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Empecemos por el principio: el sensor de imagen

24/08/2013 - Vídeo Email

Recuerdo la primera vez que escuché hablar del sensor de imagen, utilizado tanto en fotografía como en vídeo (aunque hay algunas diferencias importantes).

Era el año 1996 y yo estaba realizando mi proyecto fin de carrera en una escuela de ingeniería. Se me había metido en la cabeza desarrollar una cámara digital para astronomía. Un proyecto que aún en nuestros días es complicado por las dificultades a la hora de capturar imágenes con escasa cantidad de luz. Pues ahora imaginad en aquel año. En España, casi nadie sabía lo que era un sensor CCD (Charge Coupled Device) o Dispositivo de Acoplamiento de Carga. No pretendo daros una aburrida clase de ingeniería, pero lo que sí quiero es poneros en situación.

Imagen

Recuerdo que llamaba a empresas como Philips, Sony, etc. en España y nadie me aportaba nada sobre esos dispositivos, que estaban llamados a revolucionar la fotografía y el vídeo digital. Tan sólo contactando con empresas como Texas Instruments o National Semiconductors en EEUU pude sacar información valiosa para mi proyecto.

Poco después comencé mi carrera profesional en un laboratorio fotográfico, como técnico en imagen digital. Eran tiempos en los que una cámara digital costaba a peseta el pixel. Es decir, una cámara con un sensor de imagen de 240×320 pixels, que son 76800 pixels costaba 76.800 Ptas. (461,58€), y una con una resolución de 480×640 pixels costaba unas 300.000 Ptas. (unos 1.800€) Casi nada, ¿eh? Imaginad ahora que las cámaras actuales con sensores de 16 a 22 Millones de pixels siguieran costando a peseta el pixel.

La primera cámara digital, creada por kodak en el año 1975, tenía una resolución de 100×100 px, una calidad equivalente a 0.001 megapíxeles y sólo podía sacar fotografías en blanco y negro. Las fotografías se almacenaban en una cinta de cassette magnética a una velocidad de 23 segundos por foto.

PrimeraCamaraDigital

La mayoría de vosotros conoceréis el resto de la historia, donde las cámaras digitales fueron introduciéndose en el mercado doméstico hasta desplazar por completo a la fotografía tradicional. Hoy tenemos cámaras con sensores de hasta 36 millones de pixels o megapixels, ¿pero qué es realmente importante en un sensor CCD y en qué se parece a un negativo fotográfico tradicional?

Intentaré explicarlo sin tecnicismos para que cualquiera pueda entenderlo. Los negativos fotográficos tienen una capa de unos «granitos» sensibles a la luz (haluros de plata) que al ser revelados en un laboratorio mediante un proceso químico se consigue que los «granitos» que han recibido más luz cambien sus propiedades y se hagan visibles.

En un sensor CCD de imagen digital, esos «granitos» serían los pixels, y su funcionamiento es bastante similar. Cada pixel recibe luz de forma independiente cuando se toma una fotografía o se graba una escena y la almacena en lo que se conoce como «pozo de potencial». Después un micro-controlador se encarga de «leer» el nivel en cada pozo de potencial, es decir, la luz captada por cada pixel, para conformar la imagen en un dispositivo como una pantalla de ordenador, un smartphone o una tablet.

pozo de potencial CCD

En la imagen de arriba podemos ver un esquema del funcionamiento de un sensor CCD. Me gusta poner el ejemplo del campo de fútbol donde tenemos cubos de agua organizados en filas y columnas. Supongamos que comienza a llover con cierta intensidad y el viento hace que cada cubo recoja cantidades de agua diferentes. Al cabo de una tiempo que llamaremos tiempo de exposición un técnico anota los litros de agua de los cubos de la primera fila. Varios operarios se llevan los cubos de esa fila y mueven el resto en paralelo para acercar los cubos al técnico que nuevamente anota los litros de los cubos que acaban de llegar a la primera fila. Con los valores obtenidos después de realizar todas las lecturas podríamos formar una imagen en escala de grises, donde el negro sería un cubo totalmente vacío y el blanco uno totalmente lleno de agua.

Lo interesante de este ejemplo es que nos permite aprender a controlar dos características muy importantes a la hora de sacar buenas fotos o realizar grabaciones de vídeo: la intensidad de la luz y el tiempo de exposición. En el ejemplo, si llueve con mucha intensidad, los cubos se llenan de agua muy pronto y esto nos daría una imagen casi totalmente blanca, por tanto, para captar una imagen correcta necesitaríamos retirar los cubos rápidamente, es decir, reducir el tiempo de exposición. Si llueve con poca intensidad, los cubos apenas se llenarán y obtendremos una imagen casi negra, así que deberemos dejarlos allí durante más tiempo, aumentar el tiempo de exposición.

Esta es la principal razón por la que los estudios de fotografía y vídeo profesional disponen de potentes equipos de iluminación. Al aumentar la intensidad de luz, pueden trabajar con tiempos de exposición menores hasta el punto de poder congelar la imagen aunque ésta se mueva a gran velocidad.

equipo-de-iluminacion

Espero que os haya gustado conocer las «tripas» de un sensor CCD de imagen digital a través del símil de los cubos en el campo de fútbol. Y también que comprendáis un poco mejor la importancia de trabajar bien con la intensidad de luz y el tiempo de exposición.

En la próxima entrada hablaremos de las diferencias entre los sensores CCD para fotografía y los sensores para vídeo.