El Sensor CMOS

El Sensor es la parte fundamental de la cámara de fotos, es el elemento que captará la imagen cuya información es completamente analógica y la traducirá a un formato digital que es con el que se trabajará para mejorar la imagen, para imprimirla o para enviarla vía Wifi. Los ordenadores y los equipos digitales utilizan información digital, y la imagen que queremos captar sólo contiene información analógica, pues el sensor es el elemento que realiza la conversión analógico-digital.

«El sensor es el que realiza la conversión de la información analógica que ofrece la imagen a la información digital que se usa en ordenadores y equipos digitales.»

Hay diferentes tipos de sensores en función de los diferentes sistemas que se utilizan para convertir la imagen analógica en una imagen digital, y los dos más comunes son el Sensor CCD y el Sensor CMOS, que significa Semiconductor de Óxido Metálico Complementario.  La gran pregunta es, ¿Qué diferencias existen entre ambos tipos de sensores?. Teóricamente, el rendimiento del sensor CCD es mejor que el rendimiento del Sensor CMOS, pero las últimas técnicas de postprocesado de imagen hacen que los pequeños defectos que hacen que el tipo CMOS obtenga mejores imágenes sean compensados, obteniendo niveles de calidad extremadamente similares.

Las diferencias fundamentales radican en el proceso de fabricación y esté punto se encuentra muy del lado del Sensor CMOS, por ello es más económico para un rendimiento similar y por ello es el más extendido en el mundo de las cámaras digitales. El sensor CCD es más caro de fabricar y presenta algunas ventajas que pueden interesar sólo en usos profesionales muy específicos. Por ejemplo, la estructura de los elementos que lo componen ofrecen mayor velocidad de transferencia de datos y además, tiene un consumo energético menor.

Sensor CMOS

Físicamente, un sensor fotográfico está compuesto por un conjunto de receptores que recogerán los valores lumínicos recibidos desde el exterior. Cada fotoreceptor recibirá un nivel de intensidad lumínica y lo almacenará para ser enviado al procesador de la cámara. El nivel de intensidad que cada receptor registra depende de los factores que está presentes en cada fotografía: características de reflexión de luz de toma fotográfica, apertura del diafragma, estructura de los elementos intermedios como los objetivos, con su número y calidad de lentes, etc. Cuando se han recogido todos los datos, será enviados, ya en formato digital, al procesador a través del circuito electrónico que recorre todo el chip.

El proceso físico de conversión analógico digital es el siguiente:

• Cada elemento de la imagen emite una intensidad lumínica analógica determinada.
• Cada celda es sensible a la cantidad de fotones recibidos, registrando un valor específico por cada rango de intensidad luminosa recibida
• El valor recibido por cada celda del sensor se envía al procesador junto con toda la información de identificación de la propia celda que registra la información luminosa exterior.
• El procesador ordena todos los datos recibidos de todas las celdas y configura la imagen digital que acabamos de tomar.

 ¿Cómo funciona el Sensor CMOS?

La hemos visto como funciona el sensor físicamente y de forma general, pero tenemos que aclarar ciertos factores, ya que si sólo se registran los valores de intensidad luminosa, ¿de dónde se obtienen los datos de color?, por ejemplo. La información de color la añade el procesador, y se obtiene a través de diversos procesos de interpolación.

Filtro de Bayer

Uno de los métodos que tradicionalmente han sido utilizados para la obtención de los colores de cada punto de la toma fotográfica es el denominado uso del «Filtro de Bayer». Cada celda fotoreceptora del sensor fotográfico es recubierta de una malla de filtros con los tres colores básicos: Rojo, Verde, Azul. en este caso, la parte de filtro de color verde tiene el doble de superficie que el de los otros dos colores, ahora veremos por qué. Hay otros tipos de filtros ideados por las diferentes compañías fotográficas, pero el Filtro de Bayer ha sido tomado siempre como referencia para entender cómo se recoge la información de color de la imagen y cómo ésta queda registrada en las células fotoreceptoras del sensor.

«Salvo para usos profesionales muy específicos la mayor diferencia que existe entre los sensores CCD y CMOS es constructiva y, por tanto, de precio.»

El fotoreceptor recibirá diferentes intensidades de color rojo, azul y verde en función de la onda luminosa que reciba, esta información será enviada al procesador de imagen junto con la propia intensidad luminosa y los datos de la celda y se conformará un pixel con una intensidad luminosa y con un color derivado determinado. Este valor de color e intensidad es el correcto (para eso está el procesador digital de la cámara), y la unión de todos los pixeles junto con su información de intensidad luminosa y de color conforman la imagen correcta que acabamos de fotografiar. Ya tenemos otro factor que determinará que la imagen que queda registrada en la cámara sea lo más parecida a la imagen real que estamos fotografiando. Otros factores son que el propio sensor sea capaz  de registrar y traducir de la forma más objetiva la imagen que estamos fotografiando o que el propio objetivo capte realmente la imagen que queremos tomar. Este último punto llevará un post completo y veremos por qué hay objetivos que puede tener precios de 200€ y otros de 3000€.

Resumiendo, el sensor CMOS es un componente electrónico compuesto de celdas fotoreceptoras capaces de registrar la intensidad luminosa recibida en el momento de la toma fotográfica. Estará recubierto de un filtro que permitirá conocer el color de cada pixel de la imagen. La información registrada se almacena en formato digital y se envía a través del propio circuito electrónico del sensor y de la propia cámara hasta un procesador de la cámara. Éste organiza la información, la interpreta y crea una imagen que será fiel reflejo de la imagen real que acabamos de fotografiar.