sábado, 23 de abril de 2011

Sensores parte II: comparacion de sensores, densidad de pixeles y área del fotosito

En el post anterior, ver Sensores I, aprendimos o repasamos los siguientes conceptos:
(es recomedable haber leido el post anterior para un mejor entendimiento de este)

.- Recordamos los factores que intervienen en la calidad de una foto.
.- Describimos el Sensor de la cámara.
.- Aprendimos el significado de Señal y Ruido.
.- Aprendimos qué es la Relación Señal/Ruido.
.- Recordamos cómo definir el Valor ISO.
.- Aprendimos qué son los Fotositos.
.- Vimos cómo se relaciona el tamaño de los fotositos con la relación señal/ruido.
.- Pudimos apreciar cómo influye el valor ISO en unas fotos tomadas con una cámara (point & shoot) de sensor pequeño, generando una enorme cantidad de ruido en valores ISO altos.
.- Aprendimos que si tenemos sensores de la misma resolución, su tamaño si influye en la calidad, por tener, los sensores más grandes, fotositos más grandes (gráfico amarillo).
.- Vimos cómo, si a un sensor de un tamaño determinado le aumentamos la resolución, los fotositos deberán, por lógica, ser más pequeños para poder poner más elementos en la misma área (gráfico celeste).
.- Aprendimos que no necesariamente un sensor más grande siempre significa más calidad.

Bien, industrialmente se fabrican sensores de distintos tamaños y para distintos usos, pero básicamente vamos a tener que lidiar con algunos de ellos, cómo por ejemplo los "Full Frame" (cuadro completo), APS C, (uno de los tamaños más comunes en cámaras DSRL), Four Thirds o 4/3 (utilizados por Olympus y Panasonic), y un par de tamaños utilizados en cámaras Point & Shoot y Camaras Brige (también llamadas Prosumer).

Los sensores Full Frame tienen la misma área que la película de 35 mm (36 x 24 mm.); y es contra este tamaño que se realizan todas las comparaciones y equivalencias, sobre todo para definir la longitud focal efectiva (LFE).

Salvo algunas excepciones (muy pocas) las cámaras Point & Shoot y las llamadas Bridge o Prosumer comparten un tamaño de sensor denominado crípticamente 1/2.3". A continuacíón una lista de los sensores más comunes utilizados en este tipo de cámaras (sensores pequeños).

Algunos de los sensores pequeños más comunes

Los sensores en azúl son los más comunes en cámaras pequeñas,
todas las medidas están en milímetros.

Un ejercicio de razonamiento para entender como se distribuyen los fotositos en el sensor, y cómo calcular su tamaño:

Veamos un ejemplo, mi esposa tiene una Panasonic Lumix FZ 100, esta es una buena cámara en la categoría Bridge o Prosumer, está entre las mejores ( o la mejor posiblemente) de su nivel, con muchas características interesantes y otras de fantasía, un zoom que va desde los 25 mm. hasta los 600 mm. de Longitud Focal Efectiva (un muy buen zoom de 24x); tiene 14.1 megapixeles (una buena resolución!), y... un sensor 1/2.3! ???

Si vemos en el cuadro anterior, tenemos que dicho sensor  tiene un tamaño de 6.16 mm. x 4.62 mm. , si multiplicamos ambas medidas tendremos un área de 28.46 mm. cuadrados; mirando las especificaciones de la cámara tenemos que su resolución está distribuida en 4,320 pixeles horizontales y 3,240 pixeles verticales.

Si dividimos la cantidad de pixeles horizontales entre la dimensión horizontal del sensor, obtendremos como resultado la cantidad de pixeles por miliímetro que ese sensor capta horizontalmente:

4,320 pix. / 6.16 mm. = 701.30 pixeles x mm. (en el sentido horizontal)

Ahora hagamos exactamente lo mismo en el sentido vertical:

3,240 pix. / 4.62 mm. = 701.30 pixeles x mm. (en el sentido vertical)

De estos cálculos podemos asumir que la densidad lineal (pixeles x mm.) es la misma tanto en sentido horizontal como vertical, en cada milímetro lineal este sensor tiene 701.3 fotositos (pixeles).

Para saber cuantos fotositos tenemos en un milímetro cuadrado, multiplicamos 701.3 x 701.3, con lo cual obtendremos que este sensor tiene 491,821 fotositos por milímetro cuadrado. Esto es casi medio millón de fotositos en cada milímetro cuadrado.

Pero, y todo este despliege de cálculos... para que sirve?... sirve para darnos una idea de cuán pequeños son los fotositos o componentes de un sensor como este, es más ahora vamos a ver cuanto mide cada uno y así poder compararlos con los fotositos de otros sensores más grandes.

Si dividimos un milímetro entre la cantidad de fotositos, obtendremos la medida lineal de cada fotosito expresada en milésimas de milímetro o micrones (micras), es decir en millonésimas de metro. Así:

1 / 701.3 = 1.43 micras.  (Cada fotosito mide 1.43 micras de diámetro.)

Podemos asumir que los fotositos son de área cuadrada o redonda (es redonda), pero necesitamos calcular el área de cada fotosito para poder hacer luego las comparaciones.

La medida importante es el área!
Porque a mayor área, más fotonoes capta.

área del círculo = radio al cuadrado multiplicado por Pi. (se acuerdan?)

==> A =  0.715^2  x  3.1416  =  1.6 micras cuadradas

Así, un fotosito circular de 1.43 micras de diametro, tendrá un área de 1.6 micras cuadradas.

Si comparamos la medida de un fotosito de un sensor pequeño (cámaras point & shoot y bridge) con la de una DSRL (reflex), nos daremos cuenta de la diferencia de tamaños.

Yo tengo una Olympus E 30 de 12.30 megapixeles con un sensor Four Thirds de 17.30 mm. x 13 mm. Si hacemos los mismos cálculos, veremos que los fotositos de este sensor miden 4.30 micras lineales, son bastante más grandes, y si hacemos los cálculos para hallar el área, tendremos que esta es 14.5 micras cuadradas.

Haciendo la comparación (dividiendo esta última área entre la anterior), tenemos que los fotositos de mi cámara son más de 9 veces más grandes que los del sensor de la Lumix FZ 100.

Ahora vemos por qué la calidad de imagen de una cámara reflex es muy superior a la de una cámara pequeña (de las que no tienen lentes intercambiables).

Siguiendo la misma línea, las cámaras EOS de Canon, modelos 7D - 60D -T3i, por ejemplo, tienen fotositos de 4.31 micras de diámetro, y por lo tanto de 14.58 micras cuadradas de área.

Si los comparamos con mi Olympus, veremos que prácticamente son del mismo tamaño, pero a comparacion del sensor de la FZ 100, siguen siendo enormes.

Espero haberme explicado y demostrado que el asunto NO ES el tamaño del sensor, ES el tamaño de los fotositos o elementos que componen el sensor, tamaño referido al área.

Básicamente cuando los que saben de este tema hablan del tamaño del sensor, hablan de la diferencia entre las cámaras DSRL y las que no lo son., ya que un sensor Four Thirds mide 17.3 x 13 mm. y un APS C de Canon mide 22.30 x 14.90 mm, es cierto que el sensor es más grande, pero lo que realmente importa es el tamaño de los fotositos, y estos son prácticamente iguales... me dejo entender?

Y cuando los que no saben o no han investigado hablan del tamaño del sensor, SOLO hablan de eso, sin tener en cuenta ningún otro aspecto.

Vale la pena mencionar que hay algunas cámaras point & shoot que toman fotos de alta calidad, bueno, más calidad que las otras P&S, pero nunca de la calidad de una DSRL. Esto lo logran poniendo sensores un poco más grandes, y bajando la resolución... que es esto, si no el modo correcto de hacer crecer los fotositos, más área y menos cantidad de fotositos en dicha área... me explico?

Bueno algunas de esas cámaras son la Lumix LX5 y la Olympus XZ-1, sus fotositos son 50% más grandes que los de las cámaras pequeñas normales, pero sus precios son tambien más grandes. También tenemos las Canon Powershot G12 y Nikon P 7000 con sus sensores 1/1.7" y 10.1 megapixeles. No sé si hay otras en esta categoría, eso se lo dejo a vuestra investigación.

A continuación les paso un link de un cuadro en Microsoft Excel que he hecho para ustedes; en dicho cuadro hay una lista de diferentes marcas y modelos de cámaras, al menos las más representativas en cuanto a tamaño de sensor, en dicho cuadro está el tamaño de sensor y la cantidad de megapixeles que este tiene; luego viene una zona de color rojo con los datos del sensor, como sus medidas verticales y horizontales, la diagonal del mismo y su área en milímetros cuadrados.

Seguidamente, en la zona azúl, están los datos de los fotositos (pixeles), su cantidad tanto en el sentido horizontal como en el vertical, la cantidad de fotositos por milímetro, en ambas direcciones, la densidad expresada en pixeles por milímetro cuadrado, el tamaño (diámetro) del fotosito en micras; y por último la cifra más importante, el área del fotosito en micras cuadradas; esta es la que se utiliza para comparar.

Y para irme a los extremos he puesto una cámara bridge, la que tiene el sensor con los fotositos de menor área, y el back digital de una Hasselblad de formato medio de 39 megapixeles.

Espero que con estos dos artículos respecto de los sensores, quede muy claro que las cámaras P&S, las bridge o prosumer y mucho menos los celulares, podrán competir con una DSRL (reflex).

Ah!, es notable el tamaño de los fotositos de la Nikon D700, una de las cámaras con una mejor relación señal/ruido, por lo que puede realizr tomas con valores ISO muy altos con poca pérdida de la calidad.

OJO, el hecho que una cámara venga con posibilidad de subir el ISO hasta cifras estratosféricas, no necesariamente significa que esos valores sean utilizables en la práctica.

Aquí viene el link del cuadro de Excel:  SENSORES

Otros links relacionados:

Sensor Sizes in DPReview

Sensor Sizes in Cambridge in Colour

NOTA: el tamaño del sensor es determinate para encontrar el factor de multiplicación, y/o la Longitud Focal Efectiva (LFE), la cual está directamente relacionada con su diagonal, pero eso lo veremos más adelante

Espero haber agotado el tema (hasta aquí llegan mis conocimientos).

Nos vemos en el siguiente post!

1 comentario:

  1. Por favor no olvidar que si bie el tamaño del fotosito importa bastante (más que el tamaño del sensor en sí), esto es en cuanto a la mejora de la relación señal/ruido, pero hay muchoa otros factores que influyen en la calidad de la foto; el más importante es el lente, pero luego viene el manejo interno de la información captada por el sensor, y esto se da en el procesador de la cámara, donde influyen su velocidad y su software (interno), otra es la precisión de los componentes, otra es el rango dinámico del sensor, y as;i muchos otros factores que sumados hacen que podamos tener una foto técnicamente correcta... pero no olvidemos que una buena foto, sólo la hace el fotógrafo, independientemente de la cámara que tenga.

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