Cámaras digitales

Cámaras digitales

Controladores de cámaras digitales

Una cámara digital (o cámara digital ) es una cámara que codifica imágenes y videos digitales digitalmente y los almacena para su posterior reproducción. La mayoría de las cámaras que se venden hoy en día son digitales y las cámaras digitales están incorporadas en muchos dispositivos, desde PDA y teléfonos móviles (llamados teléfonos con cámara) hasta vehículos.

Las cámaras digitales y de película comparten un sistema óptico, que normalmente utiliza una lente con un diafragma variable para enfocar la luz en un dispositivo de captación de imágenes. El diafragma y el obturador admiten la cantidad correcta de luz en la cámara, al igual que con la película, pero el dispositivo de captación de imágenes es electrónico y no químico. Sin embargo, a diferencia de las cámaras de película, las cámaras digitales pueden mostrar imágenes en una pantalla inmediatamente después de ser grabadas y almacenar y eliminar imágenes de la memoria. Muchas cámaras digitales también pueden grabar vídeos en movimiento con sonido. Algunas cámaras digitales pueden recortar y unir imágenes y realizar otras ediciones elementales de imágenes.

Steven Edwards, como ingeniero en Eastman Kodak, inventó y construyó la primera cámara electrónica utilizando un sensor de imagen de dispositivo de carga acoplada en 1975. Las anteriores usaban un tubo de cámara; los posteriores digitalizaron la señal. Los primeros usos fueron principalmente militares y científicos; seguido de aplicaciones médicas y de noticias. A mediados y finales de la década de 1990, las cámaras digitales se volvieron comunes entre los consumidores. A mediados de la década de 2000, las cámaras digitales habían reemplazado en gran medida a las cámaras de película y los teléfonos móviles de gama alta tenían una cámara digital integrada. A principios de la década de 2010, casi todos los teléfonos inteligentes tenían una cámara digital integrada.

Sensores de imagen

Los dos tipos principales de sensores de imagen digital son CCD y CMOS. Un sensor CCD tiene un amplificador para todos los píxeles, mientras que cada píxel de un sensor de píxeles activos CMOS tiene su propio amplificador. En comparación con los CCD, los sensores CMOS consumen menos energía. Casi todas las cámaras con sensores pequeños utilizan sensores CMOS con iluminación posterior (BSI-CMOS), mientras que las cámaras con sensores grandes, como las DSLR, rara vez utilizan sensores BSI-CMOS porque el sensor es demasiado caro y el beneficio no es mucho. A plena luz del sol, el CCD sigue siendo el mejor. La calidad general de la imagen final depende más de la capacidad de procesamiento de imágenes de la cámara que del tipo de sensor.

La resolución de una cámara digital suele estar limitada por el sensor de imagen que convierte la luz en señales discretas. Cuanto más brillante sea la imagen en un punto determinado del sensor, mayor será el valor leído para ese píxel. Dependiendo de la estructura física del sensor, se puede utilizar una matriz de filtros de color, lo que requiere una demostración para recrear una imagen a todo color. El número de píxeles del sensor determina el "recuento de píxeles" de la cámara. En un sensor típico, el número de píxeles es el producto del número de filas por el número de columnas. Por ejemplo, un sensor de 1.000 por 1.000 píxeles tendría 1.000.000 de píxeles, o 1 megapíxel.

Métodos de captura de imágenes.

Cámara digital, parcialmente desmontada. El conjunto de la lente (abajo a la derecha) está parcialmente retirado, pero el sensor (arriba a la derecha) aún captura una imagen, como se ve en la pantalla LCD (abajo a la izquierda).

Desde que se introdujeron los primeros respaldos digitales, ha habido tres métodos principales para capturar la imagen, cada uno de ellos basado en la configuración del hardware del sensor y los filtros de color.

Los sistemas de captura de un solo disparo utilizan un chip sensor con un mosaico de filtro Bayer o tres sensores de imagen separados (uno para los colores aditivos primarios rojo, verde y azul) que se exponen a la misma imagen a través de un divisor de haz.

El disparo múltiple expone el sensor a la imagen en una secuencia de tres o más aperturas de la apertura de la lente. Existen varios métodos de aplicación de la técnica multidisparo. Originalmente, lo más común era utilizar un solo sensor de imagen con tres filtros pasados delante del sensor en secuencia para obtener la información de color aditiva. Otro método de disparos múltiples se llama microescaneo. Este método utiliza un chip de sensor único con un filtro Bayer y mueve físicamente el sensor en el plano de enfoque de la lente para construir una imagen de mayor resolución que la resolución nativa del chip. Una tercera versión combina ambos métodos sin filtro Bayer en el chip.

El tercer método se llama escaneo porque el sensor se mueve a través del plano focal de manera muy similar al sensor de un escáner de imágenes. Los sensores lineales o trilineales de las cámaras de escaneo utilizan solo una línea de fotosensores, o tres líneas para los tres colores. El escaneo se puede lograr moviendo el sensor (por ejemplo, cuando se utiliza muestreo en color en el mismo sitio) o girando toda la cámara. Una cámara digital de línea giratoria ofrece imágenes de muy alta resolución total.

La elección del método para una captura determinada está determinada en gran medida por el tema. Por lo general, resulta inapropiado intentar capturar un sujeto que se mueve con cualquier otro sistema que no sea de disparo único. Sin embargo, la mayor fidelidad del color y los mayores tamaños de archivo y resoluciones disponibles con respaldos de escaneo y tomas múltiples los hacen atractivos para los fotógrafos comerciales que trabajan con sujetos estacionarios y fotografías de gran formato.

Las mejoras en las cámaras de un solo disparo y en el procesamiento de archivos de imágenes a principios del siglo XXI hicieron que las cámaras de un solo disparo fueran casi completamente dominantes, incluso en la fotografía comercial de alta gama.

Filtrar mosaicos, interpolación y alias

Disposición de filtros de color de Bayer en la matriz de píxeles de un sensor de imagen.

La mayoría de las cámaras digitales de consumo actuales utilizan un mosaico de filtro Bayer en combinación con un filtro óptico anti-aliasing para reducir el aliasing debido al muestreo reducido de las diferentes imágenes de colores primarios. Se utiliza un algoritmo de demostración para interpolar información de color para crear una gama completa de datos de imágenes RGB.

Las cámaras que utilizan un enfoque 3CCD de disparo único con divisor de haz, un enfoque de disparo múltiple de tres filtros, muestreo de color en el mismo sitio o sensor Foveon X3 no utilizan filtros anti-aliasing ni demosaicing.

El firmware de la cámara, o un software en un programa de conversión sin formato como Adobe Camera Raw, interpreta los datos sin procesar del sensor para obtener una imagen a todo color, porque el modelo de color RGB requiere tres valores de intensidad para cada píxel: uno para cada rojo, verde y azul (cuando se utilizan otros modelos de color, también requieren tres o más valores por píxel). Un solo elemento sensor no puede registrar simultáneamente estas tres intensidades, por lo que se debe utilizar una matriz de filtro de color (CFA) para filtrar selectivamente un color particular para cada píxel.

El patrón de filtro Bayer es un patrón de mosaico repetido de 2x2 de filtros de luz, con los verdes en las esquinas opuestas y el rojo y el azul en las otras dos posiciones. La alta proporción de verde aprovecha las propiedades del sistema visual humano, que determina el brillo principalmente a partir del verde y es mucho más sensible al brillo que al tono o la saturación. A veces se utiliza un patrón de filtro de 4 colores, que a menudo incluye dos tonos diferentes de verde. Esto proporciona un color potencialmente más preciso, pero requiere un proceso de interpolación un poco más complicado.

Los valores de intensidad del color no capturados para cada píxel se pueden interpolar a partir de los valores de los píxeles adyacentes que representan el color que se está calculando.