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POR FIN LO SABRÁS TODO SOBRE LOS SENSORES DE IMÁGENES (II)

8 Oct 2014

Por fin lo sabrás todo sobre los sensores de imágenes (II)

Siguiendo con los pots relacionados con los sensores de imágenes, se habló en el anterior sobre la definición del píxel y los tamaños de estos. En este se tratará de la relación que existe entre el tamaño del píxel con distintos factores que influyen en la imagen de vídeo.

1. El tamaño del píxel, el factor de volcado y la resolución

Cualquier neófito podría pensar que igual no hay mucha relación, pero a poco que investiguemos y nos informemos un poco podremos comprobar, en el caso del factor de volcado, que todos los píxeles no contribuyen a aumentar la resolución, ya que en el procesamiento digital no todo ni todos los píxeles contribuyen a la resolución, por lo cual no mejoran la resolución.

Si nos ceñimos al tamaño del píxel en relación a las sensibilidad, hay que tener claro que el tamaño total del píxel no es proporcional a la conversión en electrones, ya que es obvio que por la propia constitución del píxel (o mejor de la propia constitución del CCD o del CMOS) el área de éste se puede distribuir en el propio sensor, los registros, etc.

Para entender esto de una forma más clara adelantaré un poco la información de cómo funciona un CCD con transferencia interline (IT) en el cual el factor de relleno del píxel es del 50% ya que el otro 50% es utilizado para el registro de desplazamiento.

Esto hace que no toda la luz que llega al píxel se transforme en señal eléctrica como se muestra en la siguiente figura, o sea, que no toda la luz aumenta la sensibilidad.

captadores1y2

                                                             Imagen@tilanotv

En la figura anterior (1 y 2) podemos ver que independientemente del tamaño que tenga el área sensible (zona azul) solo repercutirá en qué cantidad de luz se va a aprovechar en electrones (las flechas discontinuas no se aprovechan). Para solucionar este problema se optó por anteponer al píxel una microlente al píxel (más adelante veremos cómo se llama este tipo de sensores).

 captador3

                                                                  Imagen@tilanotv

Si comparamos ahora el tamaño del píxel con el área de resolución, el ejemplo se vería claramente si tomamos una misma imagen captada por dos sensores cuadrados contenidos dentro de la misma área creada por la lente y ambos con una iluminación homogénea.

 pianos1y2

                                                            Imagen@tilanotv

El sensor 2, tiene mayor resolución al tener los píxeles más pequeños y el sensor 2 tiene menor resolución pero también una mejor relación señal-ruido. Entonces… ¿Qué queremos? ¿Un sensor que nos proporcione una señal más luminosa o un sensor que nos proporcione una señal con una mejor relación señal-ruido?

Pues suponiendo que ambos sensores tienen los píxeles con el mismo factor de llenado, ahí es donde tenemos que centrarnos, en saber si necesitamos un sensor con mucha luminosidad pero sacrificando la resolución y con una mejor calidad señal-ruido para situaciones con poca luz, o necesitamos un sensor con mucha definición donde vamos a tener más ruido pero en donde disponemos de unas condiciones de luz muy fuerte.

Teniendo en cuenta esto que acabamos de comentar se puede dar la situación que aparece en la siguiente figura:

 tres_pianos

                                                          Imagen@tilanotv

En la figura anterior podemos apreciar que si tenemos una imagen captada con sensores con la misma área total encajadas también en el área de la lente pero con diferentes resoluciones, observamos que la figura (2) representa una imagen más real pero con una relación señal-ruido por píxel peor. La figura (1) mejora la relación señal-ruido pero merma la resolución de la imagen y por último, la máxima relación señal-ruido sería si el sensor fuese de un solo píxel (3) que ocupase toda la imagen, pero evidentemente no se vería contenido ninguno de la imagen.

Normalmente el precio del que disponemos para invertir es realmente el que va a determinar qué tipo de cámara y por consiguiente qué tipo de sensores de imágenes podremos tener, pero es interesante que tengamos siempre presente que rendimiento nos puede dar nuestra cámara conociendo un poco más el equipo.

Si conoces los pros y los contras de tu cámara puedes comentarlo a continuación.

Fuentes consultadas:

http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_transfer_function

http://www.normankoren.com/Tutorials/MTF7.html

http://www.gatan.com/files/PDF/knowhow/kv8_ccd_pixels_question.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Charge-coupled_device

http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_CMOS

http://www.optics4birding.com/starlight-technology.aspx

http://www.andor.com/learning-academy/electron-multiplying-ccd-cameras-the-technology-behind-emccds

http://photorumors.com/2009/09/13/new-sony-full-frame-sensor-ccd-superhad-ii-with-34-8mp/

http://www.hkvstar.com/technology-news/comparison-between-ex-view-had-and-super-had-ccd-cameras.html

http://www.sony.net/Products/SC-HP/cx_news/vol52/pdf/featuring52.pdf

http://www.lavision.de/en/products/cameras/iccd_cameras.php

http://en.wikipedia.org/wiki/Charge-coupled_device#Intensified_charge-coupled_device

http://en.wikipedia.org/wiki/Photocathode

http://en.wikipedia.org/wiki/Microchannel_plate_detector

http://www.hkvstar.com/technology-news/comparison-between-ex-view-had-and-super-had-ccd-cameras.html

http://www.mintron.com/htm/q&a/htm/super%20had%20ccd%20camera.htm

http://www.digitalbolex.com/global-shutter/

http://depts.washington.edu/keck/pg22.pdf

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