FLAC: El sensor fotográfico

Ya vamos entrando en materia… A partir de este artículo y durante algunos más me dedicaré a repasar los elementos de «hardware» cuyo control es imprescindible para obtener nuestra ambicionada fotografía «de calidad». No son demasiados si somos estrictos en cuanto a su importancia. En cualquier caso, la cantidad de cachivaches y adminículos que constituyen esta cara afición podría extender esta «serie dentro de la serie» hasta el infinito. Así que vamos a centrarnos en lo imprescindible: sensor, objetivo y cuerpo de la cámara.

¿Por qué estos tres elementos se destacan? La respuesta es simple: para tomar una fotografía es lo mínimo que necesitamos: un objetivo o lente por el que pase la luz que vamos a capturar, un sensor sobre el que impacte esta luz y la registre, y un cuerpo que proteja al sensor, que permita acoplar el objetivo, que envuelva la electrónica que se encarga de producir archivos digitales, y que contenga una interfaz, es decir, una serie de botones, palancas y ruedecillas que nos permitan controlar los parámetros de la toma. Y de todos ellos, el más crítico es el sensor.

¿Qué es un sensor fotográfico?

Muy resumidamente: se trata de una superficie fotosensible alimentada por electricidad, que «transforma fotones en bits». Es decir: la luz que atrapa el objetivo de nuestra cámara impacta contra el sensor, situado en el cuerpo de la misma; los fotones que impactan en dicho sensor no lo hacen de manera uniforme, sino que se agrupan en «grumos» en función de la luminosidad de los objetos que están delante del objetivo, y sobre los cuales ha rebotado previamente la luz emitida por el sol o cualquier otra fuente. El sensor se encarga de detectar estos «grumos», atribuyendo más luminosidad a los «grumos densos» y menos a los «grumos ligeros». Sé que la metáfora es un poco gruesa, pero creo que es la mejor manera de explicar este primer concepto.

A partir de aquí empiezan las complicaciones. Hay muchos tipos de sensores, cada uno de ellos con sus propias características físicas y de diseño. Y además, la manera en que se recoge la información depende de cómo ha sido fabricado el sensor y, y no menos importante, cómo se ha programado el software de la cámara para que interprete y almacene estos datos. Para colmo, acceder a estos datos de software es una tarea no ya complicada, sino prácticamente imposible… aunque de esto hablaré un poco más adelante. De momento quiero centrarme en cómo están diseñados los sensores fotográficos. Podemos establecer unos cuantos tipos:

• Sensor CCD
• Sensor Super CCD
• Sensor CMOS
• Sensor Foveon

Las diferencias entre unos y otros sensores pueden ser de gran interés para especialistas en electrónica y diseñadores de componentes, aunque escapan al objetivo de este manual. En lo que a nosotros respecta, lo más probable es que el sensor de tu cámara sea de tipo CMOS, en la actualidad el más extendido a causa de su relación calidad-precio. Pero si tu cámara tiene otro tipo de sensor no deberías preocuparte demasiado: todos ellos dan una calidad estupenda. Para lo estrictamente fotográfico, los que más nos importan son dos conceptos: la resolución y la interpolación. ¡Vamos a explicarlos!

La resolución

Este es uno de los conceptos clave, sobre el que se han escrito ríos de tinta y terabytes de datos. Aunque probablemente el usuario medio ya tenga conocimientos sobre qué es y qué implica el asunto de la resolución, voy a resumir brevemente el concepto para que el manual esté completo. Además, creo que puedo aportar algún dato menos conocido pero de bastante importancia.

Como decía al principio de este artículo, el funcionamiento del sensor fotográfico (sea de la tecnología que sea, en ese sentido todos se comportan más o menos igual) es bastante simple: transformar fotones en datos. Y como la fotografía digital es eso, digital, esos datos tienen que estar ordenados de alguna forma que sea comprensible para un microchip. Aquí entramos en el fascinante mundo de las matemáticas aplicadas al arte…

La superficie de un sensor fotográfico está dividida en «celdillas» (uso un término bastante grueso para un dispositivo mucho más complejo, como veremos más adelante) llamadas fotodiodos, fototransistores, o, más comúnmente, «píxeles». Y son muchos, muchísimos. Se tantos que se cuentan por millones: un millón de ellos se denomina «megapíxel» y las cámaras modernas tienen una o varias decenas de ellos.  Es la cantidad de píxeles que contiene el sensor lo que determina la resolución de una cámara, entendida como la cantidad de píxeles que puede contener el archivo de imagen que puede generar la cámara. En este punto conviene precisar que me refiero a resolución fotográfica y no ha resolución de impresión. Esta es una confusión habitual sobre la que incidiré en su momento.

La resolución fotográfica se expresa mediante dos convenciones: la más común, y la que se suele utilizar con fines comerciales, es usar directamente el número de megapíxeles del sensor, por ejemplo: «8 MP» es la resolución de una cámara cuyo sensor tiene ocho millones de píxeles. La otra convención aporta la misma información, pero además nos da una idea del «formato» de la imagen: por ejemplo, una que os sonará: 1920×1080, que corresponde con la resolución de un monitor de tipo FullHD. ¿Cómo interpretar estos números? Muy fácil: simplemente indican la cantidad de píxeles en los ejes vertical y horizontal. Recuerda que los píxeles se ordenan en una cuadrícula, así que simplemente marcan la altura y anchura de esta.

Esta nomenclatura tiene algunas ventajas: una de ellas es que «contiene» a la primera, pues para saber la cantidad de píxeles que tiene una resolución determinada, sólo tendremos que multiplicar ambos números: en el caso de la resolución anterior, la cuenta es sencilla:

Total, apenas 2MP, o sea, dos millones de píxeles. Este es solo un ejemplo fácil, pero tened en cuenta que la resolución FullHD es muy pequeña, y que tiene cierto sentido hablando de monitores, es decir, fuentes que «emiten luz» y no sensores que la recogen.  Las cámaras «serias» tienen resoluciones monstruosas en comparación, por ejemplo os paso la de mi cámara, una sencillita Nikon D3300 (una cámara réflex amateur):

Aquí ya tenemos una resolución un poco más «normal» para los estándares fotográficos: 24,16 MP, o 24,16 millones de fotorreceptores apretujados. Que, por cierto, Nikon se encarga de redondear y afirmar que son 24,2 MP…  ya os lo dije, no te puedes fiar ni un segundo…

La segunda ventaja de esta nomenclatura «extendida» es que nos permite hacernos una idea de la forma que tendrá la imagen sacada del sensor. Es lo que se denomina «Ratio de aspecto», y se suele expresar (de una forma un tanto esotérica) como dos números separados por dos puntos. En el caso de la resolución FullHD, el ratio es de 16:9 (leído «dieciséis novenos»). Esto no es especialmente interesante en fotografía digital, aunque en general los sensores fotográficos suelen tener un ratio de aspecto menos alargado horizontalmente que nuestros monitores panorámicos actuales (un ratio 3:2 es el más cercano a un estándar, luego hablo más sobre ello). Para explicar brevemente los números: también se refieren a ancho y alto, respectivamente; indican una proporción, usando los divisores mínimos, de forma que un ratio 1:1 corresponde con una forma cuadrada (un alto de un centímetro correspondería con un ancho de un centímetro) y una 16:9 con un formato «panorámico» o «rectangular apaisado» (Si ponemos un alto de 16cm el ancho resultante serían 9cm).

En principio, contar con una mayor resolución es algo bueno y deseable, pues nos permite obtener un detalle más pequeño: cuantos más píxeles individuales capturen información, más pequeños podrán ser los detalles distinguibles de la fotografía resultante. Sin embargo, la historia no es tan sencilla como suelen plantear los fabricantes. Cuando anuncian un nuevo flamante modelo de cámara, el número de megapíxeles suele encabezar la propaganda, y los consumidores hemos terminado asociando una ecuación muy simple, demasiado simple: «más píxeles = mejor calidad». En realidad la cosa es más complicada, y hay mucho de mala praxis por parte de los fabricantes. De hecho, imagino que la mayoría de los lectores ya sabréis de qué estoy hablando… pero vamos a seguir explicando todo lo posible.

Burro grande…

Al final, todo es una cuestión de tamaños. En lo relativo a la resolución, nos encontramos con una situación muy curiosa y sobre todo confusa para el usuario. La idea de que «cuantos más píxeles, mejor», no es del todo cierta, como he insinuado más arriba. El problema está en las propias limitaciones físicas de los sensores y los fotodiodos que los componen. Cada uno de estos fototransistores está diseñado para captar fotones. En función del número de fotones que incidan sobre ellos, los fotodiodos envían una señal eléctrica que es interpretada por el procesador de la cámara. La cuestión es que, lógicamente, cuanto más pequeño es el fototransistor (en adelante, me referiré a el como «píxel», me he cansado de escribir «fotonosequé»), menos fotones va a capturar. ¿Y qué pasa si el píxel captura menos fotones? Que será menos sensible. Y esto tiene varias consecuencias:

1. A menos sensibilidad, menos capacidad para diferenciar gamas tonales.
2. A menos sensibilidad, menos capacidad para capturar con fidelidad fuentes de luz menos potentes.

El punto primero tiene como consecuencia una reducción en el rango dinámico que son capaces de captar nuestras cámaras, concepto este muy relevante del que hablaré más adelante. El punto segundo tiene que ver con el ruido, y sobre este también me extenderé próximamente. En resumen, es fundamental saber si nuestros píxeles son «grandes y sensibles» o «pequeños e insensibles». y saber esto no es tarea fácil, aunque a priori sólo sería necesario conocer el tamaño de nuestro sensor y hacer un sencillo cálculo. Como veis, el hecho de que se haya empleado el número de píxeles como herramienta comercial, ha tenido consecuencias bastante negativas para los usuarios, sobre todo en cuanto al conocimiento técnico sobre el hardware que adquirimos y que es necesario para saber a ciencia cierta si nuestra inversión es adecuada o no. Dejo las moralejas en las manos de quien me lea, no tendrá dificultad en adivinarlas.

Tamaño del sensor

El mundo de la captación digital de imagen es complejo y tiene muchas vertientes. Por eso resultaría prolijo indicar qué tamaños de sensor podemos encontrarnos: desde las webcam más humildes a las cámaras de formato medio más sofisticadas, cada modelo cuenta con un tamaño ajustado a la relación calidad-precio que el fabricante quiera adjudicarle. En cualquier caso, podemos tener alguna referencia básica, a falta de un estándar «oficial»: los 35mm.  Este es el tamaño considerado como estándar para determinados tipos de aplicaciones durante casi 100 años en la fotografía química, y corresponde con el tamaño aproximado de la película fotográfica; digo «aproximado» porque en realidad el tamaño de cada cuadro (el negativo fotográfico de toda la vida) corresponde con unas medidas reales de 36x24mm. Este es un estándar que recibe diferentes denominaciones: formato «Barnack» o «Leica» (en honor a su creador, Oskar Barnack, y a la marca de la primera cámara que lo implementó, respectivamente), formato «miniatura» o «pequeño» (para diferenciarlo de otros tamaños de película más grandes, como el «medio» o el «grande»), formato 135 (el nombre oficial según la normativa ISO), y más recientemente «formato completo» o «Full Frame» por ser el utilizado en las cámaras DSRL (Réflex) digitales actuales. Existen otras denominaciones puramente comerciales, como «FX», que es el nombre que tiene registrado Nikon, por ejemplo.

Tenga el lector a bien fijarse en el hecho de que, de nuevo, las estrategias comerciales mandan; el formato de 35mm siempre ha sido considerado «pequeño» porque estaba diseñado para constituir rollos de película fácilmente transportables en cámaras adecuadas para la fotografía de instantáneas. Es a partir de la guerra de las cámaras digitales cuando este tamaño «pequeño» recibe el rimbombante nombre de «Full Frame», dado que sólo las cámaras de gama muy alta no tienen un formato «recortado» por razones puramente de coste de producción. Nos la quieren colar continuamente…

Y esto que acabo de mencionar es la madre del cordero. 35mm aproximadamente es el tamaño máximo de sensor que vais a encontrar en una cámara «normal» de tipo profesional. Hay excepciones, pero por precios astronómicos, naturalmente. A partir de ahí, nos encontramos con un divertido concepto, resultado de tomar como referencia estos 35mm «base» e ir aplicando recortes: Es el llamado «Factor de recorte». Muy originales, sí…

Factores de recorte

Aquí cada marca hace de su capa un sayo. Insisto, en este momento estoy hablando de cámaras réflex, donde al menos hay más «control» y los datos son un poco más accesibles. Si nos metemos en las cloacas de las cámaras en telefonía móvil el secretismo en cuanto al tamaño de los sensores puede llegar a ser vergonzante en muchos casos. En el terreno de las cámaras réflex se ha terminado imponiendo una denominación, que, sin ser del todo transparente, al menos ayuda a comprender qué clase de sensor tenemos entre manos: el formato APS-C. Este nombre corresponde con las siglas en inglés «Advanced Photo System – Classic». Lo de «classic» hace referencia a que los modernos sensores copian el tamaño de un «antiguo» formato analógico algo más pequeño que el mencionado de 35mm. En concreto, 25,1×16,7mm, que mantienen la proporción 3:2 propia del formato 35mm.

Ahora bien, la interpretación de este tamaño de referencia es bastante libre y depende de cada marca. E incluso cada modelo de cámara dentro de cada marca tiene su propio tamaño, todos ellos bajo la denominación APS-C. Las grandes marcas, como Nikon, Canon o Minolta, por ejemplo, cuentan con prácticamente todos los tamaños imaginables (respetando todos la proporción 3:2) oscilando entre 23,7×15,8mm en el mejor de los casos y 20,7×13,8mm en el peor. El follón es de tales proporciones que, para intentar facilitar un poco las cosas, se han propuesto denominaciones más específicas para tamaños más o menos grandes pero aún así, recortados:

• APS-C: 25,1 mm × 16,7 mm
• APS-H: 30,2 mm × 16,7 mm
• APS-P: 30,2 mm × 9,5 mm

No obstante, en el mundillo de la fotografía se ha popularizado otra denominación un poco más sencilla que hace referencia a lo que «perdemos» con relación al tamaño de 35mm. Es el denominado «factor de recorte», que se obtiene calculando la proporción entre el tamaño base de 35mm y el del sensor que estemos observando. Por  ejemplo,  el factor de recorte (también conocido como «crop» en inglés) más habitual en cámaras Canon oscila entre 1,59 y 1,62, siendo 1,60 el más habitual. ¿Cómo interpretar estos números? Aquí, más es menos: cuanto mayor es el número más grande es la diferencia de tamaño (por ejemplo, un sensor hipotético con factor 2 sería justo la mitad que un 35mm «completo»). A título meramente comparativo, el tamaño elegido por Nikon para el formato APS-C va desde 1,52 a 1,56, siendo el primer número más frecuente y, por lo tanto, el tamaño medio de un sensor APS-C Nikon es algo más grande que el de un sensor equivalente de la marca Canon.

En la imagen anterior también se incluyen los tamaños de sensores pertenecientes a otros formatos de cámara, como los «cuatro tercios», que son aún más pequeños que los APS-C… el panorama, como veis, es complejo.

Resulta cuando menos curioso pensar que este problema relacionado con la densidad de píxeles y su tamaño relativo es exactamente el inverso de la situación que tenemos con las pantallas de teléfonos móviles: si en estos dispositivos una densidad de píxeles mayor es deseable, en tanto mejora la visualización de la imagen en general, y de las fuentes de texto en particular, con los sensores ocurre lo contrario: píxeles pequeños apretados en un espacio menor equivale a un empeoramiento relativo de la calidad. Conviene tomar nota de esta última idea para tener siempre en mente este concepto, especialmente a la hora de elegir qué cámara nos vamos a comprar.

De todas formas, no todo es tan malo: la tecnología mejora cada día y, a pesar de las limitaciones físicas de los «píxeles pequeños», la posibilidad de estos de captar mejor los escurridizos fotones hace que la calidad relativa de los sensores sea cada vez menos diversa. No obstante, para terminar de liar las cosas, el tamaño del sensor influye de manera muy significativa en su relación con otro de los componentes críticos de la cámara fotográfica: los objetivos. De todas formas, sobre este particular abundaré en el  capítulo correspondiente.  Hablando de capítulos, este se me está alargando más de la cuenta, así que continuaré en otra entrega. No tardará demasiado en llegar, porque ya está escrita, pero creo que es mejor dosificar vuestros ojos y vuestro tiempo leyendo texto ante una pantalla. así que de momento lo dejaremos aquí, y en el próximo artículo seguiré contando cosas sobre nuestros queridos sensores.

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