El color en los sensores fotográficos.

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Cuando hacemos referencia a la Fotografía Digital, sabemos que el material fotosensible será el Sensor de nuestra cámara, dicho sensor posee en su superficie una capa de fotositos, cada uno de ellos es capaz de captar la cantidad de luz que le impacta proveniente de la imagen formada en nuestra cámara.

En algunas referencias, los términos pixel y fotosito se utilizan indiferentemente, sin embargo, el término Pixel (de la contracción de las siglas en inglés Picture Element), se refiere a cada uno de los puntos que conforman la imagen digital, mientras que el término Fotosito, hace referencia a cada uno de los puntos sensibles a la luz presentes en el sensor fotográfico. Es en este último sentido en que se aplicarán a lo largo de este artículo.

Podemos imaginar a cada fotosito como una pequeña cazuela (de un par de micras de diámetro) que captarán fotones durante el tiempo de exposición, a mayor cantidad de fotones capturados se producirá un voltaje mayor, lo que podríamos interpretar como un círculo muy iluminado, blanco.

Por su parte, un fotosito que no recibió fotones no producirá ningún voltaje, lo que podríamos representar como un círculo negro, y los que capturan cantidades intermedias de fotones los podremos interpretar como círculos grises. Lo que en un sentido fotográfico conformaría una fotografía Blanco & Negro.

Y efectivamente, los sensores para fotografía digital requieren un aditamento para poder captar una imagen fotográfica a color, si bien existen distintos tipos de “aditamentos” para esto, el más utilizado es el denominado patrón de Bayer, se trata de un filtro que se coloca por encima de los fotositos.

El patrón de Bayer, llamado así por su inventor Bryce Bayer (1929 – 2012) quien en 1974 mientras trabajaba para la empresa Kodak diseño un patrón de colores RGB. Este patrón es un arreglo de cuadrícula que contiene los colores primarios aditivos, en la primera fila se disponen cuadrados alternados de colores verde y rojo, en la segunda fila se disponen cuadros alternados de colores azul y verde, repitiendo esta disposición para las filas siguientes.

El filtro Bayer se diseña y coloca sobre los fotositos del sensor digital, de manera tal que cada cuadro de la cuadrícula se sitúe sobre un fotosito, de esta manera, se obtienen fotositos sensibles a la longitud de onda azul, verde y roja. Es decir, el fotosito debajo de la cuadrícula azul del patrón Bayer sólo captará fotones provenientes de luz azul, de modo tal que el voltaje producido por este fotosito lo podremos representar como un círculo de tono azul con la intensidad correspondiente al voltaje producido.

De igual manera para cada fotosito del sensor, para el color respectivo del patrón Bayer, con lo que se logra representar una imagen a color, si bien cómo podemos notar este patrón provoca que el 50 % de los fotositos capturen luz verde con respecto al 25 % para los que capturan luz azul o roja, el proceso para conformar la imagen digital (que veremos adelante) minimiza este efecto, además debemos considerar que la visión humana también es más sensible a esta longitud de onda.

Por supuesto, si consideramos que la imagen en realidad estará conformada por una serie de puntos únicamente de colores rojo, verde y azul, presentará una apariencia poco natural. Por otro lado, una confusión generalizada es suponer que por cada fotosito se generará un pixel de la imagen fotográfica, lo cual suele no ser así.

Pixel: Cada uno de los puntos que conforman la imagen digital, el nombre de pixel proviene de la contracción de las siglas en inglés Picture Element.

Para que la imagen fotográfica a color muestre una apariencia más normal, es necesario “decodificar la información obtenida por el patrón de Bayer”, esta decodificación se puede realizar por medio de distintos algoritmos informáticos, los cuales producirán la información para cada pixel que conformará nuestra imagen fotográfica.

De modo general, se puede considerar que esta rutina de interpolación calcula el valor promedio entre pixeles adyacentes, asignando este valor resultante a un nuevo pixel. Tomemos como ejemplo una porción de la imagen conformada en el patrón Bayer, ésta está conformada por círculos con información de la intensidad de color captada por los fotositos.

Ahora bien, consideremos los valores de cuatro fotositos adyacentes, dos pertenecientes a una fila y los otros dos correspondientes a las mismas columnas, pero de la fila inferior (Fig. # 1).

Ahora calculemos un promedio de los valores obtenidos entre ellos, esto nos dará una idea del tipo de imagen que podría estar entre ellos (Fig # 2).

Este procedimiento se reproduce para todos los puntos captados por nuestro sensor, lo que dará como resultado una nueva matriz de puntos, (ahora sí pixeles) conformada con las tonalidades promedio resultantes de la capturada a través del patrón de Bayer. Gracias a esta interpolación, y a la presencia de una mayor gama de tonos, la imagen resultante tendrá una apariencia más “normal”.

Con algunas variaciones en el proceso de interpolación, se puede repetir una serie de veces, lo que puede brindar imágenes con una cantidad de pixeles superior a la cantidad de fotositos presentes en el sensor, por supuesto a costo de la nitidez de la imagen.

Algunos fabricantes de cámaras han ideado sistemas para aumentar la cantidad de pixeles sin necesidad de aumentar el tamaño del sensor, la mayoría de estos sistemas calculan los pixeles que conforman la fotografía a partir de más de una toma. Algunos fabricantes de cámaras de gama alta han desarrollado sistemas en que la cámara captura más de una fotografía de la escena desplazando la posición del sensor de la cámara (no más de un par de fotositos) para posteriormente interpolar entre estas diversas tomas y brindar una única fotografía.

Este procedimiento brinda imágenes con una nitidez superior a la lograda por medio de una única toma, sin embargo, para lograrlo, es requisito indispensable que tanto la cámara como la escena permanezcan estáticas durante la realización de la serie de tomas.

Referencias: