fotonaturaleza

De la película al CCD (PDF)
Recopilación y edición: Eduardo Aguiar Martín
Presidente Sección Fotonaturaleza de la Sociedad Cubana de Zoología

CICLO DE TALLERES PARA EL DESARROLLO DE LA FOTOGRAFÍA DE LA NATURALEZA

OBJETIVO GENERAL
Crear una opción que permita a todos los interesados en el arte de la fotografía de la naturaleza, conocer los principios fundamentales y las técnicas adecuadas, a fin de facilitar y profesionalizar el uso de la fotografía como una herramienta en defensa de la Naturaleza.

SUMARIO
- Triple salto: B/N-Color
- ¿Se compara siempre a una cámara fotográfica con el ojo humano?
- ¿Metamorfosis, transición o evolución?
- ¿Hay una computadora en su cámara?
- Sensores de imagen CCD
- Tipos de sensores
- Sensores de imagen CMOS
- Los CMOS
- Resolución del sensor de imagen
- Dos mundos
- Resolución: óptica e interpolada
- Profundidad de color
- Sugerencia: Verifique su sistema
- Sensibilidad

Recapitulemos un poco...Para quien durante más de treinta años se dedicó a trabajar e investigar dentro de la fotografía analógica todas sus posibilidades técnicas estéticas, se hace muy difícil escribir sobre fotografía digital, pero, también es un deber abrir un espacio de reflexión sobre esta nueva forma de hacer fotografías. Y que eso significa mas halla de una simple técnica de registro. Significa que hay algo mas detrás de esta novedad que esta avanzando a pasos agigantados sobre nuestra profesión.
   La fotografía, tal cual la conocemos gracias al binomio Daguerre y Niepce en sus comienzos, al cual medio siglo después se sumaria el nombre de George Eastman como timonel de la masificación de la fotografía a nivel hogareño no presenta grandes puntos de discusión.
   En sus comienzos, fue una artesanía de la cual sólo unos pocos poseían la habilidad para realizarla, fue acompañada por un desarrollo técnico, estético y social dentro de una misma dirección y con elementos de una misma especie. Eso quiere decir que partiendo de una primer placa de colodión húmedo y llegando a emulsiones al bromuro de plata sobre soportes flexibles simplemente hubo un desarrollo que facilitó su uso pero la fotografía permaneció como documento fiel a lo que representaba y cuando quiso representar otras ideas a través de técnicas como el fotomontaje o la sobre Impresión en un mismo negativo, el fotógrafo estaba perfectamente convencido que era una herramienta para expresar una idea compartida por quienes la veían.
   Ningún artista pretendió mostrar algo como real cuando sólo se mostraba una habilidad técnica en pos de un mensaje determinado, no había ningún engaño latente en la obra. La fotografía podía representar un Icono, un índice o un símbolo, pero estaba claramente establecida su categoría, no había posibilidades de una mixtura de conceptos o hibridación.
   Hoy por hoy en un mundo Post moderno donde el tráfico de la vida nos lleva sólo a vivir el instante actual sin poder analizar el pasado, rever el presente y construir un futuro sobre bases científicamente comportables nos pone frente a un mundo binario donde o se es blanco o negro, 0 ó 1 y toda posibilidad intermedia entre ambos extremos esta supeditada a la combinación matemática de ambos extremos sin que medie el concepto de sensibilidad y de humanidad en el hecho técnico creativo. Así después de este pequeño preámbulo nos encontramos frente a la fotografía digital que es una forma técnica de representar lo más verosímil posible algo a gusto de quien lo genera y lo manipula, mejorando o empobreciendo el objeto retratado, haciéndonos creer que el objeto imagen que observamos es fiel en su reproducción nosotros observadores desprevenidos nos sometemos a un engaño visual que es muy difícil de detectar para el ojo no especializado.
   Los consumidores de estas pequeñas cámaras e insumos deben ser prevenidos o educados para saber sobre sus alcances y limitaciones como productores de mensajes y como receptores de otros mensajes.

TRIPLE SALTO: B/N-COLOR
Cuando la fotografía fue inventada en un comienzo, podía registrar sólo imágenes negras y blancas. La búsqueda del color fue un proceso largo y arduo, y mucho coloreado manual siguió en el ínterin (haciendo a un fotógrafo comentar "pero usted tiene que saber pintar después de todo").

   Caras sonrientes para saludarlo. (Título tomado de la inscripción coloreada a mano.) Un grupo no identificado de seis personas, dos de los cuales son los niños estando de pie delante de una casa posiblemente recién construida con un tejado cubierto de césped, chimenea, dos ventanas y una puerta a la vista. Con las personas está un perro. Uno de las mujeres está llevando un sombrero de ancho de paja con una cinta grande. Probablemente tomada en Dakota del Norte.
   "Fred Hultstrand. Copia de una fotografía impresa desde una placa de vidrio. Placa de vidrio prestada por Howard O. Berg, Devils Lake, Dakota del Norte. Traído por Morris D. Johnson, Bismarck, Dakota del Norte ". Reverso de impresión coloreada a mano. Fotografía probablemente tomada por Job V. Harrison de Rock Lake, N.D. Cortesía de la Biblioteca de Congreso.
   Un descubrimiento mayor fue cuando James Clerk Maxwell en 1860 descubrió que podían crearse fotografías a color usando película blanco y negro y filtros rojo, azul, y verde. El dispuso que el fotógrafo Thomas Sutton fotografiara una cinta de tartán tres veces, cada vez con un filtro a color diferente sobre la lente. Las tres imágenes negras y blancas se proyectaron entonces sobre una pantalla con tres proyectores diferentes, cada uno equipado con el mismo filtro a color con el que se tomó la imagen a proyectarse. Cuando se procedió a la proyección, las tres imágenes formaron una fotografía a color total. Después de un siglo los sensores de color de imagen trabajan casi de la misma manera.
   Los colores en una imagen fotográfica son normalmente basados en los tres colores primarios: rojo, verde, y azul (RGB). Esto se llama sistema de colores aditivo porque cuando los tres colores se combinan o se suman en cantidades iguales, los mismos forman el blanco. Este sistema RGB se usa siempre que la luz se proyecte para formar los colores como ocurre en el monitor a color (o en su ojo).
   El RGB usa coloresaditivos. Cuando todos los tres son combinados en cantidades iguales, forman el blanco. Cuando rojo y verde se combinan, se forma el amarillo, y así sucesivamente. Puesto que la luz de día se compone de luz roja, verde, y azul , colocando filtros rojos, verdes, y azules encima de los píxeles individuales en el sensor de la imagen se pueden crear imágenes a color así como lo hizo Maxwell en 1860. En el modelo popular de Bayer usado en muchos sensores de imagen, hay el doble de filtros verdes que filtros rojos o azules. Eso es porque el ojo humano es más sensible al verde que a los otros dos colores, entonces precisión del color verde es más importante.

Los filtros de color cubren cada foto sitio en el sensor de imagen de manera que las fotos sitios sólo capturan el brillo de luz a través que pasa de los filtros. Las lentes encima de cada píxel son usadas para converger el haz de luz y hacer el sensor más sensible.
Con los filtros en el lugar, cada píxel puede registrar sólo el brillo de la luz que corresponde a su filtro y pasa a través del mismo, mientras se bloquean otros colores. Por ejemplo, un píxel con un filtro rojo recibe sólo el brillo de la luz roja que incide sobre el mismo. Para realmente deducir de qué color es cada píxel, un proceso llamado interpolación usa los colores de píxeles vecinos para calcular los dos colores que los píxeles no registraron directamente. Combinando estos dos colores interpolados con el color medido directamente por el sitio, el color real del píxel puede calcularse. "Yo soy rojo luminoso y los píxeles verdes y azules alrededor de mí también son luminosos, lo que debe significar que yo realmente soy un píxel blanco." Es como un pintor que crea un color mezclando cantidades variables de otros colores en su paleta. Este paso es de cálculo intensivo para la computadora interna, ya que comparaciones con al menos ocho píxeles vecinos se exige para realizar este proceso apropiadamente. Subir

Aquí el color total de un píxel verde está por ser interpolado a partir de los ocho píxeles que lo rodean.

¿SE COMPRA SIEMPRE A UNA CÁMARA FOTOGRÁFICA CON EL OJO HUMANO?
En el ojo humano los haces de luz que se reflejan en las imágenes atraviesan una especie de lente llamada cristalino, el cual se deforma para enfocar la imagen (evitando que la veamos difusa). Después atraviesan la pupila, cuyo diámetro se agranda o se achica (diafragma o numero “f”) según si hay poca o demasiada luz. Luego recorren una distancia (la distancia focal) hasta que impactan en la retina (película o CCD) para luego convertirse en impulsos eléctricos que interpreta el cerebro.
   De forma similar, en una cámara fotográfica los haces de luz atraviesan un juego de lentes que se encargan de enfocar la imagen sobre la película o un dispositivo CCD que se encuentra situada sobre el fondo trasero de la caja de la cámara (plano focal). La película consiste en una delgada lámina de celuloide, cubierta por una fina capa que contiene bromuro de plata. El bromuro de plata es conocido desde tiempo inmemorial como un elemento químico altamente fotosensible. Esta emulsión esta dispuesta en el celuloide en forma de minúsculos granos, de manera que al incidir la luz sobre ellos, se ennegrecen de una forma particular y reaccionan según la cantidad de luz, del tiempo que se exponga a la luz y el color.
   Un chip de tipo CCD o CMOS es el corazón de todas las cámaras, es un sensor (formado por una matriz de elementos sensibles a la luz que recogen la información sobre esta procesándola mediante un software para crear una imagen y guardarla en la memoria.
   Cada elemento que forma la imagen se denomina píxel (punto) y un millón de ellos se denomina mega píxel. Es decir, un sensor capaz de generar una imagen de 2000x1000 puntos tendría 2 millones de píxel (2 mega píxel). Está es la denominada resolución del sensor y evidentemente a más puntos mayor calidad de imagen, al menos en teoría, pues otros factores como veremos influyen en esta.   Subir

¿METAMORFOSIS, TRANSICIÓN O EVOLUCIÓN?
Por lo tanto aquellas cámaras y estas deben tener un orificio de diámetro regulable llamado DIAFRAGMA que, así como lo hace la pupila en el ojo, controle el caudal de luz que impactará en la película o CCD. Por otro lado, para limitar el tiempo de exposición, debe tener un OBTURADOR que se abra al disparar solo durante el tiempo necesario y de acuerdo a la luminosidad de la imagen.

¿HAY UNA COMPUTADORA EN SU CÁMARA?
Cada vez que usted toma una fotografía, millones de cálculos tienen que ser hechos en sólo unos segundos. Son estos cálculos los que hacen posible que la cámara vea de antemano, capture, comprima, filtre, guarde, transfiera, y haga visible la imagen. Todos estos cálculos son realizados por un microprocesador en la cámara que es similar a uno en su computadora. Subir

DESPUÉS DE TODO, ES SÓLO BLANCO Y NEGRO
Puede parecer sorprendente, pero los píxeles en un sensor de imagen sólo pueden capturar brillo, no color. Estos registran sólo una escala de grises de 256 tonos escalonados hacia valores más oscuros, desde el blanco puro hasta el negro puro. Cómo la cámara crea una imagen de color desde el brillo registrado por cada píxel es una historia interesante. Subir

SENSORES DE IMAGEN CCD
Todas las cámaras de película son simplemente cajas oscuras en las que usted puede insertar cualquier tipo de película que usted quiera. Es la película que escoje la que da colores distintivos, tonos o granos a las fotografías. Si usted piensa que una película da imágenes que son demasiado azules o rojas, puede cambiar a otra película. Con las cámaras digitales, la "película" es permanentemente parte de la cámara, por lo tanto comprar una cámara digital es en parte como seleccionar una película que se va a usar. Como la película, sensores de imagen diferentes dan colores diferentemente, tienen cantidades diferentes de "graneado “, sensibilidades diferentes a la luz, etc. Las únicas maneras de evaluar estos aspectos son examinar algunas fotografías de muestra de la cámara o leer información escrita por personas en las que usted confía.
Hasta hace poco tiempo, los dispositivos de carga acoplada (CCD) eran los únicos sensores de imagen usados en cámaras digitales. Estos se han desarrollado bien a través de su uso en telescopios astronómicos, escáneres y el camcorders de video. Sin embargo, hay un nuevo desafío en el horizonte, el sensor de imagen CMOS que promete volverse el sensor de imagen de elección en el futuro en un segmento grande del mercado. Tanto los sensores de imagen CCD como CMOS capturan la luz sobre una pequeña grilla o rejilla de píxeles en sus superficies. Es cómo estos procesan la imagen y cómo se fabrican donde difieren entre si.
Un sensor de captura de imagen apoyado sobre una ampliación de sus píxeles cuadrados, cada uno capaz de capturar un píxel en la imagen final. Cortesía de IBM. Subir

Esta fotografía muestra los píxeles ampliados en un sensor de captura de imagen.

TIPOS DE SENSORES
Estos dispositivos de carga acoplada (CCD) reciben su nombre por la manera en que las cargas son leídas en sus píxeles después de una exposición. Después de la exposición, las cargas en la primera fila se transfieren a un lugar en el sensor llamado registro de lectura. De allí, las señales alimentan a un amplificador y luego de un conversor analógico a digital. Una vez que la fila se ha leído, sus cargas en la fila de registro de lectura se borran, la fila entera entra, y todas las filas por encima se mueven abajo una fila. Las cargas en cada fila son "acopladas" a aquéllas en la fila de arriba para que cuando una baje, la próxima se mueva abajo para llenar su viejo espacio. De esta manera, cada fila puede ser una fila de lectura por vez.
El CCD cambia una fila entera por vez al registro de lectura. El registro de lectura luego envía sólo un píxel por vez al amplificador de salida. Subir

SENSORES DE IMAGEN CMOS
Los sensores de imagen se manufacturan industrialmente en forma “obleas” o laminas muy delgadas, fundidas en hornos cerrados que contienen un producto químico, gaseoso y la elevada temperatura hace que los átomos de gas se difundan y penetren en las “obleas” de silicio, cambiando las características eléctricas del mismo, donde luego usando técnicas de fotograbado y mediante exposición a los rayos ultravioleta se graban los circuitos diminutos y dispositivos sobre chips de silicio. El problema más grande con los CCD es que no hay suficiente economía de escala. Los mismos se crean en fundiciones usando procesos caros y especializados.
Entretanto, más y mayores fundiciones en otras industrias están usando un proceso diferente llamado Metal-Oxido-Semiconductor con transistores complementarios (CMOS) para hacer millones de chips para los procesadores de computadoras y memorias. El CMOS es por mucho el proceso más común y de más alto rendimiento productivo en el proceso de fabricación de chips en el mundo. Los últimos procesadores de CMOS, el, contienen casi 10 millones de elementos activos. Usando este mismo proceso y el mismo equipo para fabricar los sensores de imagen CMOS se reduce dramáticamente los costos, porque se extienden los costes fijos de la planta sobre un número mucho más grande de dispositivos.
Como resultado de estas economías de escala, el costo de fabricar una oblea de CMOS es un tercio del el costo de fabricar una oblea similar que usa un proceso de CCD especializado. Se bajan aun más los costos porque los sensores de imagen CMOS pueden tener circuitos de proceso creados en el mismo chip. Cuando se usan CCD, estos circuitos de proceso deben estar en chips separados.

A la izquierda, una oblea, conteniendo en este caso unos 150 circuitos integrados completos. Derecha, pistas de aluminio para las conexiones y soldaduras para las patillas (pines) exteriores.

Las versiones iniciales de sensores de imagen CMOS estaban plagadas con problemas ruido, y eran usadas principalmente en cámaras económicas. Sin embargo, están haciéndose grandes adelantos y los sensores de imagen CMOS están alcanzando una calidad comparable a los CCD.
La Canon D30 es la primera máquina de alta tecnología digital SLR de un fabricante líder en usar un sensor de imagen CMOS. Subir

LOS CMOS
Scitex Corporación Ltd. fabrica el sensor de píxel activo CMOS delgado Leaf C-MOST. Es un sensor CMOS de 6.6 Mega Píxeles en un paquete ultra-delgado y el primero de tamaño completo de 35mm en CMOS en ser comercialmente desarrollado.

RESOLUCIÓN DE SENSORES DE IMÁGEN
La resolución de la imagen es una manera de expresar cuan definida o detallada las imágenes son. Las cámaras de menor tecnología tienen resoluciones actualmente alrededor de 640 x 480 píxeles (a veces llamada resolución VGA), aunque este número constantemente se mueve hacia arriba.
   Cámaras mejores, aquéllas con 1 millón o más de píxeles se llaman cámaras mega píxel y aquéllas cámaras con más de 2 millones se llaman cámaras Mult.-mega píxel. Las cámaras digitales profesionales más caras van aproximadamente de 6 a 12 millones de píxeles o más. Aunque impresionante, incluso estas resoluciones no igualan los estimados 20 millones o más de píxeles en la cámara tradicional de película de 35 mm y los 120 millones en su ojo.   Subir

DOS MUNDOS
El término "resolución" se introdujo en el mundo de las computadoras como una manera de describir monitores o pantallas. En los primeros días, una pantalla tendría una resolución CGA o VGA. Más tarde se introdujeron otros nombres para describir pantallas con mayor definición. Los términos fueron usados para describir el número de píxeles en la pantalla. Por ejemplo, la pantalla VGA tenía 640 píxeles a lo ancho de la pantalla y 480 hacia abajo (640 x 480).
   Nadie se preocupaba por el uso del término en el momento que fue introducido. Sólo cuando la fotografía se volvió digital fue que otro grupo de personas entró en escena con un uso totalmente diferente del término.
   A los fotógrafos, o cualquiera en la actividad óptica, la resolución describe la habilidad de un dispositivo para discernir líneas como aquéllas encontradas en una carta de prueba.

Carta de resolución de cámaras PIMA/ISO.

   Como usted podría esperar, igual que con todas las otras cosas, los costos se elevan con la resolución de una cámara, la mayor resolución también crea otros problemas. Por ejemplo, más píxeles significa archivos de imagen más grandes. No sólo los archivos más grandes son más difíciles de guardar, sino que también son más difíciles de editar, enviar por e-mail, y publicar en la Web.
   Resoluciones más bajas como 640 x 480 son perfectas para publicar en la Web, adjuntos en el e-mail, impresiones chicas, o imágenes en documentos y presentaciones. Para estos usos, las resoluciones más altas aumentan los tamaños del archivo sin mejorar las imágenes significativamente.
   Las resoluciones más altas, de más de 1 millón de píxeles, son mejores para imprimir ampliaciones foto realistas mayores que 5" x 7".
   Kodak cita que una cámara con aproximadamente 1 millón de píxeles da una impresión de fotografía realista de 5" x 7". Sin embargo, usted probablemente conseguirá resultados estupendos al imprimir sus imágenes en impresoras de chorro de tinta o sublimación en tamaños de hasta 8" x 10". Esto es en parte porque las impresiones baratas producidas en masa de diapositivas o negativos en tamaños grandes son francamente horribles. Las impresiones digitales brillan por comparación.   Subir

La resolución determina el tamaño de la imagen.

RESOLUCIÓN: ÓPTICA E INTERPOLADA
Tenga cuidado con las demandas sobre la resolución de las cámaras y escáneres porque hay dos tipos de resolución: óptica e interpolada. La resolución óptica de una cámara o escáner es un número absoluto porque los píxeles de un sensor de imagen o foto elementos son dispositivos físicos que pueden contarse.
Para mejorar la resolución en ciertos límites respetados, la resolución óptica puede aumentarse usando software. Este proceso, llamado resolución interpolada, agrega píxeles a la imagen para aumentar el número total de los mismos. Para hacer esto, el software evalúa aquellos píxeles que rodean cada nuevo píxel para determinar de qué color debería ser el mismo. Por ejemplo, si todos los píxeles alrededor de un píxel recientemente insertados son rojos, los nuevos píxeles se harán rojos. Lo que es importante tener presente es que la resolución interpolada no agrega nueva información a la imagen, sólo agrega píxeles y hace el archivo más grande. Esta misma cosa puede hacerse en un programa de edición de fotografía como Photoshop al hacer un nuevo muestro de la imagen. Tenga cuidado con las personas que promueven o dan énfasis a la resolución interpolada (o reforzada) de sus dispositivos. Usted estará consiguiendo menos de lo que usted piensa.
Siempre verifique la resolución óptica del dispositivo. Si esta no se proporciona, evite la interpolación, en defensa de la calidad final. Subir

PROFUNDIDAD DE COLOR
La resolución no es el único factor que determina la calidad de sus imágenes. Igualmente importante es color. Cuando usted observa una escena natural, o una impresión de color fotográfica bien hecha, usted puede distinguir millones de colores.
   Las imágenes digitales pueden aproximar este realismo de color, pero si las mismas pueden hacerlo en su sistema depende de sus capacidades y sus funciones.
   El número de colores en una imagen se identifica como su profundidad de color, profundidad de píxeles, o profundidad de bit. Las PCS más viejas estaban limitadas a monitores que mostraban sólo 16 o 256 colores. Sin embargo, casi todos los nuevos sistemas pueden mostrar lo que se llama Color Verdadero de 32-bits (32-bit True Color). Se llama Color Verdadero porque estos sistemas muestran 16 millones de colores, casi el número que el ojo humano puede distinguir.   Subir

SUGERENCIA: VERIFIQUE SU SISTEMA
Usted puede tener que ajustar su sistema para color verdadero, el mismo no se hace automáticamente.
   Para ver si su Sistema Operativo Windows 95 o 98 disponen de Color Verdadero, presione el botón Inicio en la esquina inferior izquierda de la pantalla, luego pulse Configuración, y posteriormente deslícese hasta Panel de Control. Haga un doble click en el icono de Pantalla para abrir la caja de diálogo de las propiedades. Pulse la oreja de Configuración en la caja del diálogo y verifique la paleta de colores.
   ¿Por qué se necesitan 24 bits para conseguir 16 millones de colores?
   Es aritmética simple: para calcular cuántos colores diferentes pueden capturarse o pueden ser vistos, simplemente eleve el número 2 a la potencia del número de bits usados para grabar o visualizar la imagen. Por ejemplo, 8-bits le da 256 colores porque 28=256. Abajo tenemos una tabla para mostrarle algunas otras posibilidades.

   Algunas cámaras digitales (y escáneres) usan a menudo 30 o más bits por píxel y las aplicaciones profesionales requieren 36-bit de profundidad de color, un nivel sólo logrado por cámaras digitales profesional elevadas. (La Canon Pro70 fue la primera cámara del consumo de 30-bit.) Estos bits extras no se usan para generar colores que sean luego visualizados. Los mismos son usados para mejorar el color en la imagen cuando se procesa hasta su forma final de 24-bits y luego son descartados.   Subir

SENCIBILIDAD
Un número ISO (International Organization for Standardization u Organización Internacional para la Estandarización) que aparece en el paquete de la película especifica la velocidad, o sensibilidad, de una película basada en proceso de plata. Cuanto más alto sea el número, "más rápida" o más sensible es la película a la luz. Si usted ha comprado película, usted ya estará familiarizado con velocidades como 100, 200, o 400. Cada duplicado del número ISO indica un duplicado en la velocidad de la película de manera que cada una de estas películas es el doble de rápida que la anterior.
   Los sensores de imagen también usan números ISO equivalentes. Así como con una película, un sensor de imagen con un ISO más bajo necesita más luz para una exposición buena que uno con un ISO más alto. Para capturar mas luz necesita un tiempo de exposición más largo que puede llevar a imágenes difusas o una abertura mayor que le dará menos profundidad de campo. Por lo tanto, es mejor conseguir un sensor de imagen con un ISO más alto porque reforzará el congelamiento de imágenes en movimiento disparando con poca luz. Típicamente, los ISO van de 100 (bastante lento) a 3200 o más alto (muy rápido).
   Algunas cámaras tienen más de una graduación de ISO. En situaciones de poca luz, usted puede aumentar el ISO del sensor amplificando electrónicamente la señal del sensor de imagen (aumentando su ganancia). Algunas cámaras incluso aumentan la ganancia automáticamente. Esto no sólo incrementa la sensibilidad del sensor, también aumenta el ruido o "el granulado”, haciendo las imágenes más suave y menos definidas. Algo no recomendable cuando se quiere ser el creador de la imagen.
   Una luz escasa requiere una lente rápida y un ISO alto o usted deberá recurrir al flash.

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