, las 350D (XT) y 400D (XTi), tenían una
vida útil de 50.000 ciclos.
* Las siguientes tres Rebel (450D, 500D y 1000D); las 30D, 40D, 50D y 60D; y la 5D de primera
generación, deberían funcionar sin problemas 100.000 veces.
* Las 7D y 5D MkII aumentan su expectativa de vida a 150.000 disparos.
* Las 1D y 1Ds de segunda generación deberían durar 200.000 ciclos.
* Las 1D y 1Ds MkIII, y la 1D Mk IV, los últimos modelos antes de la unificación de ambas líneas en la
1D X, debería resistir 300.000 disparos.
Canon no ha entregado datos oficiales de duración para las últimas Rebel (550D, 600D y 1100D), aunque es de
esperarse que este sea también de 100.000 disparos, ya que la 60D de gama más alta comparte ese límite. Al
parecer, otras marcas como Sony y Pentax tienen cifras similares para las gamas equivalentes.
Teniendo estos datos, se puede estimar la vida restante promedio de la cámara consultando el contador de
datos que muchas de ellas incorporan. En el caso de Canon existe una utilidad llamada EOSInfo que al iniciarlo
con la cámara conectada vía USB a la computadora, informa este número además de la información de
copyright, dueño y artista que se embebe a cada imagen. Para la línea Nikon es mucho más sencillo. Este
número es embebido en cada foto a través de los metadatos EXIF. Con cualquier lector de datos EXIF en la
sección maker-notes se encuentra un campo llamado Total Number of Shutter Releases for Camera con el dato
en cuestión. Un buen programa para hurgar en estos metadatos es Opanda IExif
<8> Los millones de elementos de filtrado del rojo, verde y azul o celdas fotográficas de una matriz grande son
comparables a los conos de la fóvea en el ojo humano. La intensidad de la luz es convertida en señales
eléctricas tanto en el ojo como en el CCD. En éste, las partículas luminosas conocidas como fotones entran en el
cuerpo o substrato de silicio de un elemento, suministrando la energía adicional necesaria para liberar los
electrones cargados negativamente de los átomos de silicio. Cada elemento lleva una puerta o contacto
electrónico o acoplado. Cuando se aplica un determinado voltaje a este contacto, la zona de silicio situada
debajo se hace receptiva a los electrones liberados, funcionando como un recipiente o alvéolo. La carga total
negativa de los electrones contenidos en el alvéolo es proporcional a la luz introducida en el elemento.
<9> La Academia Española de la Lengua aceptó el uso de la palabra píxel, la cual define así: “superficie
homogénea más pequeña de las que componen una imagen, que se define por su brillo y color”. El término
original inglés es una contracción de picture (pix) y element. El plural, en idioma español, de la palabra píxel, es
píxeles, también escrita con tilde al tratarse de una esdrújula.Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 8 de 62<10> Willard Boyle y George Smith recibieron en el año 2006 el premio de la Academia Nacional de Ingeniería
de EE.UU dotado con la cantidad de 500.000 dólares como reconocimiento a la invención del sensor CCD, que
puede ser encontrado tanto en muchas cámaras digitales como en equipos sofisticados, caso del telescopio
Hubble y los vehículos que se enviaron a Marte. En octubre de 2009 recibieron el Premio Nobel de Física
(compartido con Charles Kao)
Boyle y Smith tuvieron la idea en 1969 mientras trabajaban para los Laboratorios Bell. ”Fue después de más o
menos una hora de trabajo” recuerda Boyle, “fuimos al pizarrón y ahí realizamos algunos bosquejos. Más tarde
fuimos al laboratorio de modelos y fabricamos uno”.
Los Laboratorios Bell son varios centros de investigación científica y tecnológica ubicados en más de diez países
y que pertenecen a la empresa estadounidense Lucent Technologies. Sus orígenes se remontan a los
Laboratorios Telefónicos Bell, los cuales fueron fundados en el año de 1925 en el estado de Nueva Jersey por la
empresa AT&T.
NOBEL DE FÍSICA A LOS DOMINADORES DE LA LUZ QUE LLEVARON A LA COMUNICACIÓN POR
FIBRA ÓPTICA Y LA FOTOGRAFÍA DIGITAL
Charles Kao, William Boyle y George Smith pusieron en el Reino Unido y Estados Unidos las bases
de múltiples aplicaciones prácticas en optoelectrónica
El País, Madrid, 6 de Octubre de 2009
Tres veteranos científicos que lograron hace varias décadas dominar la luz y dieron lugar a aplicaciones
prácticas en la electrónica y las comunicaciones, como los sensores de imagen de las cámaras digitales y la
transmisión por fibra óptica a larga distancia, han obtenido el premio Nobel de Física. Charles Kao, nacido en
China en 1933 y que trabajaba en los laboratorios de Standard, en el Reino Unido, puso las bases para una
transmisión eficiente de una enorme cantidad de información a través de la luz por las fibras ópticas, sin la cual
no existiría la comunicación casi instantánea como la de Internet. Se lleva la mitad del premio, dotado con
980.000 euros.Los científicos Charles K. Kao, Willard S. Boyle y George E. Smith, galardonados
con el Premio Nobel de Física por sus investigaciones en optoelectrónica.- EFE
William Boyle (nacido en Canadá en 1924) y George Smith (nacido en 1930 en Estados Unidos) crearon en los
Laboratorios Bell de Estados Unidos el circuito semiconductor de imagen CCD (Charged Coupled Device), el
sensor que es la base de la fotografía digital y ha introducido los píxeles (unidades de información) en el
lenguaje habitual. Por ejemplo, el telescopio espacial Hubble toma sus espectaculares imágenes a través de una
avanzadísima cámara CCD. Estos científicos comparten la otra mitad del premio.
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 9 de 62"Son inventos que han cambiado completamente nuestras vidas y también han proporcionado herramientas
para la investigación científica", dijeron los representantes de la Academia de Ciencias sueca durante el anuncio
del galardón, a las 11.45 en Estocolmo.
La tecnología CCD se basa en el efecto fotoeléctrico que predijo Albert Einstein, y que le valió el premio Nobel
en 1921. Este efecto hace que la luz se transforme en señales eléctricas. El hecho de que permita captar
imágenes sin recurrir a la película y en forma digital ha hecho explotar las posibilidades de la fotografía y el
video, incluidas las científicas, y facilita la transmisión de las imágenes por las redes mundiales de
comunicaciones, basadas en gran parte en la fibra óptica, de la que ya hay instalados 1.000 millones de
<11> La primera cámara fotográfica basada en la tecnología CCD que logró impacto fue la Sony Mavica cuya
presentación en 1981 supuso una auténtica revolución. Aunque no llegaría a comercializarse, sentó las bases de
los aparatos que hoy conocemos. Se trataba de
una SLR basada en una cámara de vídeo a la que
se había incorporado un obturador (1/60 segundo)
para captar imágenes fijas. Contaba con ópticas
intercambiables y discos magnéticos (Mavipak)
para guardar hasta 50 imágenes.Canon realizaba los primeros experimentos prácticos con laimagen electrónica y la transmisión telefónica de fotografías
en 1984, coincidiendo con los Juegos Olímpicos de Los
Ángeles. Dos años después, sería la primera marca en
comercializar una cámara digital: la Canon RC-701 (RC: Realtime Camera). El sistema completo de aquella
maravilla del momento, de
180.000 píxeles (0,18Mp)
costaba nada menos que
Canon real izaba los
27.000 dólares (unos
primeros experiment os
práct icos con l a imagen
$56.000 actuales).
electró nica y la
de fotografías en 1984,
coinc idiendo con los
Juegos Ol ímpi cos de
Lo s Ángeles.Stil l Video Camera
En 1986, Canon sería la primera marca en comercializar
una cámara digital: la RC-701 (RC: Realtime Camera).
El s istema completo de aquella maravilla de u nos 180.000 pí xeles (0,18 Mp)
costaba 27.000 dólares (unos $56.000 de 2011)Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 10 de 62ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DEL CCD
Su funcionamiento es sencillo: el CCD
presenta una serie de pequeños
“condensadores” o elementos de
imagen, formados por tres capas: una
superior sensible a la luz, una intermedia
aislante y una inferior que actúa como
“almacén” de electrones que suele
denominarse sustrato.
Cuando un haz de luz llega al CCD, los
fotones inciden en la capa superior
originando electrones: aproximadamente
por cada dos fotones que se reciben,
al menos uno de ellos origina un
electrón; la capa inferior (sustrato) va
acumulando los electrones originados es decir, funciona como una especie de “almacén”. Su
funcionamiento se basa en el fenómeno fotoeléctrico.
Después de un determinado tiempo de exposición a la luz, un circuito adecuado va “leyendo” los
“almacenes” uno a uno y de manera ordenada y secuencial, haciendo que los electrones se desplacen
físicamente desde la posición donde se originaron (en la superficie del chip), hacia el amplificador de
señal con lo que se genera una corriente eléctrica que será proporcional al número de fotones que
llegaron al píxel. Cada “almacén” queda así vacío y listo para recoger el siguiente cargamento de
electrones. Cuando todos los píxeles ya han sido leídos, el mapa de voltajes resultante puede ser
convertido en un mapa lumínico, es decir, en una imagen, en base a un concierto bien simple: alto
número de cargas resultan en áreas brillantes, bajo número de cargas en áreas oscuras.
Las cargas eléctricas que se
han ido acumulando en los
píxeles van saliendo del chip
de manera ordenada, por
filas y columnas; estos
voltajes analógicos <12>
después son manipulados por
adecuados, según un
protocolo determinado, de
manera que al final ese
conjunto reticulado de
pequeñas manchas claras y
oscuras forman una imagen,
una especie de mapa de bits
brillantes y oscuros, de modo
similar a una fotografía
aunque aquí los clásicos
granos de haluros de plata serían los equivalentes a los píxeles.
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 11 de 62Repitamos el proceso, en términos más gráficos y esquemáticos:
1.- En cada uno de los
píxeles o elementos de
imagen se genera un
pequeñísima corriente
eléctrica en función de
producida por la imagen
2.- Tras la capa fotosensible se
encuentra dispuesta una red de
electrodos receptores en donde se
condensan las cargas eléctricas
generadas en los píxeles (debido a que
dichos electrodos están polarizados por
una corriente eléctrica positiva que
atrae las cargas eléctricas de los electrones que son negativas).
Intercalados entre los electrodos receptores existe una segunda red de electrodos cuya polaridad es
cero (sin corriente) que reciben el nombre de electrodos de transferencia.
3.- Si ahora se invierte la polaridad
de los electrodos, los de transferencia
quedan positivos y los receptores
quedarán “cero” lo que provoca la
transferencia de las cargas
eléctricas, desplazándose un lugar a la
derecha de su primitiva situación.
4.- Un nuevo cambio de polaridad
provocará un nuevo desplazamiento
hacia el siguiente electrodo, y así
sucesivamente hasta que todas las
cargas hayan salido de la fila a través
del elemento de medida X, que es el
encargado de suministrar la señal de
vídeo al ir recibiendo continua y secuencialmente nuevas aportaciones de cargas eléctricas.
Los píxeles de los CCD están organizados en
un patrón geométrico que en cámaras de
vídeo profesional toma la disposición
rectangular (filas y columnas). Fuji (arriba en
la página siguiente) utiliza la disposición
octogonal (panel de abeja) en su, así
llamado, Super CCD que enseguida veremos
con más detalle.Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 12 de 62Existen diferentes tamaños
de sensores electrónicos
para las cámaras de vídeo;
los más comunes son: 2/3
de pulgada, 1/2 pulgada,
1/3, 1/4 y 1/6. Los
principales fabricantes son
Dalsa, Kodak, Sony y Fuji.
utilizan sensores mucho
mayores, del tamaño del
negativo cinematográfico
en 35mm, de área casi 9 veces mayor que la alta definición en 2/3, como veremos enseguida.
El área de imagen en un CCD de 2/3” en formato 4:3 es sólo ligeramente menor que el área de
imagen en el negativo cinematográfico de 16mm. El CCD de 2/3 en formato 16:9 también es similar al
área del negativo de Super16mm, la diagonal del CCD es de 11mm mientras que la diagonal del
Super16 es 14,4mm. Por tanto las tablas de profundidad de campo (calculadores llamados Kelly en el
argot cinematográfico) son, en la práctica, de aplicación para estos CCD. En la tabla inferior se
detallan todas estas dimensiones.Sensor
Super16RatioDiagonal (mm) Ancho (mm) Alto (mm)4:3
12,83,6
9,61,5:14336241,33:1
1,78:131,1
14,424,89
12,418,67
7,49Los formatos de alta definición comprimida, HDV y ProHD trabajan con sensores de 1/3” (e incluso
menores: la Sony HDR-V1 equipa tres CMOS de un cuarto de pulgada) cuyo tamaño diminuto
produce una enorme profundidad de campo que dificulta extraordinariamente la obtención del foco
diferencial. La única solución, como vimos en el capítulo correspondiente, es utilizar adaptadores para
acoplar ópticas cinematográficas de 35mm (o incluso de 16mm). El inconveniente es el alto coste de
estos adaptadores.Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 13 de 62No todos los CCD son iguales ni todos ellos
perfectos. Las fábricas no establecen un sólo
nivel de calidad, algunas unidades salen con
más defectos que otras. Un CCD teóricamente
“perfecto”, es aquel en que todos los píxeles
son fotodetectores (no hay píxeles
“muertos”), teniendo un nivel de correlación
La diagonal de cada formato (6-8-11-16mm)
lineal menor al 5% (menos del 5% de
corresponde a la distancia focal de su objetivo normal
diferencia medida en la carga de dos píxeles
que teóricamente reciben la
misma luz). Este CCD “perfecto”
La diagonal de un
se denomina grado 0 y,
sensor 2/3” en
obviamente, es el más caro y
formato 4:3 es sólo
difícil de fabricar. El CCD de grado
que la del negativo
2 o 3 suelen ser suficientes para
de 16mm. >
aplicaciones de exigencias medias
y bajas. La diferencia de precio
ente un grado 0 y un grado 3
Aunque la diferencia
es mayor, la
puede ser de hasta 6 veces.
de 2/3 en formato
16:9 es similar a la
del de Super16mm.35mm1,33:131,124,8918,6716mm1,33:112,710,267,49Super161,78:114,412,47,49La profundidad de campo en
2/3”, 16mm y Super 16 es similar<12> Desde principios de los años
90, las cámaras de video y TV han
sido equipadas con CCD. Estos chips
han sido divididos en una fina malla
de elementos individuales de
imágenes que llamamos píxeles. Los
sensores de dichos píxeles
permanecen hoy día siendo analógicos ya
que su salida es una señal eléctrica de
voltaje variable según la luz que incide
sobre ellos. Por tanto podemos decir con
propiedad que no existe hoy ninguna
cámara de vídeo, tampoco las de alta
definición, que sea 100% digital.Pero la paradoja continúa. Algunos autores
arguyen (una tanto retóricamente quizá)
que hay otro medio que, en este particular
sentido, sí es digital porque sus sensores
de imagen funcionan por el código binario
“si o no”. Es un sistema capaz de un
extraordinario detalle, más que la HDTV, y
de un rango de trabajo muy amplio gracias
al uso de cantidades gigantescas de estos
sensores individuales que reaccionan a la
luz que les llega. Cada sensor es digital,
está o no está impresionado. Su enorme
cantidad produce un vasto abanico de
posibilidades tonales y cromáticas. Los sensores se llaman granos. Y ese medio de captación se llama película.Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 14 de 62OBTENCIÓN DEL COLOR
Los sensores electrónicos, a pesar de su fotosensibilidad (capacidad de reaccionar a las variaciones de
intensidad de la luz), no distinguen los colores de la imagen. Son dispositivos, por decirlo así,
"ciegos" al color. Veamos qué dos procedimientos existen para superar esta carencia.Sistema de tres sensores
La unidad de registro de la imagen
de una cámara de tres sensores se
ubica detrás del objetivo y es uno
de los sectores clave del equipo.
Antes del prisma de separación se
antepone un filtro de vidrio óptico
para eliminar la parte del espectro
no visible, es decir, el infrarrojo y
el ultravioleta. El bloque se
compone de un prisma dicroico <13> montado en una
armadura, que se aloja en forma precisa en un
compartimiento que permite la instalación y retiro de la
pieza.La luz blanca que penetra por el objetivo
encuentra a su paso un primer filtro dicroico
cian que refleja el rojo y deja pasar azul y
verde. Mientras el rojo llega a su CCD, la luz
azul y verde es interceptada por un segundo
filtro dicroico verde que refleja el azul
hacia su CCD y deja pasar la luz verde que
finalmente también alcanza el suyo.El prisma tiene la misión de dividir la imagen que recibe
del objetivo, en tres imágenes espectrales (filtradas) en
los colores primarios del espectro; por ello se le
denomina divisor del haz (Beam-Splitter). En este prisma se
ubican los tres captadores de imagen, bien tipo CCD, bien tipoCMOS.Ya hemos dicho que el
sensor de imagen es,
hablando con propiedad, un
dispositivo en blanco y negro
porque a más luz más señal,
sin importar su calidad
cromática. Hay dos métodos
en color. Uno es utilizar tres
sensores distintos, cada uno
de ellos alojado detrás de un filtro de color. Es lo que conocemos
como cámara de tres CCD <14> o de tres sensores. Como se aprecia en la
Prisma divisor del haz
con sus tres CCD
imagen superior, la luz es descompuesta por filtros dicroicos y desviada hacia
tres sensores, uno para cada color primario. Los sensores para el verde y
rojo suelen ser idénticos pero el sensor azul suele estar optimizado para este color.Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 15 de 62SISTEMA DE TRES SENSORESAntes del prisma de separación se antepone un filtro
óptico para eliminar la parte del espectro no visible
DEyTRES
ultravioleta).La luz blanca que penetra por el objetivo encuentra a su
paso un primer filtro dicroico cian que refleja el rojo y deja
pasar azul y verde. >
rojo de la luz blanca llega a su CCD
DE TRES SENSORESLa luz azul y verde es interceptada por un segundo filtro
dicroico en color verde que refleja el azul hacia su CCD. >
El dicroico verde deja pasar la luz verde que finalmente
también alcanza su CCD.
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 16 de 62La separación de los colores en las cámaras de tres tubos también
se hacía mediante espejos y filtros dicroicos. Estos tienen la
propiedad de reflejar un primario concreto y ser transparentes a
los otros dos. Los tres haces de luces separados que se dirigen a
los tubos (o CCD), se convierten en ellos en señales eléctricas, a
las que llamamos señal de video roja, señal de video verde y señal
de video azul. Los filtros dicroicos realizan la siguiente función:
E1 = espejo ordinario (refleja la luz roja)
E2= Filtro dicroico cian que refleja el color rojo y deja pasar el
E3= Filtro dicroico verde que refleja el azul y deja pasar el verde.
E4= espejo ordinario (refleja el azul)En el gráfico, el esquema correspondiente a una cámara de tres CCD. En este caso, al ser otra la
disposición de los sensores, varían también los filtros dicroicos correspondientes aunque el
funcionamiento básico es exactamente el mismo. Un primer filtro dicroico amarillo, refleja el azul y
deja pasar verde y rojo. Un segundo dicroico verde refleja el rojo y deja pasar el verde. La imagen
final se forma con los porcentajes correspondientes a la ecuación fundamental de la luminancia de
forma que el blanco generado por la cámara sea el blanco que reconoce como tal el ojo humano
(30% de rojo, 59% de verde y 11% de azul).Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 17 de 62La curva del gráfico representa la particular
sensibilidad cromática del ojo. A causa
de ella no todos los colores se aprecian con
la misma claridad o brillo. Si bien
necesitamos los tres colores primarios para
formar el blanco, los necesitamos en
proporciones distintas: un 30% de rojo, un
59% de verde y un 11% de azul. Con estas
proporciones, la mezcla observada producirá
en nuestra retina la impresión de blanco.
Teniendo en cuenta esta sensibilidad
particular, fue el físico y matemático
Grassmann quien primero llegó a la
conclusión de que, cuando la retina humana es
Curva de sensibilidad espectral del ojo humano,
excitada por una unidad de iluminación
tricromática, las cantidades respectivas de los
colores primarios no son iguales sino, de acuerdo a la curva de sensibilidad espectral del ojo,
desiguales en la siguiente proporción:
Esta simple fórmula
matemática se denominaecuación fundamental de
la luminancia y establece la
relación entre el brillo y los
tres colores fundamentales.
Los porcentajes que se
muestran en la ecuación
corresponden a la brillantez
relativa de los tres colores
primarios.Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 18 de 62Como ya sabemos, muchas
cámaras profesionales están
equipadas de ruedas de filtros
controladas mecánicamente
(girando la rueda externa de
filtros en uno u otro sentido)
disponiendo además de la
correspondiente advertencia en
el visor. Estas ruedas contienen
filtros de conversión de
temperatura de color y filtros de
densidad neutra combinados
Las cámaras construidas con la tecnología de tres sensores son más caras, no solo porque tienen que
triplicarse los componentes, sino porque la terna de sensores exige absoluta perfección mecánica de
forma que la luz procedente de un mismo punto del objeto incida exactamente en las mismas
coordenadas de píxel en cada uno de los tres sensores. Y la perfección mecánica resulta cara.
Hasta no hace mucho, las cámaras de tres sensores eran la opción profesional clásica para la captura
de imágenes en movimiento con buena resolución y calidad cromática. Sin embargo, en muy poco
tiempo las cosas han cambiado mucho como veremos enseguida. No es en vano que fabricantes de
primerísima línea como Arriflex en sus D-20, D-21 y Alexa, cámaras para cinematografía electrónica,
haya optado por un único CMOS como sensor de imagen en lugar de la típica triada de CCD que en
el caso de la nueva Panavision Genesis se convierte en un único CCD, aunque grande (tamaño Super
35/4p).<13> La palabra dicroico, de origen griego, quiere decir "dos colores"; el vidrio dicroico refleja un color (cuando
la luz choca con la superficie del vidrio) y transmite el opuesto es decir, tiene la propiedad de reflejar los rayos
luminosos de una parte del espectro visible, y transmitir el resto perfectamente. Por este motivo, si se observa
un filtro dicroico al natural, éste parece espejado en coloración complementaria al color que transmite; así, los
filtros dicroicos azules utilizados en iluminación parecen espejos amarillos. Los filtros dicroicos tienen la
particularidad de resultar muy estables, duraderos y termo-resistentes. El vidrio dicroico se fabrica en una
cámara al vacío, donde el vidrio caliente es revestido con múltiples microcapas de óxidos metálicos (selenio,
titanio, magnesio, y otros) que han sido vaporizados. Es utilizado mediante espejos o prismas para dividir el
espectro luminoso en las bandas de los tres colores primarios: rojo, verde y azul.
<14> La ortografía de la frase “cámaras de tres CCD” es correcta. Algunas palabras como “CCD, CMOS,
scouting, catering, casting, travelling, zoom, dolly, steadicam, western, film noir, web”, etc, originarias
de otro idioma, comparten la misma forma para el singular y plural. No debe escribirse CCD’s, o zooms aunque
coloquialmente lo pronunciemos así.
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 19 de 62FILTROS DICROICOS
Solo transmiten ciertas
longitudes de onda de la
luz, reflejando el resto
del espectro en lugar de
Se basan en el fenómeno
Filtraje muy sel ectivo.
Vistos por fuera reflejan los colores que sustraen; mirando a s u
través se observa el color que transmite (dicroico = doble color)
Útiles en iluminación donde el material filtrante está sujeto a altas
temperaturas. Extremadamente resistentes a la degradación: no
quema n
porque no absorben calor, lo reflejan.
DICROICOSEl filtro transmite de manera mucho más discriminada, es
prácticamente solo verde la longitud de onda que logra atravesarlo.Arriba un filtro ámbar
Abajo un filtro ámbar de
La eficiencia del filtro dicroico
es considerablemente mayor
que la del de absorción.Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 20 de 62En las cámaras de tres tubos se utilizaba igualmente una
combinación de dicroicos y espejos. >
La luz blanca (azul + ve rde + rojo) llega al primer filtro dicroico
cian (E2). >
El componente rojo es reflejado hasta E1 (un espejo) que lo
reenvía al sensor rojo.E2= el filtro dicroico cian que ha reflejado el rojo ………..
……. deja pasar verde y azul. >
E3= filtro dicroico verde que refleja el azul …….
….. y deja pasar el verde.
E4= espejo ordinario (refleja el azul)Un primer filtro dicroico amarillo, refleja el azul y deja pasar verde y rojo. >
Un segundo dicroico verde refleja el r ojo y deja pasar el verde. >
La imagen final se forma con los porc entajes correspondientes a la ecuación
fundamental de la luminancia de forma que el blanco generado por la cámara
sea el blanco que reconoc e como tal el ojo humano (30% de rojo, 59% de
verdeSensores
y 11% de de
imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 21 de 62Sistema de un solo sensor
El segundo método de obtención de una
señal cromática es utilizar un solo sensor que
tiene en cada píxel su propio y minúsculo
filtro de color. Este filtro de color es conocido
como filtro CFA o mosaico de Bayer por su
inventor Bryce Bayer de Eastman Kodak. Se
trata de una malla cuadriculada de filtros
rojos, verdes y azules que se sitúa sobre el
sensor digital de imagen (CCD o CMOS) para
hacer llegar así a cada píxel el brillo de los
tres colores primarios. Interpolando las
muestras de varios píxeles se obtiene un píxel
de color <15>.
Detalle de un CCD con “mosaico Bayer”. A la
disponen los colores R,
izquierda: disposición de los filtros en el mosaico
G y B se muestra en las
RGB, hay doble cantidad de píxeles destinados a
figuras: hay doble
captar el verde que los destinados al azul y rojo.
número de píxeles con
filtro verde que con filtro azul o rojo para hacer más semejante la
percepción del sensor a la de la visión humana, siempre más sensible al
verde. Este sistema, llamado mosaico de color es más barato pero, en
principio, proporciona una menor resolución de color <16>, perdiendo en el filtrado una buena
porción de su sensibilidad a la luz. Todo ello referido a sensores de tamaño pequeño porque, como
veremos enseguida, en sensores de alta gama las cosas han cambiado mucho en poco tiempo.
Antes de llegar al píxel, la luz atraviesa un filtro que solo deja pasar los fotones de la longitud de onda
deseada. Cada píxel solo puede tener un filtro y por tanto solo es sensible a un color. Así el fotosensor
se convierte en un mosaico de píxeles sensibles respectivamente al rojo-verde-azul o bien al amarillomagenta-cian. Su resolución espacial es menor porque para obtener un solo píxel de color se han
de combinar las señales de píxeles adyacentes.Para compensar las
deficiencias del sistema de
mosaico a base de
primarios, en algunos
modelos Sony introdujo
un mosaico con un cuarto
color (E = emerald)Hay dos tipos de mosaicos: de
colores primarios y de
complementarios. El mosaico de
colores primarios tiene como ventaja
una mejor respuesta de color pero
restringe un tanto la sensibilidad del
sistema: una vez filtrada, la cantidad
de luz que llega al sensor resulta
considerablemente mermada
(aproximadamente en un 30%) pues
la transmisión (cantidad de luz que
dejan pasar) de los filtros en colores
primarios es relativamente baja y en
todo caso menor que la transmisión
de los complementarios.
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 22 de 62Para corregir las
sistema de mosaico
a base de primarios,
Sony introdujo en
modelos un mosaico
con un cuarto color
llamado Emerald
(que no es otra cosa
que un cian).Otros fabricantes han utilizado los mosaicos de colores
complementarios para cámaras para fotografía digital y
videoaficionado pues proporcionan un poco más de
luminosidad por tener mayor transmisión (visualmente
resultan más “claros”) y algo más de relación señal/ruido.
En la práctica actual, durante el proceso de fabricación de
ciertos sensores para cámaras equipadas de un solo
fotosensor, se aplica un revestimiento de filtros de colores
que no corresponde a los colores primarios porque, como
hemos dicho, se obtendría un bajo rendimiento lumínico (y
por tanto mucha sensibilidad al ruido) particularmente en los
componentes rojo y azul. Los filtros que utilizan en tal caso
son verde, amarillo, magenta y cian y su disposición geométrica en la matriz de sensores es como se
muestra en la figura de la derecha.
considerables mejoras en la calidad de la
imagen obtenida a base de un solo
sensor; de hecho algunas cámaras
punteras en cinematografía digital como
Arri Alexa y Panavision Genesis utilizan
un solo sensor (CMOS la Arri, CCD la
Panavision) pero, eso sí, de gran tamaño
(Super 35/4p) lo que hace suponer que
este método, más simple y barato, será
algún día común a nivel profesional.
Mientras tanto, la Viper Film Stream de Thompson, otro exponente de la tecnología punta en
cinematografía digital, se mantiene fiel al sistema clásico de tres CCD.
Por ahora la mayoría de camascopios profesionales y cámaras de televisión en uso utilizan tres
sensores instalados mecánicamente en forma precisa para un buen registro y alineación. Algunos
fabricantes como Hitachi sueldan los CCD sobre la armadura del prisma utilizando guías de precisión
para su ubicación. De esta forma, si un CCD se daña o avería, puede ser reemplazado con relativa
facilidad, reduciéndose el coste de la reparación.
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 23 de 62SISTEMA DE UN SOLO SENSOR
El mosaico Bayer a base de primarios resta bastante luz (los
colores primarios tienen baja transmisión).Los fabricantes utilizan
hoy mosaicos de colores
luminosidad por tener
(visualmente resultan
más “claros”) y una
señal/ruidoB+G
4G + 2B + 2R
Se mantiene el doble
de píxeles sensibles al
Y = 30R + 59G + 11BSensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 24 de 62<15> En las cámaras de tipo Stripe-filter hay un
filtro antes del CCD que deja pasar las bandas R,
G y B alternativamente. Proporcionan RGB real,
una excelente fidelidad de color y una alta
resolución vertical a expensas de resolución
horizontal. Sin embargo, tienen sensibilidad
fotométrica reducida. Los primeros equipos de
fotografía digital Sinar, venían equipados con esos
tres filtros de color (RGB), montados en una
rueda rotativa, través de los cuales se efectuaban
exposiciones sucesivas. Todavía se comercializa
hoy la cámara CMOS-Pro de Sound Vision, que
conectada a la computadora permite fotografiar
escenas estacionarias a través de tres
exposiciones en color o una en B&N (tres disparos
consecutivos del flash).
<16> En el píxel en el que se recoge información de un color, rojo por ejemplo, no se puede captar la
información del resto de los colores. Por consiguiente, un punto de imagen blanco, por ejemplo, originaría
voltaje en cuatro píxeles consecutivos: azul, verde (2) y rojo. Un punto de imagen amarillo, en los píxeles verde
y rojo. En la práctica, la inmensa mayoría de los colores que observamos tienen mayor o menor proporción de
los tres colores fundamentales y, por tanto, originan voltaje en los cuatro píxeles. La información de un color en
los píxeles se deduce por interpolación a partir de los píxeles que componen ese color. Debido a la interpolación
que por óptima que sea nunca es real, las imágenes captadas con CCD en mosaico dan un cierto grado de
borrosidad que las hace ser, teóricamente, de menor calidad.
Podría pensarse en una alternativa que interpusiera un filtro de color delante de todo el CCD, que fuera
cambiando con el tiempo y que permitiera la captura de los tres componentes de color. Esta alternativa, no
obstante, supondría tener que incorporar sistemas mecánicos complejos para el cambio de filtro, como
acabamos de comentar en el párrafo anterior. Además, reduciría el tiempo mínimo de exposición en un factor
tres y significaría – y esto es lo más importante – que las tres componentes de color asociadas a una imagen,
no se correspondiesen con el mismo instante del tiempo (error temporal) dando lugar a distorsiones de color
significativas en los objetos móviles de la escena.Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 25 de 62LA TECNOLOGÍA HAD (microlentes)
Entre las numerosas técnicas que se han desarrollado en los
últimos tiempos para perfeccionar el rendimiento de los
sensores de imagen, destaca muy especialmente el sistema
de microlentes. La (excelente) idea consiste en incorporar
una lentilla de amplificación en cada píxel que
aumenta considerablemente su rendimiento. En este
sentido, hay que tener en cuenta que el perfeccionamiento
de los sensores en el mundo del vídeo, tiene una cierta
similitud con la que sucede en el cine con el progreso de las
emulsiones fotográficas, en busca de una mejor acutancia,
grano más fino y superior sensibilidad.
Existe siempre una apreciable separación entre los píxeles
que forman cada sensor, debido inevitablemente a la
estructura de celdillas en que se alojan los mismos. Esta
separación entre sus elementos hace que no se
aproveche toda la superficie del fotosensor,
perdiéndose la parte del total de las
radiaciones lumínicas que inciden
sobre la estructura de las celdillas es
decir, se reduce el factor de relleno.
El factor de relleno es el porcentaje
del área del sensor que es sensible a
la luz. El caso ideal es 100%, cuando
los píxeles activos ocupan el 100%
del área del sensor <17>.CCD HAD para las cámaras 1080i en HDVEsta pérdida de luz sobre la
superficie sensora provoca dos
efectos no deseables en el funcionamiento del sensor. Por un
En los sensores tipo HAD las
microlentillas actúan como
lado, su sensibilidad decrece considerablemente al no poder
concentradores de la luz sobre
convertir en electricidad toda la luz de la imagen, simplemente
los píxeles fotosensores
porque una parte de esa luz no llega a alcanzar al píxel, se queda
en el marco. Por otro lado, las radiaciones que inciden en las
zonas no sensibles, pueden crear problemas de reflejos parásitos, alterando la exactitud de la
traducción de luz en electricidad.
Los sensores tipo HAD (Hole Acumulated Diode), desarrollados
inicialmente por Sony, utilizan la técnica de situar una diminuta
lente convergente sobre cada uno de los elementos de imagen del
sensor, de modo que ésta actúa concentrando la luz que debería caer
fuera de la zona fotosensible y desviándola hacia estas áreas. De esta
forma, cada una de ellas recoge más luz que la que le recaería sin
ellas. El sistema, de fundamento sencillo, requiere sin embargo una
altísima precisión debido a las dimensiones microscópicas de los
elementos fotosensibles. A cambio dos ventajas clave: mucho mayor
factor de relleno y sensibilidad considerablemente mejorada.
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 26 de 62La imagen de la izquierda muestra que la
sensibilidad del sensor HAD puede cifrarse
en el doble de la que tendría sin las
microlentes <18>.
Obviamente, al aumentar la sensibilidad
del sensor se pueden colocar mayor
número de sensores más pequeños frente
a la luz. Las ventajas del sistema HAD son
por tanto dos: más cantidad de
sensores y más sensibilidad a la luz
de cada uno de ellos. Esta combinación
de alta resolución y fotosensibilidad
permite el desarrollo de cámaras
ultracompactas.
Dentro de la tecnología HAD, el sensor Super
HAD de Sony, también denominado Exwave
HAD, es por el momento, el producto tope de
gama. Posee aproximadamente 1.000 elementos
sensores por línea lo que arroja un total de
620.000 en PAL y 525.000 píxeles en NTSC por
CCD. La resolución horizontal que anuncia Sony
es mayor de 850 líneas, profundidad de
modulación elevada y mínimos los efectos
Aliasing y Smear <19>.
Tecnología HADSensores Super HAD, también denominados
Exwave HAD, la última evolución de esta
tecnología que eliminando el espacio entre
chips contiguos, aumenta considerablemente
el factor de relleno. Ventajas: mayor
sensibilidad a la luz; mayor cantidad de
chips en el mismo espacio.
Sony SSC-DC193 con tecnología ExwaveSensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 27 de 62La Leica M8 muestra la
última evolución de la
tecnología HAD
(también se aplica en la
M9 y M9P). Tal y como
se aprecia en el gráfico
de la izquierda, la
microlentes que
colocan encima de cada
fotodiodo varía
ligeramente al alejarse
de la parte central del
sensor, desplazándose lateralmente. De este modo,
es posible redirigir la incidencia de la luz para
conseguir que su entrada sea lo más perpendicular
posible, con lo que se consigue reducir - asegura
Leica - el viñeteado que se podría originar,
producto de la diferencia de luz captada en el
centro y en los bordes.M8 de Leica (2006). Sensor CCD de 10
megapíxeles fabricado por Kodak. $4.800 (solo
el cuerpo de cámara, sin objetivo ni accesorios).En el enlace
http://www.youtube.com/watch?v=gFT-duedoV4
se exhibe un (relativamente) curioso anuncio de la
Leica M8 dirigido y protagonizado por Wim
Wenders<17> Circuitos como los registros de lectura y los llamados circuitos anti-blooming reducen el factor de relleno,
en algunas ocasiones hasta al 30%. El efecto de esta reducción se traduce en una menor sensibilidad y en
efectos de aliasing. Muchos sensores con bajo factor de relleno (normalmente CCD del tipo Transferencia Inter
Línea) utilizan microlentes que cubren cada uno de los píxeles incrementando la efectividad del factor de relleno.
<18> Para una iluminación de 2.000 lux, las cámaras equipadas con sensores Hyper HAD funcionan
correctamente con una abertura de diafragma de F/8.0 frente a la abertura F/5.6 que requiere un CCD
convencional. Este aumento de sensibilidad permite registrar imágenes en condiciones débiles de iluminación, o
bien permite reducir los niveles de iluminación en los estudios con el consiguiente ahorro en consumo eléctrico y
un importante descenso del calor que produce la misma. No hay que olvidar que bajo las mismas condiciones
(2.000 lux) un tubo tipo Plumbicon de 2/3” necesitaría F/4.5 y un Saticon F/4.
<19> El coste de un sensor tipo HAD es, grosso modo, el doble que un sensor sin microlentes. El coste de un
sensor FIT es, también grosso modo, el doble que el coste de los tipos IT y FT.
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 28 de 62NUEVOS TIPOS DE SENSORES
Además del clásico CCD existen en la
actualidad otras opciones para convertir
la energía luminosa en energía eléctrica
y generar así una imagen.Sensores CMOS o APSCMOS
Ventaja decisiva:
- Capacidad de manejar
El CMOS es, en términos reales,
todo un MICROPROCESADORIgual que los CCD, los sensores tipo
CMOS están también hechos de silicio y
basados en el efecto fotoeléctrico. El
acrónimo CMOS hace referencia aComplementary Metal Oxide
Sony HVR-AE1 (HDV).
Semiconductor - semiconductor
Arriflex D-20. Un CMOS Super 35
Un CMOS 1/3”
complementario de óxido metálico.
También es denominado Active Pixel
Sensor (APS), sensor de píxel activo. Al igual que los CCD, los CMOS están dispuestos en un patrón
geométrico de píxeles ordenados en filas y columnas.Sin embargo, y a diferencia de los CCD, en los CMOS cada píxel lleva integrado su propio
amplificador (es por ello que se les denomina APS, de “píxel activo”) y el conversor digital se
encuentra integrado en la propia estructura del sensor. Esto simplifica extraordinariamente el
manejo de imágenes con grandes cantidades de datos.El sensor CMOS no representa una innovación en sentido estricto puesto que llevan ya años en el
mercado. Este tipo de sensor fue desarrollado por el Jet Propulsion Laboratory de la NASA con el fin
inicial de lograr sistemas de registro en video que no consumieran tanta energía y por tanto
requirieran menor espacio y peso en los viajes espaciales.
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 29 de 62La principal diferencia constructiva entre
el CCD y el CMOS es que las
operaciones matemáticas de conversión
análogo-digital y ajuste se hacen, en el
caso del CMOS, directamente en el
mismo chip, en vez de requerir
complejos circuitos adicionales de
Los sensores CMOS son
cálculo como ocurre en los CCD.
imprescindibles en aplicaciones
Mientras que el CCD debe
de bajo consumo, poco tamaño
transportar la señal hasta los
y calidad media como teléfonos
móviles y cámaras web.
extremos del sensor para primero
amplificarla y luego transmitirla
desde allí hasta el ADC (conversor analógico-digital), en el CMOS
cada píxel incorpora un microamplificador de la señal eléctrica
y el conversor digital se encuentra integrado en la propia
estructura del sensor. Por otro lado, los CMOS son semiconductores
y, como tales, requieren un proceso de fabricación mucho menos
complejo y más económico que los CCD ya que la tecnología de
fabricación del CMOS es la misma que la de los microprocesadores.
Los CMOS son también más fáciles de interconectar a nuevos
sistemas que los CCD porque, en realidad, podemos considerar al
CMOS como todo un microprocesador. Esto quiere decir que los
CMOS son una alternativa flexible para los fabricantes y por tanto,
facilitan nuevos desarrollos.
Las características del CMOS ahorran costos y permiten diseños más
compactos. Los fotones que recibe cada celda en los CMOS son convertidos en carga eléctrica y en
voltaje en la misma celda receptora; de esta manera al contrario que en los CCD, las celdas son
totalmente independientes de sus vecinas. En contrapartida, la circuitería que lleva incorporada el
sensor CMOS genera algo de ruido electrónico que puede menoscabar el resultado final de la imagen.
Otro de sus inconvenientes – como se aprecia en las imágenes de la página anterior – es su menor
factor de relleno. Por tanto son menos sensibles que los CCD a igualdad de tamaño del sensor.
Los sensores CCD tienen mayor sensibilidad a la luz, más calidad (en tamaños pequeños) y también
precio más alto, en tanto que los de tipo CMOS son menos sensibles y de menor calidad a igualdad de
tamaño, pero al ser fáciles de fabricar son obviamente más baratos. Tradicionalmente se habían
utilizado los CCD para las cámaras profesionales y semiprofesionales y los CMOS para cámaras de
aficionado, celulares y webcam. Hoy, sin embargo, se ofrecen cámaras para cinematografía digital
(Arri D-21, Alexa, Red) y camascopios HDV (Sony HVR-AE1 y HDR-V1) equipados de CMOS debido a
una decisiva ventaja de este sensor: su capacidad para manejar grandes cantidades de
El CMOS en tamaño pequeño es todavía sensible al ruido de imagen, tiene un rango dinámico
reducido y presenta una relativamente baja sensibilidad, pero parece esperarle un futuro razonable
·Uno de los problemas críticos de todo dispositivo portátil es el del consumo eléctrico. Las
cámaras digitales no están exentas de este problema, en parte por el consumo del sensor. Los
CMOS están altamente optimizados, de modo que consumen entre 30 y 50 milivatios en tanto
que un CCD consume entre 2 y 5 vatios, es decir, unas cien veces más.
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 30 de 62·Mientras que en el CCD toda la información es transmitida a través de las celdas vecinas hacia
sus bordes donde la información es recolectada, el CMOS tiene capacidad de transmisión en
cada una de las celdas. Esto evita el emborronamiento (Blurring) o contaminación entre
píxeles vecinos cuando hay situaciones de sobreexposición y, además, permite mejores
opciones de interpolación de la imagen. Cuando se trata de manejar grandes cantidades de
información (sensores grandes) el CMOS es una muy buena alternativa.·El interés en el CMOS por parte de la industria radica en que, a diferencia de la fabricación de
CCD, que debe hacerse en plantas especializadas a partir de materias primas no comunes, los
CMOS pueden ser fabricados en las líneas de producción normales de semiconductores a partir
de materias primas relativamente baratas y de uso generalizado.En resumen, el CCD obtiene más calidad de imagen a costa de un consumo más elevado. Por su lado,
el CMOS es superior en integración y bajo consumo a costa de perder calidad de imagen en
situaciones de poca luz. Esto no debe llevar a la confusión de pensar que un CCD de una cámara
compacta media es superior en calidad de imagen a un CMOS de una cámara fotográfica SLR de alta
gama, lógicamente a mismo tamaño de sensor esta diferencia se diluye; el CMOS obtiene excelentes
calidades con sensores grandes.
Grandes fabricantes como
Canon y Nikon equipan sus
cámaras de fotografía digital en
gama alta con sensores CMOS
grandes, del mismo tamaño que
el negativo fotográfico de
35mm con las consiguientes
ventajas de integración de sus
sistemas ópticos: los objetivos
para fotografía tradicional
pueden utilizarse en estas
cámaras sin pérdida de poder
de cobertura. En las imágenes
las excelentes Canon EOS y Nikon DX2 de 12.4 megapíxeles efectivos. Pese a ser uno de los grandes
defensores de la tecnología CCD, en el 2005 Nikon acabó por sucumbir a las ventajas del CMOS con la
D2X.En palabras de Canon: Full Frame 35mm CMOS
Sensor. A la derecha un diagrama explicativo
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 31 de 62Eastman Kodak, fabricante de sensores
tanto CCD como CMOS ofrece estecuadro resumen de la tendencia de
migración en el uso de diferentes tipos
de sensores, desde los ya
desaparecidos tubos hasta los
relativamente nuevos CMOS en su
http://www.kodak.com/US/en/corp/res
earchDevelopment/technologyFeatures/
CMOS.shtmlEl camascopio Sony HVR-V1 en 1080
líneas está equipado de tres de
diminutos sensores CMOS de 1/4 de
pulgada.El CMOS ha demostrado una mayor agilidad en la
captación y gestión de los archivos. Las pruebas no
pueden ser más claras: en la actualidad dos de los
modelos de cámaras fotográficas digitales más
rápidos del mercado tanto en fotogramas por
segundo como en disparos consecutivos (Canon EOS
y Nikon D2X ) y otros de cámaras de cinematografía
digital (Arriflex D-21 y Alexa) de alto flujo de datos
implementan un CMOS (o una variante de esta
tecnología, en el caso de la D2Hs de Nikon).Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 32 de 62CCDCMOSVentajasInconvenientesVentajasTecnología
contrastadaAlto consumo de
energíaAlto rango dinámicoCaros y difíciles de
fabricarBajo ruidoRelativamente
inestablesPermite tamaños de
píxel muy pequeños
(alta resolución)Necesita abundantes
complementariosAlto factor de relleno
(más sensibles a
igualdad de tamaño)El CCD crea una
(voltaje) que debe
posteriormenteCrea de una vez una
señal digitalRelativa lentitud de
procesamientoMucha mayor
de los archivosInconvenientesTecnología
Más baratos y
dinámico (en
tamaños pequeños)
Ruido mayor pero
Muy fiables debido a
la integración del chip
nuevos CMOS
Los píxeles son
mayores al integrar el
integrar cada píxel su
(menor resolución
energíaSensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 33 de 62Menor factor de
relleno (menos
sensibles a igualdad
de tamaño)Super CCD de Fuji
Fuji creó el Super CCD, un chipdonde los sensores están colocados
en un ángulo de 45 grados, en el
año 2000. El objetivo era aumentar
la resolución aparente de las
imágenes, que podían llegar
fácilmente a los seis megapíxeles en
una época en la que las cámaras de
tres ya eran un lujo.
La primera generación mostraba
una calidad de imagen por debajo
de la media. A pesar de ello, Fuji
apostó por esta tecnología a largo
En 2003 Fuji Photo Film Co. y Fujifilm Microdevices Co., presentaron la segunda generación del Super
CCD, que ofrece un superior rendimiento en la calidad de captura de imágenes digitales. La primera
cámara digital para fotografía profesional con esta tecnología fue la Fujifilm FinePix S1, de 6,1
millones de píxeles.
ofrecían las cámaras digitales en
1995, el número de píxeles en los
sensores CCD ha aumentado
aproximadamente 10 veces. Pero
mientras que un número mayor de
píxeles conducen a una resolución
más elevada de imagen, sucede
que los píxeles adicionales pueden
Las diferencias entre un chip
convencional y el nuevo desarrollo
de Fujifilm, parten de sustituir el
fotodiodo rectangular tradicional
por otro de forma octogonal lo
que, en opinión del fabricante,
·Su forma octogonal y el arreglo en forma de panal de abeja mejora la eficiencia de la
distribución del espacio y como consecuencia el Super CCD aumenta la sensibilidad y su rango
dinámico es más amplio comparado con un CCD convencional con la misma cantidad de
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 34 de 62·El arreglo de panal de los píxeles
origina también mejoras en la
espaciales de datos de imagen.
Comparado con el CCD
convencional, puede incrementar el
número efectivo de píxeles hasta
1,6 veces.·El Super CCD permite un cierto
ahorro de energía eléctrica porque
genera una alta resolución de
imagen con menos píxeles.·Los investigadores advirtieron que
la gente percibe las líneas
horizontales y verticales mejor que
Fujifilm FinePix S1, de 6,1
las diagonales y teniendo en cuenta esa característica del ojo
millones de píxeles. La
humano los técnicos de Fuji adoptaron la idea inicial de girar
primera cámara (año 2003)
los píxeles 45 grados. Haciendo simplemente esto se logró
con tecnología Super CCD.
disminuir la distancia de separación entre los píxeles. Además,
a los elementos fotosensibles se les dio una forma octogonal, como de panal, con lo que se los
pudo aproximar entre sí más que a los píxeles rectangulares. El resultado es una resolución
significativamente más alta de las líneas horizontales y verticales, con lo que la mayor
información de la imagen se sitúa en las estructuras que mejor registra el ojo humano.·Mayor sensibilidad. La forma octogonal da a los píxeles individuales una superficie mayor. Al
mismo tiempo, la forma es similar a la de los pequeños microlentes a través de los cuales la
luz pasa para llegar al sensor. En vez de la alta pérdida de luz que ocurre con los
rectangulares, los octogonales tienen la ventaja de aprovechar mejor el haz de luz. Esto no
solo incrementa la sensibilidad sino que también amplía el rango dinámico del sensor y, por
ende, el contraste de la imagen.Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 35 de 62Super CCD SR de Fuji
La última evolución del Super CCD ha producido avances que en teoría resultan realmente notables
desde el punto de vista de la tecnología. Sin embargo, la experiencia acumulada por nosotros, los
profesionales, muestra que lo que los fabricantes incorporan a sus productos con frecuencia no es
aquello que tecnológicamente aporta algo sino aquello que, sobre todo económicamente, les aporta
algo a ellos - y cuanto más números tenga la cifra en dólares de ese “algo” mejor -. Quiero decir con
esto que con toda seguridad solo Fuji ofrecerá este útil e innovador Super CCD SR de segunda
generación. Los demás fabricantes, que también han invertido enormes sumas en investigación,
intentarán convencernos de que sus desarrollos alternativos son magníficos – lo sean o no – y algunos
con el mayor descaro nos venderán como auténtico desarrollo lo que solo es una evolución al insípido
escalón siguiente de sus sistemas clásicos. Así es esta selva.
La tecnología de la imagen digital ha tenido muy
notables avances en la calidad producida y en la
facilidad de manejo de los equipos. Pero la
tecnología clásica de la imagen fotoquímica
tradicionalmente ofreció ventajas en dos
apartados concretos: resolución y latitud, esta
última es equivalente a “rango dinámico” en
vídeo, y en ella la ventaja de la imagen
fotoquímica fue tradicionalmente considerable.
Llamamos latitud a la medida del margen de
diferencias máximas de luminosidad que un
material sensible puede reproducir. El rango
dinámico indica la manera en que el sistema de
registro de la imagen (los CCD en este caso)
pueden diferenciar entre los niveles de luz es decir, es el margen
entre el punto más claro y el más oscuro que el CCD puede
detectar sin perder detalle ni en las luces altas ni en las sombras.
Cuanto mayor sea el rango dinámico, más detalle tendremos en
dichas zonas extremas, altas luces y sombras densas.
Las películas cinematográficas son excelentes en cuanto a la
distinción de pequeños cambios en el nivel de luz, mientras que
los sistemas de captación digital tradicionalmente han tenido una
gama de luminosidad limitada. Esta es una de las diferencias
fundamentales entre la imagen fotoquímica y electrónica y la
cuestión concreta en que la imagen cinematográfica superó
tradicionalmente y con mucho a la electrónica.
El nuevo Super CCD SR de Fuji, la cuarta generación del Super
CCD, ataca este asunto de frente y en forma teóricamente
inteligente: igual que un equipo de sonido tiene altavoces
(bocinas) especializados en la reproducción de los tonos dentro
de un rango de frecuencias, es decir, tweeter para las altas frecuencias o agudos, y otros, los woofer,
especializados en bajas frecuencias o graves, así el Super CDD SR de Fuji tiene dos sensores, cada
uno especializado en un trabajo particular.
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 36 de 62Fuji es el segundo fabricante por volumen de ventas de película cinematográfica (aunque el primero
en la calidad de alguna de sus líneas de producto como por ejemplo ciertas películas de alta
sensibilidad en opinión del autor de estas líneas). Es decir, Fuji conoce muy bien las carencias de su
material digital respecto al cinematográfico puesto que se desempeña en ambos campos.Todos los negativos fotográficos y
cinematográficos de color no importa el
fabricante, utilizan una mezcla de cristales
de haluros de plata de alta (grandes) y
baja (pequeños) sensibilidad compartiendo
la misma emulsión. Fuji afirma haberse
inspirado en el sistema visual humano en
que los conos se encargan de la visión
fotópica y los bastones de la escotópica.
Los cristales de baja sensibilidad proveen
la mayoría del detalle de la imagen
mientras que los de alta sensibilidad se
ocupan de ese mismo detalle en las zonas
de imagen correspondientes a las sombras
densas. El trabajo conjunto de ambos tipos
de cristales incrementan la latitud (rango
dinámico) y mejoran los detalles en las
sombras en relación a las emulsiones de
otros fabricantes de negativo de uso fotográfico que suelen ser más baratas pero de infinitamente
peores resultados en cuanto a latitud.
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 37 de 62Fujifilm FinePix S5 Pro (2007) con sensor
Super CCD SR (ahora llamado SR Pro),
6,17 millones de fotosensores tipo S (altas
luces) y otros 6,17 tipo R sombras) para
un total de más de 12 megapíxeles.Durante varios años, las cámaras digitales
de alta gama de Fuji han incorporado la
tecnología de sensores Super CCD, buena
tecnología pero quizá algo hipervalorada.
Ya hemos dicho que la disposición en forma
de panel de abeja de los sensores
octogonales optimiza geométricamente el
tamaño de cada píxel lo que redunda en
mayor sensibilidad y menor ruido. De esto
no parece haber duda pues la cuestión
analizada es de orden geométrico más que
electrónico: el píxel octogonal aumenta el
factor de relleno (disminuye los espacios
inertes a la luz) y por tanto la señal
incorpora menos ruido.El nuevo Super CCD SR de Fuji adopta el diseño básico
de los materiales fotoquímicos de la propia compañía
nipona: se mantiene el concepto de píxel octogonal pero
la hábil innovación consiste en que cada sensor SR en
realidad consta de dos fotodiodos separados denominados S (sensitivity) Pixel o Primary Photodiode
y R (range) Pixel o Secondary Photodiode. El mayor (Sensitivity o Primary) tiene mejor sensibilidad a
la luz que el menor. Combinando las imágenes producidas por ambos se obtiene un incremento del
rango dinámico respecto a los sensores basados en un único tipo de píxel.
En las imágenes de la
página siguiente se compara
el resultado de la tecnología
CCD estándar (columna de
la izquierda) con la
tecnología Super CCD SR
(columna de la derecha).Super CCD SR de FujiDos fotodiodos: el Primary tiene mejor sensibilidad a la luz que el
Combinando las imágenes de ambos se incrementa el rango
dinámico respecto a los sensores basados en un único tipo de píxel.Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 38 de 62Super CCD SRCCD
estándarCCD
estándarSensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 39 de 62Super CCD SRCCD de iluminación trasera
Algunas aplicaciones de imagen necesitan capturar
imágenes de alta fidelidad también en condiciones
de muy baja iluminación. Es el caso, por ejemplo,
de la observación del espacio exterior. Para ello
utilizan el sistema denominado back illuminated
CCD o “CCD de iluminación trasera.
Normalmente la luz entra en el CCD por su frontal e
incide en los sensores. Para mejorar la iluminación,
estos sensores están cubiertos con polisilicio,
material que resulta transparente a longitudes de
onda altas pero opaca a las longitudes de onda
más cortas que 400nm.
Es posible mediante ciertas técnicas reducir el espesor del CCD
hasta aproximadamente 10 micras y focalizar la imagen no en la
parte frontal del CCD sino en la parte trasera. Este tipo de CCD
tiene más del doble de eficiencia cuántica <20> que los sensores
convencionales y pueden captar longitudes de onda desde rayos X,
hasta el infrarrojo cercano.
El chip 486 de iluminación trasera fabricado por Dalsa para
aplicaciones científicas, médicas y espaciales, es de tipo Full Frame
(denominación que detallaremos en el capítulo siguiente) y
produce una imagen de muy alta resolución (4096 x 4096 píxeles).
El sensor FOVEON X3: un CMOS de tres capas
En una imagen digital, cada píxel tiene tres
componentes para definir el color exacto que
debe mostrar. Esos componentes son las
proporciones de rojo, azul y verde que se
mezclan para obtener el color exacto que
corresponde al píxel. Esto nos podría hacer
pensar que un sensor de un megapíxel es
capaz de medir cada uno de esos tres
componentes de color en cada uno de ese
En la práctica no es así: de ese millón de
píxeles, la mitad mide solo el color verde,
una cuarta parte solo rojo y la otra cuarta
parte solo azul. Como hemos visto en el
patrón Bayer, los sensores de cada color
están intercalados de manera apropiada para poder cubrir toda la imagen. Es una suerte de tablero
de ajedrez con sensores verdes cada dos píxeles, y rojo y azul alternándose en los espacios restantes.
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 40 de 62La cámara se encarga luego de “interpolar” o “mezclar” esta información para crear los píxeles finales,
con los tres componentes RGB en cada uno. Las cámaras de un solo sensor generan una limitación
física a la resolución, porque con cada celda de la matriz sólo podremos capturar la luz de un solo
color, y el archivo resultante sería en consecuencia muy pequeño, generándose además “huecos” de
información. El problema se soluciona “rellenando” estos huecos mediante técnicas matemáticas de
interpolación, en las que el software de la cámara calcula el color posible de una celda sobre la base
de los colores de las celdas adyacentes. La inmensa mayoría de las cámaras actuales de fotografía
digital usan este tipo de sensores únicos. Por tanto, deben usar la interpolación que, inevitablemente,
lleva a una cierta distorsión del color y una pérdida del detalle de las imágenes.
A diferencia del resto de tecnologías, el Foveon no necesita ningún tipo de cálculo o invención para
determinar los valores de los canales que el sensor no ha podido capturar. Cada píxel de la imagen
final está formado por información real de los tres canales RGB capturados de forma independiente
por las diferentes capas del sensor.1. En los sistemas convencionales, una única capa de fotodetectores sensibles a diferentes
colores está dispuesta en mosaico.
2. Los filtros de color sólo dejan pasar una longitud de onda de luz (roja, verde o azul) para cada
uno de los píxeles, limitándolos así a la captura de un único color.
3. Como resultado, los sensores de mosaico capturan sólo el 25% de la luz roja y azul, y apenas
el 50% de la verde.1. El sensor Foveon X3 dispone de tres capas superpuestas de
fotodetectores en el bloque de silicio.
2. Mediante la absorción de colores de luz según la profundidad, cada
capa captura un color. Apiladas una sobre la otra, se obtienen
píxeles capaces de reproducir todos los colores.Foveon FO18-50-F19 X3 de
4,5 Mp y 1 1/8 de pulgada3. Como resultado, el sensor Foveon X3 captura luz roja, verde y azul en cada píxel.
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 41 de 62Para capturar el color que otros sensores de imagen
pierden, los sensores de imagen Foveon X3 - obra del
legendario inventor norteamericano Carver Mead <21> usan tres capas de fotodetectores fundidos en silicio. Las
capas son posicionadas para obtener ventaja del hecho de
que el silicio absorbe los diferentes colores de la luz a
diferentes profundidades, de manera que una capa registra
el azul, otra capa registra el verde y la siguiente el rojo.
Esto significa que por cada píxel en un sensor de imagen
Foveon X3, existe en realidad una pila de tres
fotodetectores, que forman el primer sistema existente de
captura con un sensor de color de imagen completo. Todos
los otros sensores de imagen se caracterizan por sólo una
capa de fotodetectores.
El gran avance de Foveon <22> - una empresa pequeña y
antes poco conocida, fabricante de semiconductores para
cámaras digitales y otros productos de alta tecnología - es
lograr un sensor capaz de medir los tres componentes en
cada píxel. Un megapíxel es realmente un millón de píxeles con sus tres componentes. Un sensor
Foveon de 1 megapíxel es equivalente a un sensor tradicional de 3 megapíxeles; uno de 5
megapíxeles equivale a 15 megapíxeles. Aunque esta comparación no es completamente precisa,
resulta apropiada.
Las otras ventajas del Foveon X3
- Reducción de la electrónica,
(necesaria para la interpolación y el
cálculo que necesitan los sensores
tradicionales para construir la imagen
final a partir de la información
capturada), la simplificación del
procesado del color (del cual depende en gran medida
la calidad final de las imágenes) y, cómo no, un
aumento muy significativo de la luminosidad, la viveza
y naturalidad de los colores y la nitidez general de las
- Capacidad para solventar los problemas de los
sensores convencionales derivados, por su
construcción, de la reproducción de líneas o perfiles
muy finos. Estos no disponen de una resolución de
color de píxel real (cada punto de color en la imagen
procede de una interpolación entre varios píxeles del
sensor), por lo que la reproducción de líneas finas
(textos, cabellos o tejidos) supone mayores
dificultades. En este sentido las imágenes obtenidas
por el Foveon X3 carecen prácticamente de moaré
como se aprecia en las imágenes.
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 42 de 62Las imágenes siguientes dan una idea de la mejora teórica aportada por este sensor: imágenes con
mayor riqueza de detalles, particularmente en áreas difíciles en el terreno digital como son los textos
o la singularización de líneas finas, curvas o rectas.MosaicoFoveon X3Finalmente, otra de las peculiares
características del sensor Foveon X3 es lo que
se denomina windowing. Se trata de una
opción del chip controlador del sensor que
ofrece acceso a lecturas selectivas de
determinadas partes de la imagen.Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 43 de 62En 2002, cuando vieron la luz los sensores Foveon <23>, muchos y famosos analistas de la industria
predijeron que esta tecnología podría ser el avance más significativo en imágenes digitales desde que
en 1969 Bell Laboratories inventara el primer sensor de silicio para blanco y negro. Algunos llegaron
más lejos afirmando que el chip de Foveon sería capaz de revolucionar la imagen digital.
Pese a tan buenos augurios, hasta
ahora la cosa no ha sido para tanto:
ni el Foveon se ha implantado como
sensor estándar ni se ha
configurado como un producto
"definitivo". La mayoría de los
fabricantes han invertido sumas
enormes en la tecnología del
mosaico Bayer. Las cuatro grandes
del mercado – Canon, Fuji, Kodak y Sony – fabrican sus propios
sensores sobre tecnologías clásicas CCD o CMOS y no parecen
dispuestas ahora a depender de tecnologías ajenas por excelentes
que parezcan. Foveon es para ellas, simplemente la competencia comercial. La batalla que les espera
a los californianos puede ser larga. Así es esta selva.
Como resumen, muy pocas marcas han llegado a utilizar el sensor Foveon: Sigma SD9, Sigma SD10
($1.500 aproximadamente), Polaroid x530 ($400 aproximadamente) y Hanvision HVDUO-5M, esta
última para aplicaciones especiales. Es decir, poca cosa en el enorme panorama digital actual.Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 44 de 62Cámaras que utilizan hoy Foveon X3:
Sigma DP2 – Sigma DP1 – Sigma SD14 –
Toshiba Telli – FoMOS Camera – Si gma D9 –
Sigma D10Poca cosa en el enorme
panorama digital actual.Toshiba Telli
Debut de Toshiba en HDFoMos
para aplica ciones
biológica s (35 bits)Sigma D14
$1.600 ( cue rpo)
Foveon X3 (2ª generación)
14,1 Mp efe ctivosSensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 45 de 62Sensor FOVEON X3En el patrón Bayer, los
sensores de cada color
están intercalados de
manera apropiada para
poder cubrir toda la
Es una suerte de tablero
de ajedrez con sensores
verdes cada dos píxeles, y
rojo y azul alternándose
los espa cios restantes.La interpolación inevitablemente lleva
a una cierta distorsión del color y una
pérdida del detalle de las imágenes.
Sensor FOVEON X3La cámara se encarga
luego de "interpolar" o
"mezclar" esta
información para crear los
píxeles finales, con tres
componentes cada uno.Foveon X3
1.- El sensor Foveon X3 dispone de tres capas superpuestas de
2.- Mediante la absorción de colores de luz según la
profundidad, cada capa captura un color. Apiladas una sobre
la otra, se obtienen píxeles capaces de reproducir todos los
3.- Como resultado, el sensor Foveon X3 captura luz roja , verde
en cadaX3píxel.Con el CMOS Foveon, un
megapíxel es realmente un millón
de píxeles con sus tres
Un sensor CMOS Foveon de 1
megapíxel es equivalente a un
sensor tradicional de 3
megapíxeles; uno de 5
megapíxeles equivale a 15
Aunque esta comparación no es
completamente precisa, es al
menos apropiada.Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 46 de 62<20> El sensor CCD convierte los fotones
incidentes en electrones que se
almacenan en los píxeles individuales en
forma de una carga eléctrica. La eficiencia
cuántica, como veremos en el capitulo
siguiente, es una medida de la fracción de
fotones incidentes que son convertidos en
electrones en el semiconductor. La
eficiencia cuántica depende de la longitud
de onda y suele situarse entre valores del
30% al 90% dentro del intervalo de
longitudes de onda visibles y el infrarrojo
cercano (450-800 nm).
Los sensores más económicos suelen ser
de iluminación frontal (front-side
illuminated). Pero la luz, al tener que
atravesar el aislante de dióxido de silicio,
es en parte absorbida en las longitudes de onda más cortas y la eficiencia cuántica disminuye. Los sensores de
iluminación trasera (back-side illuminated), poseen una eficiencia cuántica mucho más elevada ya que los
electrodos se encuentran en la parte inferior de la oblea. Para aumentar la eficiencia cuántica de los sensores
suelen darse tratamientos antirreflectantes que pueden ser especiales para determinadas longitudes de onda
(como UV), o incluso recubrirse de sustancias fluorescentes que se excitan en el ultravioleta y reemiten en
<21> “Es fácil tener una idea complicada. Es muy, muy complicado tener una idea simple”. Carver Mead.
Foveon es el nombre del fabricante norteamericano fundado en 1997 por el doctor Carver Mead, especialista en
tecnología electrónica y profesor, durante más de 40 años, en el Instituto Tecnológico de California. En
septiembre de 2000 anunció un captador CMOS de 16,8 millones de píxeles, es decir, el de mayor resolución
construido hasta la fecha. Un año antes, en octubre de 1999, fruto de los desarrollos previos, la marca patentó
el diseño del X3.
<22> En la página web de Foveon hay unos magníficos tutoriales al respecto. Los enlaces son:
http://www.Foveon.com/files/image_comparisonv2_2.swfSensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 47 de 62<23>. Afirman que nuevo sensor digital iguala la calidad de la película
por John Markoff para The New York Times (10 de febrero de 2002)
SAN FRANCISCO, 10 de febrero.
Si Carver Mead está en lo correcto, la película fotográfica es una especie en vías de
extinción. El doctor Mead, quien tiene 67 años de edad, fue pionero de la industria
moderna del chip para computadoras en los setentas, pero nunca ha dejado de
inventar. El lunes, Foveon, su empresa ubicada en Silicon Valley, tiene planeado
comenzar a distribuir un nuevo tipo de sensor de imagen digital considerado por
los expertos como el primero en igualar o sobrepasar las capacidades fotográficas
de la película de 35mm.
Se está utilizando el sensor de la compañía en una cámara réflex de un solo
objetivo que Sigma, un fabricante japonés de cámaras y óptica, tiene planeado
poner a la venta a finales de mes por aproximadamente 3.000 dólares. La
distribución de la segunda generación de sensores Foveon está planeada para este
otoño y, si los demás fabricantes de cámaras lo adoptan, podría estar disponible a
principios del año siguiente en las marcas más populares de cámaras digitales de
menos de 1.000 dólares.
El primero de los nuevos sensores distribuido por la empresa está siendo fabricado por National
Semiconductor y tendrá aproximadamente 3,53 millones de píxeles. Con dicha resolución este
dispositivo estará ubicado en el rango medio del mercado de los sensores para imágenes
digitales usado en cámaras fijas y de video. Sin embargo, sus diseñadores dicen que debido a la
técnica de captura de color de la nueva tecnología, se le puede comparar con los sensores de más de siete
millones de píxeles actualmente disponibles en cámaras de 6.000 dólares o más.“Transformará la industria por completo", dijo George Guilder, economista y analista de la industria de la
informática, refiriéndose al sensor de Foveon. Los ejecutivos de Eastman Kodak, uno de los más grandes
fabricantes de cámaras digitales para consumidores y para profesionales, dicen que han hablado con Foveon
sobre la posibilidad de usar los sensores de Foveon en una parte de la línea de productos Kodak. "Estamos muy
conscientes de lo que están haciendo y estamos siguiendo sus avances", dijo Madhay Mehra, gerente del grupo
de captura digital profesional de Kodak. "Nuestra postura es que si está tecnología funciona, será de grantrascendencia".Si Foveon quiere realizar el objetivo de convertirse en una compañía líder en el mercado de sensores digitales
para imagen, tendrá que atraer a fabricantes como Kodak. Actualmente, el mercado de los sensores está
dominado por los gigantes de la electrónica como Sony y el fabricante de chips europeo ST Microelectronics,
compañías que han invertido miles de millones de dólares en sus propias tecnologías. "No me queda duda de
que se trata de una tecnología importante", dijo Chris Chute, un analista del centro de investigación
International Data Corporation. "El problema está en que existen en el mercado competidores ya muyconsolidados. El fabricante número uno de cámaras digitales en el mundo es Sony, una empresa gigantesca
comparada con Foveon".Aun así, los expertos en fotografía dicen que el enfoque seguido por Foveon en relación con los sensores podría
ser el adelanto más importante en la fotografía digital desde la invención del primer sensor blanco y negro en
los laboratorios Bell en 1969. El sensor de Foveon simplifica significativamente el proceso de captura de una
imagen digital y evita gran parte de las aberraciones de color que han plagado a la fotografía digital. La actual
camada de sensores digitales captura la luz usando un mosaico de filtros de color rojo, verde y azul que limita la
información de color a un color por píxel en la superficie del sensor. La técnica requiere que el chip realice 100
cálculos por píxel para igualar el color, lo que puede provocar inexactitudes. La limitación también obra en
detrimento de la resolución y pone límites sobre su capacidad de funcionar en condiciones de poca luz."La mayoría de las cámaras digitales no realiza un buen trabajo a la hora de registrar los colores que realmente
vemos", dijo el Dr. Mead.
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 48 de 62El sensor de Foveon, en vez de separar la imagen en colores distintos y distribuirlos en varios píxeles, captura el
color midiendo la profundidad de penetración de los fotones de luz en la superficie del material sensible. No sólo
produce una mayor resolución en un número dado de píxeles, sino que también se pierde menos luz y se
necesitan menos cálculos de corrección que pueden distorsionar la imagen. "Ya no es necesaria la película
fotográfica", dijo el Dr. Mead.
Con más de mil millones de cámaras de película en el mundo, es poco probable que pronto desaparezca la
fotografía convencional, opinó Don Franz, editor de Photo Imaging News, una publicación sobre esta industria.
Sin embargo, Don Franz considera que el mercado de cámaras digitales está creciendo rápidamente, con cerca
de ocho millones de cámaras vendidas en los Estados Unidos el año pasado y diez millones más en el resto del
mundo, y con un mercado global valorado en 8.600 millones de dólares.
Alexis Gerard, editora de The Future Image Report, un boletín en donde se analiza el mercado de la fotografía
digital, dijo que la industria está en un punto de transición en cuanto a la tecnología digital y que la tecnología
de Foveon podría ayudar a acelerar esa transformación. "Tener sensores que midan los tres colores en cada
elemento al máximo de exposición ha sido el Santo Grial de la ingeniería", dijo Alexis Gerard.
Los expertos dicen que uno de los aspectos más intrigantes de los sensores Foveon es que podrían facilitar la
creación de una cámara digital mixta que funcione igualmente bien para video y para fotografía fija.
Actualmente, los mercados para las cámaras digitales fijas y las de video son distintos porque gran parte de los
sensores no pueden pasar de la alta resolución de las imágenes fijas a la menor resolución de las imágenes en
movimiento. La nueva tecnología de Foveon, que la empresa ha denominado X3, se distancia de los dos tipos de
sensores de imagen que habían proliferado en una amplia gama de productos para el consumidor: CMOS
(complementary metal-oxide semconductor) y una variedad más compleja llamada CCD (charged coupled
device). Dos años atrás, Foveon se había concentrado en cámaras profesionales basadas en sensores CMOS,
pero abandonó el proyecto tras dar con la tecnología X3.Foveon está siendo deliberadamente vaga acerca de sus métodos de fabricación pero dice que su diseño reduce
los costos de producción y podría abrir una oportunidad para los fabricantes estadounidenses de chips en el
campo de los sensores digitales. National Semiconductor, uno de los fabricantes de chips más antiguos de
Silicon Valley y productor de los actuales sensores de Foveon, ha invertido en Foveon. Brian L. Halla, director
de National Semiconductor, se siente optimista al respecto, pero no da por hecho que será fácil ganar terreno
ante los competidores ya consolidados. "Sony ha invertido en una nueva planta de fabricación de CCD y podrían
luchar contra esta tecnología bajando los precios", dijo Brian Halla.
El Dr. Mead, quien fundó Foveon en Santa Clara, California, en 1997, trabajó durante mucho tiempo como físico
en el California Institute of Technology, antes de jubilarse hace dos años. En los setenta fue pionero en el
desarrollo de técnicas de diseño que ayudaron a la formación de la industria moderna de semiconductores, en
particular, desarrolló un proceso conocido como integración de sistemas muy grandes (V.L.S.I.), que hizo
posible colocar decenas de miles de transistores en un único chip de silicio.
El Dr. Mead fue cofundador de Synaptics, principal fabricante de touchpads. También participó en la creación de
Impinge, una empresa que fabrica tecnología para semiconductores análogos, y Sonic Innovations, un
fabricante de aparatos para sordos. "La fuerza de Carver es su ingeniosa comprensión de la física", dijo Carlo
Sequin, un profesor de ingeniería electrónica en la Universidad de California en Berkeley y uno de los inventores
de la cámara digital de video en los laboratorios Bell en 1973. "Inventa atajos que hacen que las cosas vuelvana ser simples otra vez".Información aparecida en: http://www.zonezero.com/magazine/news/sensorsp.htmlSensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 49 de 62TIPOS DE SENSORES UTILIZADOS EN CINEMATOGRAFÍA DIGITALEl neologismo “cinematografía digital” hace referencia a las imágenes generadas por cámaras
electrónicas de sensores de estado sólido cuyo tamaño es equivalente al fotograma de Super 35 de
cuatro perforaciones, es decir, el de cine mudo. La cámara Dalsa Origin, (sistema de captación,
solo cámara) para cinematografía digital de fabricación canadiense, utiliza un único CCD de 4096 x
2048 píxeles (cuadruplica la resolución de la alta definición 1080 x 1920) a 16 bits cuyo tamaño
corresponde al fotograma de Super 35/4p, y con un enorme rango dinámico: 12 diafragmas. En la
imagen central se aprecia la diferencia de tamaños entre el fotograma de Super 35/4p y el CCD de
2/3 típico de alta definición <24>. La cámara equipa visor óptico, no electrónico. Dado que cada
imagen a 16 bits pesa 16Mb, las exigencias de almacenamiento son enormes: a 24 i.p.s. la cámara
genera casi 400Mb por segundo (1,44Tb por hora).El coste de alquiler de la Dalsa Origin incluyendo grabador (data
recorder) es de $3000 diarios. Si se incluyen óptica y accesorios, la
factura diaria puede subir a más de $5.000 (tarifas Dalsa, enero 2007)
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 50 de 62<24> La canadiense Dalsa,
fabricante de sensores,
presentó en 2006 el primer
CCD con más de 100
millones de píxeles,
exactamente 111.513.600
píxeles, (10.560 por 10.560
píxeles) con un tamaño de
10,16 por 10,16
centímetros, por encargo
del ejército de los Estados
Unidos, destinado
aparentemente a la
exterior (aunque no serían
de extrañar aplicaciones
militares dado el precedente
de la llamada Guerra de lasGalaxias).Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 51 de 62La VíperFilmStream
y Grass Valleyutiliza tres
CCD. Una gran
metraje de las
películasCollateralDion Beebe (DF) y Michael Mann
(director) en el rodaje de Collateral(totalmente
nocturna) y Miami Vice,
entre otras, se filmaron
con esta cámara. Otraparte fue hecha en 24P y el resto en 35mm. El bloque óptico de la Thomson Grass Valley Víper
FilmStream contiene tres CCD de 9.2 megapíxeles para un total de 27.6 millones de píxeles en
formatos nativos 16:9 o 2,37:1. El obturador mecánico garantiza la
inexistencia de smear, fenómeno del que hablaremos enseguida.CINEMATOGRAFÍA DIGITAL
“Cinematografía digital” hace referencia a imágenes generadas por
cámaras electrónicas de sensores en tamaño equivalente al fotograma
de Super 35, es decir, el de cine mudo.Super 3524,89 x 18,67mm = 465mm22/3 de pulgada (16:9)9,59 x 5,39mm = 51,39mm2El Super 35 tiene casi 9 veces más
área de imagen que la alta definiciónArri, el gran fabricante alemán
de cámaras cinematograficas
propone la Arri D-20, basada
estructuralmente en la Arri
435 de cine en 35mm. Utiliza
un solo sensor tipo CMOS con
patrón Bayer, tamaño Super
35/4, ratio nativo 4:3 de 3018
x 2200 píxeles activos. Esta
cámara electrónica equipa un
Tiene dos modalidades de
registro y almacenamiento de
la imagen: “video” y “film”. En
el modo “video”, los datos
recolectados por el sensor conSensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 52 de 62una resolución de 2880 x 1620, son procesados
en la cámara misma y enviados a un dispositivo
de almacenamiento (disco duro) o grabador,
con una resolución de 1920×1080.
En el modo “film”, la información de la imagen
recogida por el sensor es enviada en forma “bruta”
(RAW) al dispositivo de almacenamiento, para luego
ser procesada en postproducción, tal y como si se
tratara de un negativo para ser revelado en el
laboratorio. La idea de Arri ha sido crear una cámara
de cine digital para los directores de fotografía de
cine tradicional, es decir, sin las complicaciones que
significa tener que conocer el formato en sí. Para
ello, proponen un equipo en el que prácticamente
no hay nada que manipular, ofreciendo una imagen
lo más plana y con la máxima información posible
para luego, en postproducción, seguir el camino
habitual de manipulación y control de la imagen.
Entre las características más destacadas de este
equipo, está su visor óptico: la imagen observada en
él es la reflejada por el espejo del obturador que también es mecánico, no electrónico. La abertura de
este puede ser variada desde 11.2º a 180º. Por el diseño del sensor CMOS, Arri anuncia la posibilidad
de llegar a las 150 imágenes por segundo, pero actualmente no hay ningún proceso que pueda
manejar tal cantidad de información, con lo cual esa capacidad teórica queda notablemente reducida
Para algunos profesionales, la Arri D-20 plantea dudas puesto que una de las particularidades más
interesantes de una cámara electrónica de alta gama es precisamente poder controlar los parámetros
de imagen, entre otras cosas, la curva de gamma. Todo ello ahora debe ser reconstruido en
postproducción ya que la cámara graba sin procesar, en modo Raw, obteniéndose un, por así
llamarlo, “negativo digital”Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 53 de 62Las texturas de imagen obtenidas por la D-20 son absolutamente cinematográficas.
Las texturas de la imagen digital obtenidas por la D-20 son absolutamente “cinematográficas”.Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 54 de 62¿QUÉ TECNOLOGÍA SE EMPLEA EN C INEMA TOGRAFÍA DIGITAL?CINEMATOGRAFÍA DIGITAL
Mayor área de imagen significa:
- Mayor resolución
- Mayor rango dinámico
- Menor profundidad de campo: foco más diferencial >El Super 35 (y la cinematografía digital) tienen casi
DIGITAL?El DF chileno Claudio Miranda
fotografió The Curious Case of
Benjamin Button y Zodiac con
la Viper. Ambas dirigidas por
David Fincher (Seven, FightDA LSA Evolution (2008)
Igual electrónica pero más
ligera que la Origin (uso al
hombro).¿QUÉ TEC NOLOGÍA SE EMPLEA EN CINEMATOGRAFÍA DIGITAL?Víper FilmStream
Tres CCD de 9.2 megapíxeles paraClub, Panic Room, etc)¿QUÉ TECNOLOGÍA SE EMPLEA EN C INEMA TOGRAFÍA DIGITAL?Pa navision
FlyboysDion Beebe (DF) y
un total de 27.6 millones de píxeles
en formatos nativos 16:9 o 2,37:1.
en el rodaje de Collateral
El obturador mecánico garantiza la
de smear
EN C INEMA TOGRAFÍA DIGITAL?
Nueva ARRI D-21 que se
diferencia de la anterior D-20
en su velocidad variable
(hasta 60 i.p.s.) y en sus tres
salidas: RAW, M-scope
(salida específica para
anamórfico) y HD. La cámara
simultáneamente dos de
ellas, la D-20 solo una.Cámara + grabadora (camascopio). Magnetoscopio adosable Sony
SRW-1 que graba en cintas HDcam SR más de 50 minutos.
Un solo CCD (tecnología Sony) de 12,4 megapíxeles
Visor electrónico AccusceneUn CCD de 4096 x 2048 píxeles
(cuadruplica la resolución de la
alta definición 1080 x 1920) a
16 bits y enorme rango
dinámico: 12 diafragmas . Visor
óptico, no electrónicoUn CMOS Super 35Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 55 de 62¿QUÉ TECNOLOGÍA SE EMPLEA EN CINEMA TOGRAFÍA DIGITAL?Sony F35
nipón al desafío de
digital. Graba a
1080p, 4:4:4, 10
bits, de 1 a 50ips
en soporte HDcam
SR, mediante
portátiles o disco
duro.Un solo sensor CCD de Super35 con montura PLTeniendo en cuenta lo que oferta su competencia, el precio es del
todo disparatado: unos 210.000 euros, solo el cuerpo de cámara.
SILIC ON IMAGING
Slumdog Millionaire se
rodó con una pequeña
obj etivo.
tratar, a 2k (20 48 x 1152) >
“ The film used a prototype DigitalCinema Camera from Silicon
Imaging. When used in Mumbai,
there were SI technicians on set
constantly to deal with any
problems the prototype had, of
which there were many” IMDbSlungdog Millionaire es la primera película rodada en cine digital (2K)
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 56 de 62Otra grande de la cinematografía digital es la nueva Panavision Genesis, desarrollada por el
legendario fabricante de estadounidense en colaboración con Sony. Equipa un único CCD en tamaño
Super 35/4p con lo que las imágenes generadas tienen el foco diferencial típico de 35mm y un
excelente rango dinámico. La cámara Genesis de Panavision fue la elegida para rodar la última versión
de las aventuras de Superman (Superman Returns), dirigida por Brian Singer (Sospechosos
Habituales, X-Men, Valkyrie ...) y fotografiada por Newton Thomas Sigel. Apocalypto, Scary Movie 4 y
Flyboys también se originaron con la Panavision Genesis.En las imágenes se observa el foco diferencial
obtenido con la Panavision Genesis, cuyo único
CCD corresponde al formato de Super 35/4pSensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 57 de 62Dean Semler (ASC)
rodó Apocalypto
con la Panavision
Genesis en las
selvas de MéxicoSensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 58 de 62La cámara Red One
La última y enorme sorpresa viene firmada por la recién llegada
compañía estadounidense Red Digital Cinema Camera Company que
presentó el 24 de abril de 2006 en la feria NAB de Las Vegas el primer
prototipo de la Red One, una cámara de cine digital que captura a 4K
con sensor de tamaño Super 35/4p y que, según su fabricante, se
posiciona en el mercado como "la cámara de alta definición con más resolución del mundo".
Esta cámara es el último gran proyecto de Jim Jannard, un experto profesional de la fotografía, el
vídeo y la tecnología, y fundador de la conocida marca de gafas de sol Oakley, lo que explica el
particular diseño de la cámara. La Red One no pudo empezar con mejor pie en aquel show de Las
Vegas: el 26 de abril recibía uno de los premios NAB2006 AIM, a la innovación en “media”, dentro de
la categoría de Creación de Contenido.
La Red One trabaja en 4k, 2k,
1080p, 1080i y 720p, con o sin
compresión, en 4:4:4 o en 4:2:2
y destaca por su sensor CMOS
bautizado como Mysterium.
Captura 11,5 megapíxeles a 60
cuadros por segundo, lo que
supondrá cinco veces más
información por segundo y un
calidad de grabación, en
camascopios que graban a 2,1
megapíxeles a 30 cuadros. RedDigital Cinema Camera Company
ya no habla simplemente de HD
sino de “Ultra High Definition'”.El sensor CMOS (4520 x 2540 píxeles)
tiene unas dimensiones de 24,4mm x
13,7mm, equivalentes al tamaño Super
35/4p, lo que permite ofrecer una
profundidad de campo idéntica a la de
este formato. Obviamente puede usar
ópticas de cine de montura PL. La
latitud o rango dinámico también marca
diferencias porque, dependiendo del
modo de grabación, se consiguen de 11
a 15 diafragmas (algo que habrá de
comprobarse científicamente). La
velocidad de grabación de la Red One va
desde solo 1i.p.s. a 120i.p.s. y, para
mayor durabilidad y menor peso, ha sido
construida en aleación de magnesio.
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 59 de 62La Red One tiene dos opciones de
almacenamiento (Digital Media Magazine),
con interfaces Firewire 400/800, USB 2 y
eSATA. El Red Drive vendría a ser un disco
duro con capacidad comprendida entre los
40 y los 160 GB; mientras que el RedFlash,
basado en memoria flash tendría una
capacidad de 32 a 128 GB.
El cuerpo de la cámara pesa poco más de
tres kilos (ventajas de la aleación de
magnesio) y tiene un costo de solo $17.000
(un precio diez veces menor, que una Dalsa,
por ejemplo, que genera 4K) mientras que
el Digital Media Magazine costaría cerca de
Quizá la parte más interesante del diseño de esta cámara sea su modularidad y escalaridad. El diseño,
grosso modo, consta de un captador, óptica, software, interfaces y soportes de grabación. Todo en
ella es sustituible y actualizable, es decir, no es necesario cambiar de cámara según la aplicación.
Grabar sobre disco duro, emitir en directo, emitir para Internet, etc., significa simplemente cambiar el
interfaz, cambiar el software, un concepto de trabajo que rompe con lo conocido hasta ahora.
Cooke ofrece cuatro objetivos
Cooke S4/i para la cámara Red
One con distancias focales de
15mm hasta 100mm; se
diferencian por el grabado de la
marca y detalles en rojo. La
montura es estándar PL.
El juego se llama Cooke RED Set,
y sus objetivos incorporan
tecnología de captura de
metadatos que pueden leer
directamente las cámaras RED. El
Cooke RED Set incluye el zoom
S4/ 15-40mm, T2.0 CXX; y tres
objetivos de focal fija (primes) S4/
50mm, T2.0; S4/ 75mm, T2.0; y
S4/ 100mm, T2.0Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 60 de 62RED
Ópticas REDZoom 18-50mm – T3 - $6.500Zoom 50-150mm – T3 - $8.500La cámara puede ser adquirida con monturas PL en
Super 35 y Super 16 o con la tradicional B4.RED
Ópticas RED
Zoom 18-85mm
T2.9 - $9.975RED180mm F2.8
$4.950Crossing the Line - D.: Peter Jackson - 1ª película en Red One
The Informant (Steven Soderberg)
El Argentino (Steven Soderberg)
Guerrilla (Steven Soderberg)
Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 61 de 62RED ONE. El “no va más”4K MYSTERIUM® Frame Capture
Shot with the RED 300mm f2.8 lens, 24fps at 1/48 sec. 4.9k 12
bit, down-converted to 4k, down-converted to 8 bit jpeg.
El “no vaNo
más”Sensores de imagen. Tipos. Antonio Cuevas – Pág. 62 de 62All pages:1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738404142434445464748495051525355565759606162InfoSaveLikeShareDownloadMoreSensores de imagen Published on Aug 8, 2012 Manual de Tecnología Audiovisual de Antonio Cuevas.cccpcostaricaFollowRead moreRead moreSimilar toPopular nowJust for youGo explore

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