¿Cómo funciona el sensor de una cámara digital? Todo en detalles

Las cámaras digitales están a nuestro alrededor y se utilizan en una variedad de campos diferentes. Encontrará cámaras digitales no solo en nuestros teléfonos inteligentes, sino también en aplicaciones de vigilancia, monitoreo de tráfico, líneas de producción modernas y muchas otras industrias.

Una cámara digital captura una imagen convirtiendo la información de la imagen de la lente y lo que hace posible el proceso de conversión es el sensor de imagen. También se considera el corazón de una cámara digital ya que la cámara no puede funcionar sin ella. Entonces, cómo funciona el sensor de una cámara digital ?

¿Qué es un sensor de cámara?

El sensor de la cámara es el componente principal de toda cámara, y el sensor permite capturar una imagen. Para formar una imagen, se requiere luz. Las luces provienen del objeto y golpean el sensor de la cámara.

El sensor captura la luz y la convierte en una forma digital. Esta forma digital es lo que llamamos una imagen digital.

El sensor es un dispositivo de estado sólido y está formado por algunos componentes pequeños. Estos son

Matriz de filtros de color

El sensor de la cámara solo puede capturar la luz pero no el color. La matriz de filtros de color le da al sensor la capacidad de ver el color. Los diferentes fabricantes de sensores de cámara utilizan diferentes tipos de matriz; la matriz más común es Bayer GRGB.

Se coloca en cada píxel para detectar el color, y cada píxel puede detectar solo un color. Por lo tanto, esta matriz de filtros de color produce muestras de color incompletas. Luego, mediante el proceso de demostración, la cámara reconstruye una imagen a todo color.

Filtro de paso bajo

Si la luz de alta frecuencia pasa a través del sensor, puede hacer que algunas partes de la imagen se vean borrosas. Se utiliza un filtro de paso bajo para suprimir la frecuencia de la luz incidente, lo que hace que la imagen esté a salvo del alias.

El aliasing puede causar detalles repetitivos en una imagen, como resultado de un desenfoque. Pero limitar la frecuencia de la luz disminuye los detalles en las imágenes. Los fabricantes agudizan la foto para que parezcan detalladas.

Filtro infrarrojo

La luz infrarroja puede causar tintes de color en una imagen y el sensor de imagen es muy sensible a la luz infrarroja. Hay un espejo entre la lente y el filtro de paso bajo para evitar que la luz infrarroja llegue al sensor. Este espejo es el filtro infrarrojo.

Circuito

Aunque todos los sensores hacen el mismo trabajo, estos difieren en su construcción. Los dos tipos de sensor más comunes son el sensor de cámara CCD y CMOS. Los sensores tipo CCD recogen la carga de cada cavidad o sitio de fotos y transfieren la carga desde el sensor utilizando una matriz vertical de píxeles protegidos contra la luz.

Los sensores tipo CMOS tienen un amplificador de señal en cada píxel. Recoge la carga de la cavidad, luego la convierte en voltaje y la amplifica en los píxeles. Este sensor produce voltaje en lugar de carga como un sensor CCD.

Pero como amplifica la carga en cada píxel, por lo que podría haber ruido en la imagen, la mayor parte del sensor COMS contiene un circuito adicional de reducción de ruido.

Píxeles

Pixel mide la cantidad de luz incidente que cae sobre él mediante el uso de un fotodetector sensible. Esta luz o fotones provoca la liberación de electrones de la silicona, formando una carga en el sitio de la foto.

Microlentes

Las microlentes son una parte muy importante del sensor. Aumenta la sensibilidad del sensor canalizando la luz hacia los píxeles. Los circuitos del sensor toman una parte de cada píxel, por lo que las microlentes canalizan la luz y la luz no se ve afectada por los circuitos.

Todos estos componentes trabajan juntos para convertir la información de la luz en una imagen digital.

¿Cómo funciona el sensor de una cámara digital?

Una cámara digital ni siquiera tarda una milésima de segundo en capturar una imagen, pero dentro de este corto tiempo, completa muchas tareas. El propio sensor de la cámara realiza las operaciones principales.

Lo que hace es capturar la luz incidente y convertir la luz en forma digital. Eso es todo, pero el proceso de hacerlo no es muy simple.

Cuando presiona el botón del obturador de la cámara, las cavidades del sensor quedan expuestas a la luz. Hay millones de píxeles en un sensor, y el número de píxeles de un sensor es el mismo que el de las cavidades, y estas cavidades se denominan sitios de fotos.

Los sitios de fotos son sensibles a la luz, y esta parte del sensor captura la luz. Cuando se presiona el botón del obturador de la cámara, estos sitios de fotos se exponen a la luz y se cierran al finalizar la exposición.

Entre este breve tiempo de exposición, la luz incide en los sitios de fotos, y los sitios de fotos producen una pequeña carga o señal eléctrica.

Cuanto mayor sea el tiempo de exposición, mayor cantidad de luz llegará a los sitios de fotos. Lo mismo ocurre con la luz más brillante, lo que significa que las condiciones de iluminación brillante permiten que más fotones lleguen a los sitios de fotos.

Cuantos más fotones lleguen a los sitios de fotos, más señal eléctrica se producirá y más nítida será la imagen.

Por lo tanto, cada sitio de fotos de píxeles producirá una cantidad diferente de señal eléctrica. La cámara medirá estas señales y el resultado medido se convertirá en un valor digital mediante un convertidor de analógico a digital. El valor resultante es lo que llamamos una imagen.

Como los sitios de fotos no pueden ver el color, la señal eléctrica se puede convertir, observando pero en una escala de grises. Entonces, el sensor de imagen usa una serie de filtros de color para detectar el color. El tipo más común de filtro de color de matriz es la matriz de filtros de Bayer.

En la parte superior de cada sitio de fotos, está este filtro de Bayer. Un cuarto de píxel mide el color rojo, otro cuarto mide el color azul y la mitad de un píxel mide el color verde. Cada píxel puede capturar solo un color.

El filtro azul captura el azul, el rojo captura el rojo y el verde captura el color verde. La luz que no coincide con el color del filtro rebota. Eso significa que perdemos dos tercios de la luz indecente al capturar cada color, por lo que el brillo de una imagen es tres veces mayor que la resolución del color.

Cada sitio de fotos captura un color de luz y luego la cámara adivina los otros dos colores predeterminados en esa luz. En general, la cámara ahora interpola la señal de color de todos los píxeles vecinos y calcula el valor de color completo para cada píxel.

La información de color de todos los píxeles se une y eso crea una imagen digital.

Leer a continuación:Cómo leer la lente de una cámara

Preguntas frecuentes (FAQ)

¿Cómo puede el sensor de la cámara ver la luz?

El sensor de la cámara digital tiene millones de sitios de fotos que son sensibles a la luz. Cuando se presiona el botón del obturador de la cámara, estos sitios de fotos se exponen a la luz, capturando la luz (fotón) que los golpea.

¿Cómo captura una imagen el sensor?

Cuando la luz golpea las cavidades del sensor, crea una señal eléctrica. El sensor de la cámara mide la información y convierte esos datos en un formato digital. Luego, unió todos estos datos digitales y eso da como resultado una imagen.

Palabras finales

Capturar una imagen no es gran cosa. Pero el proceso que se lleva a cabo dentro del sensor de la cámara no es nada sencillo. Con suerte, esta guía le dará una buena idea de cómo funciona el sensor de una cámara digital. .