El Sensor de la cámara y por qué tiene que ser grande

Voy a intentar explicar de la forma más simple posible porque cuando os compráis una cámara es siempre mejor buscar una con un sensor lo más grande que podáis pagar, ya que a igual tecnología cuanto más grande es el sensor siempre la foto va a ser mejor en casi todo. 

No hablaré de factores de recorte, ni de marcas, ni de funciones, ni cosas así, vamos a sumergirnos simplemente en la idea, el concepto de tamaño relacionado con su procesador, que seguro algunos ya comprendéis mejor que yo seguro, pero es bueno que hablemos de esto ahora para los más nuevos y nuevas, que estoy viendo con gran alegría que cada vez hay más chicas, por los montones de mails de ellas que recibo y ya que llega el verano y muchos os querréis comprar una cámara esto seguro que os vendrá muy bien..

Quiero dejar claro ante todo, que mi intención sólo y exclusivamente es comentar como funciona un sensor y porque pasan ciertas cosas sólo desde el punto de vista técnico y nada más, esto es importante aclararlo para que no haya malos entendidos en su lectura.

Voy a partir de cero así seguro que nadie se pierde, voy a intentar hacerlo interesante y contar  que es el sensor de la cámara y que cosas nos ofrece. 

Un sensor es una cuadrícula de un cierto tamaño de pequeños captadores electrónicos sensibles a la luz, que los solemos llamar foto sensores y que recogen la luz que entra por el objetivo y la transforma en una señal eléctrica que luego la cámara procesa y obtiene la foto. Este proceso es también muy importante.

Un diagrama podría ser este que os he dibujado donde en una base se ven depositados pequeños sensores en cantidad enorme.

Cada celda recoge una cierta cantidad de luz dependiendo de lo sensible y grande que este foto sensor sea, cuanto más luz sea capaz de recoger, intuitivamente vemos que será mejor porque captara más detalle de ese tono.

Fijaros que lo he puesto gris, porque estos fotos sensores realmente sólo recogen luminosidad y no colores, curioso ¿verdad? un sensor si se pusiese solito en el mundo sin más daría sólo tonalidades de luz y poco más, sería como ver las imágenes en blanco y negro (más o menos).

y ¿entonces como recogen el color? Para que podamos ver los colores en nuestras fotos por encima de los sensores les ponen filtros de color, de forma que solo deje pasar la luminosidad de ese color, como la figura que os pongo debajo con el filtro más común que se llama de Bayer.

Así cada foto sensor al tener encima un filtro de un color obtiene de la imagen (la parte que le toca ese color ) el resto de colores a ese foto sensor no le afectan.

Ya os habéis dado cuenta que solo hay tres colores y además tienen una propiedad curiosa, el mosaico está formado por un 50% de filtros verdes, un 25% de rojos y un 25% de azules, como veis hay más verdes. La razón de que se use mayor cantidad de puntos verdes es que el ojo humano es más sensible a ese color. Si pudiésemos ver una imagen así sería de este estilo:

Hay solo tres colores porque de la mezcla de esos tres colores (que se llaman primarios) salen todos los colores que el ojo puede ver, La siguiente imagen que os pongo veis esta suma que se llama aditiva de tres focos en una pared negra, el resto de colores que faltan salen de sucesivas mezclas.

Curiosamente si la mezcla la hacéis con pinturas  en un papel saldría así, y se le llama mezcla sustractiva.

Para extraer los colores "de verdad" la cámara hace un "demosaicing" que es un proceso que ya hace el ordenador de la cámara, para entenderlo de forma sencilla y basándome en la figura de mezcla aditiva de colores y el filtro Bayer es como si tomásemos cuatro contiguos los mezclásemos y obtuviésemos por ejemplo el amarillo. Esto sería el proceso, que realmente es mucho más complejo porque se toman más grupos, pero para que lo entendías creo que así queda muy claro. 

Bueno pues ya tenemos el filtro en condiciones, pero como los sensores son cuadrados y la luz cuando entra por el objetivo no entra perpendicular a todo el sensor, por ejemplo, en los extremos entra ladeada y no perpendicular, para solucionar este tema y que toda la imagen sea buena y luminosa y no solo la parte central, se usan unas lentes encima de cada filtro que captan mejor la luz. Esto es un avance bastante grande que los sensores de última generación ya incluyen.

El esquema general queda más o menos así, espero que perdonéis mis dibujos.

Finalmente llevan una serie de filtros puesto los filtros que eliminan una serie de tipos de luz como la infrarroja o los patrones de rayas, etc

Ya creo que con estas ideas habéis visto como es el sensor a muy grandes rasgos, ahora hablemos de por qué deben ser grandes los foto sensores (o fotositos como también les llaman) y por tanto si son grandes el sensor debe ser mas grande, porque a un mismo número de ellos si son más grandes el sensor evidentemente lo será también, como muestro en la siguiente imagen.

Si ahora pensamos que un foto sensor es como un cubo y la luz se comporta como partículas, cuanto más grande sea éste, captará más partículas, esto es completamente claro y además intuitivo, produciendo una señal eléctrica mayor.

Normalmente estos foto sensores son lineales en su respuesta eléctrica con la luz que entra, y cuanto más luz más señal producen y esto a la cámara le viene estupendamente porque no necesita amplificar la señal, proceso este que genera lo que llamamos ruido.

Esa cantidad de luz si encima tiene su filtro puesto será menor aún, ya que sólo entrarán los fotones de su color

Como digo al entrar más fotones tendremos más luz y más calidad en la imagen, porque podremos, por ejemplo entre otras cosas, obtener más margen de tonos, por poner un ejemplo, no es lo mismo que entren en un foto sensor de cero a cuatro fotones que entren de cero a 18,  en el más grande podremos tener más finura de tonos de luz y por tanto podremos reproducir más cantidad de luz. Esto se nota más sobre todo cuando aumentamos la sensibilidad ISO para captar fotos con poca luz, los sensores pequeños se comportarán en general peor, digo esto de "en general" porque la técnica también ayuda con procesos matemáticos muy potentes a mejorar esto dentro de lo que se puede, y ahora hay sensores pequeños que se comportan muy bien, pero como decía al principio a igualdad de tecnología el tamaño siempre es el factor fundamental.

¿Qué podemos deducir de todo esto? pues varias cosas:

1) Por regla general, si comparamos dos cámaras que tengan un sensor del mismo tamaño, dará mejor calidad la que tenga menos megapíxeles. Esto después de lo que he explicado queda claro porque el foto sensor será mayor.

2) Si una cámara tiene el mismo número de foto sensores que otra pero el tamaño total del sensor es en la segunda mayor esta dará más calidad que la primera, porque el foto sensor será mayor

3) Por eso en vez de fijarnos en los megapíxeles de una cámara creo que siempre será mucho mejor que nos fijemos en el tamaño de los foto sensores de su sensor.

4) ¿Cómo podemos calcular el tamaño del foto sensor de una cierta cámara?, pues es relativamente sencillo si sabemos el tamaño del sensor. Imaginemos que tenemos una EOS 7D APSC 22,3 × 14,9 mm que da 5184 × 3456 Pixels

Simplemente dividimos el lado más ancho del sensor en milímetros entre el ancho en píxeles de la máxima resolución, en este caso 22,3mm/ 5184= 0,004301mm  aproximadamente 4 micras de foto sensor.

Por último un ejemplo extremo pero interesante para que se vea este efecto del tamaño de sensor lo vemos con una foto a ISO 3200 en un sensor de una cámara pequeña de 1 1/7" (7,6mm x 5,7mm )" una cámara que tiene ya un sensor muy decente para ser una compacta  y luego la misma a ISO 3200 en una cámara con sensor (36mm x 24 mm).

Están tomadas al mismo tamaño para que así las los cambios no afecten al ruido generado.

Sensor 7,6mm x 5,7mm

Sensor 36mm x 24mm

La diferencia es muy notable en los dos tipos de imágenes y no digamos ya en margen de tonos que pueden captar, aquí la diferencia es tan grande que ni si quiera se parecen un poquito.

Esto no quiere decir en absoluto que la cámara pequeña sea mala, (que no lo es y para lo que esta hecha es perfecta) porque a ISO 3200 se comporte así, simplemente la prueba esta así realizada para que notéis el efecto de forma clara de lo que estoy hablando y que penséis como funcionan estas cosas.