Contenidos temáticos
- Introducción a la captura en cámara digital
- Historia de las cámaras digitales
- Óptica de una cámara digital
- Enfoque de una cámara digital
- Distancias focales
- Tipos de distancias
- Zoom óptico y zoom digital
- Métodos para capturar las imágenes
Desarrollo del tema
1. Introducción a la captura en cámara digital
Una cámara digital es uno de los dispositivos electrónicos más populares y exitosos de los últimos años ya que permite a cualquiera poder tomar fotografías de muy diverso tipo teniendo el resultado de cómo sería la imagen en el instante en que se saca, sin necesidad de esperar al revelado.
Estas cámaras digitales no funcionan sobre la base de una película fílmica como las cámaras de fotografía tradicionales, sino sobre la base de un sensor electrónico interno que hace las veces de la película fílmica donde se graba o imprime la imagen captada para luego ser almacenada en una memoria interna para que el usuario pueda disponer de ellas cuándo y cómo quiera.
Los aspectos y formas de las cámaras digitales son diversos, pero existe en todos ellos un conjunto común de mecanismos y funciones. Tomaremos una Nikon Coolpix 4500 para la descripción de las funciones de un modelo digital. En este sentido activar su funcionamiento se corresponde con lo que pasa con los modelos analógicos: podemos abrir la cámara y disparar.
Pero cualquier cámara digital presenta una diferencia clara con las de negativo. Según los modelos varía la forma de acceder a esta función, pero en todas existe un modo de hacerlo. Hay un segundo elemento que supone otro cambio diferencial de la cámara digital respecto de la analógica.
2. Historia de las cámaras digitales
Los conceptos de digitalizar imágenes en escáneres y convertir señales de video a digital anteceden al concepto de tomar cuadros fijos digitalizando así señales de una matriz de elementos sensores discretos. La matriz en mosaico registraba periódicamente fotos fijas de las localizaciones de estrellas y planetas durante el tránsito y cuando se acercaba a un planeta, proporcionaba información adicional de distancias para el orbitaje y como guía para el aterrizaje. El concepto incluyó elementos de diseño que presagiaban la primera cámara fotográfica digital.
Texas Instruments diseñó una cámara fotográfica análoga sin película en 1972, pero no se sabe si fue finalmente construida. La primera cámara digital registrada fue desarrollada por la empresa Kodak, que encargó la construcción de un prototipo al ingeniero Steven J.
Esta cámara usaba los entonces nuevos sensores CCD desarrollados por Fairchild Semiconductor en 1973. Su trabajo dio como fruto una cámara de aproximadamente 4 kg. La cámara fotográfica registraba las imágenes en una cinta de cassette y tardó 23 segundos en capturar su primera imagen, en diciembre de 1975. Este prototipo de cámara fotográfica era un ejercicio técnico, no previsto para la producción.
Las cámaras fotográficas electrónicas de mano, en el sentido de un dispositivo hecho para ser llevado y utilizado como una cámara fotográfica de mano de película, aparecieron en 1981 con la demostración de Sony Mavica (cámara de vídeo magnética).
Este modelo no debe ser confundido con las cámaras fotográficas más modernas de Sony que también usan el nombre de Mavica. Esencialmente era una cámara de vídeo que registraba imágenes fijas, 50 por disco en modo de campo y 25 por disco en modo del marco.
Las cámaras fotográficas electrónicas analógicas no parecen haber alcanzado el mercado hasta 1986 con la Canon RC-701. Varios factores retrasaron la adopción extensa de cámaras fotográficas análogas, calidad pobre de la imagen en comparación a la película, la carencia de las impresoras de calidad.
La primera cámara fotográfica analógica para venta a los consumidores pudo haber sido la Canon RC-250 Xapshot en 1988. Una cámara fotográfica analógica notable producida en el mismo año era el Nikon QV-1000C, que vendió aproximadamente 100 unidades y registraba imágenes en escalas de grises, y la calidad de impresión en periódico era igual a las cámaras fotográficas de película. En aspecto se asemejaba a una cámara fotográfica digital moderna réflex.
Esta cámara fotográfica nunca fue puesta en venta en los Estados Unidos. La primera cámara fotográfica digital disponible en el mercado fue la Dycam Model 1, en 1991, que también fue vendida con el nombre de Logitech Fotoman.
Usaba un sensor CCD, grababa digitalmente las imágenes, y disponía de un cable de conexión para descarga directa en la computadora.
En 1991, Kodak lanzó al mercado su modelo DCS-100, el primero de una larga línea de cámaras fotográficas profesionales SLR de Kodak que fueron basadas, en parte, en cámaras para película, a menudo de marca Nikon.
La primera cámara fotográfica dirigida a consumidores con una pantalla de cristal líquido en la parte posterior fue la Casio QV-10 en 1995, y la primera cámara fotográfica en utilizar tarjetas de memoria CompactFlash fue la Kodak DC-25 en 1996.
El mercado para las cámaras fotográficas digitales dirigidas al consumidor estaba formado originalmente por cámaras fotográficas de baja resolución. En 1997 se ofrecieron las primeras cámaras fotográficas para consumidores de un megapixel. Esta cámara fotográfica también utilizaba lentes Nikon F, lo que significaba que los fotógrafos podrían utilizar muchas de las mismas lentes que ya tenían para sus cámaras de película.
3. Óptica de una cámara digital
El objetivo es sin duda uno de los elementos fundamentales en toda cámara fotográfica. En una digital es junto con el sensor electrónico un factor determinante de la calidad de las imágenes producidas. Algunas de ellas provienen de la fotografía tradicional y cuentan con ópticas de reconocida calidad. Así Sony incorpora objetivos Cari Zeiss en sus cámaras y Panasonic se ha asociado con Leica.
Calidad de la óptica y calidad de la imagen fotográfica guardan una estrecha relación. La definición de la imagen que se proyecta sobre la superficie de la emulsión sensible o sobre el sensor electrónico depende en primera instancia de las lentes.
Una lente simple puede cumplir esta función, pero no con un nivel suficiente de calidad, ya que presenta aberraciones. Algunas cámaras de bajo presupuesto montan ópticas simples que obviamente no pueden producir imágenes de un cierto nivel de calidad.
Una lente simple es suficiente para una cámara de videoconferencia, pero claramente insuficiente para obtener imágenes de un nivel de calidad determinado. Una cámara equipada con una lente simple presenta con facilidad aberraciones. La aberración cromática consiste en que el objetivo no puede concentrar en un mismo punto los rayos de luz de distinta longitud de onda, es decir, de distintos colores.
La curvatura de líneas es otra aberración que provoca que la imagen de los bordes de la fotografía aparezca distorsionada.
Los primitivos modelos de cámara fotográfica montaban una lente simple. Muy pronto, no obstante, los objetivos utilizados pasaron a ser conjuntos de ópticas compuestas. Actualmente, cámaras de bajo presupuesto como las de un sólo uso también utilizan lentes simples en su construcción.
Para minimizar las aberraciones las ópticas fotográficas están formadas por conjuntos de lentes cuyo funcionamiento global es capaz de corregirlas. El resultado son unas cámaras muy llevaderas y con unos niveles de calidad notables.
La calidad de un objetivo se mide por su poder de resolución., es decir, por su capacidad de mantener separados en la fotografía puntos que se encuentran cercanos en la realidad.
Cuanto mayor sea la capacidad del objetivo de mantener como individualizados en la imagen los detalles sutiles del motivo mayor será el poder de resolución de la óptica.
En una cámara digital la resolución de la fotografía depende tanto de la calidad óptica como de la resolución del sensor electrónico. De las dos fotografías siguientes, la de la izquierda se tomó con una cámara de baja resolución y óptica simple. La de la derecha corresponde a la misma situación captada con una cámara de mayor resolución, tanto en el sensor electrónico como en la óptica.
4. Enfoque de una cámara digital
El enfoque en fotografía digital se refiere a un punto específico a una distancia determinada en donde los objetos de nuestra fotografía aparecerán bien definidos y con mucho detalle. Adelante y atrás de este punto los objetos se verán borrosos o desenfocados.
Para que una foto de una persona luzca bien enfocada, es necesario buscar hacer el enfoque en los ojos o en la cara de la persona que estamos fotografiando.
La mayoría de las cámaras digitales tienen enfoque automático que ocurre cuando presionamos a la mitad el disparador de nuestra cámara, después de unas fracciones de segundo, la cámara nos da un aviso de que el enfoque se realizó exitosamente y que podemos presionar por completo el disparador para tomar la foto.
Generalmente, las cámaras con autoenfoque, miden la distancia y enfocan al objeto que se encuentre más cercano a la cámara siempre y cuando este objeto o persona esté en el área central del cuadro.
Para que una cámara pueda enfocar, es necesario que haya buena luz y de preferencia que haya muchos colores y texturas en la foto que queremos tomar. Algunas cámaras emiten una luz infrarroja para facilitar el enfoque automático en situaciones con poca luz o con poco contraste y texturas.
5. Distancias focales
Cada vez que se mueve accionamos el zoom y varía la distancia focal. Cuando el zoom está abierto la distancia focal es mínima, cuando está cerrado adquiere su valor máximo.
Se define la distancia focal como la existente entre el plano de la imagen y el plano de la óptica. Así, mientras en una réflex de 35 mm hablaríamos de rangos entre 28 y 85 mm para las ópticas más comunes en una compacta digital podemos encontrar como valores habituales los comprendidos entre 7 y 32 mm.
El plano de la imagen es la superficie del interior de la cámara donde se concentran los rayos de luz para lograr una imagen enfocada. Se trata del plano donde encontramos o bien el sensor electrónico o bien la película.
Para explicar el plano de la óptica recurrimos a una analogía con la lente simple. Si la óptica fuese una lente simple el plano de la óptica seria el punto en el que los rayos de luz provenientes del infinito modificarían su trayectoria. En una óptica compuesta se calcula un plano interior al conjunto de lentes que cumple esta misma característica.
La distancia focal se relaciona con el ángulo de visión en una relación inversa. Un valor bajo provoca un ángulo de visión amplio. Y a la inversa, un valor alto implica un ángulo de visión reducido. Las dos imágenes siguientes se tomaron a una distancia similar del motivo. A valores de distancia focal bajos corresponden ángulos de visión dilatados. Y a la inversa, a valores altos ángulos reducidos.
La popularización de las cámaras de 35 mm ha llevado a equiparar con facilidad las nociones de ángulo con las características de unos valores determinados.
6. Tipos de distancias
Esta distancia de imagen enfocada depende directamente de 2 elementos de la cámara:
- Distancia focal del objetivo
- Diafragma utilizado en la toma fotográfica.
Se considera que un objetivo de poca distancia focal (Gran Angular), de entre 20 mm y 45 mm, tiene mayor profundidad de campo que un objetivo de gran distancia focal (Teleobjetivos), de entre 70 mm. Asi mismo, a mayor diafragma, mayor profundidad de campo.
Distancia focal corta
Estos objetivos se conocen normalmente como angulares, y en las cámaras con zoom corresponden a la posición abierta de éste. En las cámaras de 35 mm se consideran angulares las ópticas con distancias focales inferiores a 35 mm. Entre las ópticas gran angular, las de valores inferiores a los 18mm se denominan ojos de pez.
Distancia focal normal
El objetivo normal es el que proporciona un ángulo de visión similar al de la visión humana. Las imágenes tomadas con esta focal presentan una perspectiva que resulta familiar. En la cámara de 35 mm, el objetivo normal corresponde a una óptica de 50 mm de distancia focal.
Distancia focal larga
Cuando llevamos el zoom a la posición extrema de aproximación al motivo estamos en posición teleobjetivo.
En las cámaras de 35 mm los valores de distancia focal a partir de los cuáles se considera teleobjetivo son los de sobre 85 mm o superiores.
En las cámaras digitales compactas los valores en milímetros de la distancia focal son siempre inferiores a los de la cámara de 35 mm. El inferior tamaño del sensor electrónico respecto del negativo es la principal causa de la diferencia conocido como factor de focal que modifica las distancias focales de las ópticas.
7. Zoom óptico y zoom digital
Un zoom óptico es, como ya hemos visto, un objetivo que permite variar la distancia focal y por lo tanto abarcar mayor o menor campo visual. La imagen a fotografiar se forma mediante el sistema de lentes que forman la óptica.
El Zoom óptico se mide por pixeles(cuadros) y, obviamente, entre más pixeles tenga este zoom pues más podrá aumentar la imagen y tendrá posibilidad de poder tomar imágenes más claras, así el objetivo que quiera tomar este lejos.
Esta función es mecánica y por esto la calidad de la imagen no se ve afectada. En otras palabras, al utilizar el Zoom óptico, la imagen no se pixela, es decir que no se verá borrosa ni con los cuadritos que hacen ver de mala calidad la imagen.
El Zoom óptico es ideal cuando necesita imprimir la imagen, ya que su funcionalidad hace que no salgan esos puntos (que en realidad son pixeles que salen por agrandar la foto) que dañan la fotografía.
Un zoom digital permite recortar el campo cubierto y aumentar así la imagen. Pero la ampliación no se realiza por medios ópticos sino a través de software. La imagen original se aumenta por interpolación. Este tipo de zoom, si bien puede aumentar mucho la imagen, no produce fotografías de calidad.
Tanto en un caso como en el otro el zoom se define por el número de aumentos que puede proporcionar. Hablamos de rango del zoom para referirnos al grado de variación que permite un objetivo entre sus dos posiciones extremas. Un rango de 10:1, por ejemplo, significa que la imagen que capta en posición angular puede ampliarse 10 veces. El resultado visual será como aproximar una parte de la escena al espectador.
Actualmente, la mayoría de cámaras compactas incorporan rangos de zoom elevados, pero normalmente se trata de aumentos digitales, no ópticos. La calidad del aumento obtenido electrónicamente es muy inferior a la que proporciona un buen conjunto óptico. Pero aparte del aumento es de señalar cómo en la correspondiente al zoom digital el efecto de pixelado es mucho más evidente y aparece cuando se amplía excesivamente la imagen. También por otra parte se observa ruido.
8. Métodos para capturar las imágenes
Desde que las primeras cámaras digitales fueron introducidas al mercado, han existido tres métodos principales de capturar la imagen, según configuración de hardware del sensor y de los filtros de color.
El primer método se denomina de disparo único, en referencia al número de veces que el sensor de la cámara fotográfica se expone a la luz que pasa a través de la lente. Los sistemas de disparo único utilizan un CCD con un filtro de Bayer, o tres sensores de imagen independientes (uno para cada uno de los colores primarios aditivos: rojo, verde, y azul) que se exponen a la misma imagen mediante un sistema óptico de separación de imagen. Hay varios métodos de aplicación de esta técnica. El más común era originalmente utilizar un único sensor de imagen con tres filtros (de nuevo rojo, verde y azul) colocados delante del sensor para obtener la información aditiva del color.
El tercer método se llama exploración porque el sensor se mueve a través del plano focal como el sensor de un explorador (scanner) de escritorio. Sus sensores lineares o tri-lineares utilizan solamente una sola línea de fotosensores, o tres líneas para los tres colores. En algunos casos, la exploración es lograda rotando la cámara fotográfica entera; una cámara fotográfica con línea rotativa ofrece imágenes de resolución total muy alta.
Recientemente, las mejoras drásticas en cámaras fotográficas de disparo único y el procesamiento de archivos RAW de imagen han hecho de las cámaras fotográficas de disparo único, basadas en CCD casi totalmente predominantes en fotografía comercial, para no mencionar la fotografía digital en su totalidad. Las cámaras fotográficas de disparo único basadas en sensores CMOS suelen ser comunes.
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