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DIFERENTES TIPOS EN LA SEPARACIÓN ÓPTICA DEL COLOR

25 Jun 2014

Diferentes tipos en la separación óptica del color

Desde que comienza el diseño de la televisión en color uno de los puntos más críticos a la hora de indicarle a la cámara cómo tratar la señal que esta recibiendo, es precisamente el hecho de separar adecuadamente la imagen captada en tres señales diferentes que representen los colores primarios RGB.

En este post no he pensado hablar de los dos sistemas clásicos utilizados para separar la imagen como son los espejos dicróicos y el prisma dicróico, sino que prefiero mostrar de una forma básica otros sistemas que también se utilizan para separar la imagen antes del sensor en los colores primarios.

En cuanto a los espejos dicróicos no voy a indicar gran cosa en relación con las cámaras ya que no se utilizan actualmente en la captación de la imagen (por lo menos hasta donde yo se) sino más bien en proyectores de imagen 3LCD. Además el sistema de funcionamiento es muy similar al de los prismas dicróicos.

Por ello, voy a hacer unos apuntes sobre los siguientes sistemas que se utilizan para separar la imagen en las señales RGB:

  1. Prisma dicróico.
  2. Sistema Bayer.
  3. Sistema Foveon

El prisma dicróico

Este elemento óptico se ubica dentro de las cámaras y es el que se encarga de separar la luz en las componentes primarias rojo, verde y azul.

Lo primero que hay que tener claro a la hora de analizar un prisma dicróico es el ángulo del prisma, el cual va a dirigir la luz hacia donde nos interesa, y por otra parte el material con el que se fabrica el recubrimiento.

¿Qué quiere decir todo esto? Pues bien, con respecto al material con el que está construido el prisma hay que decir que existen materiales que son capaces de cambiar el estado de polarización de la luz ya que ésta al pasar por el prisma sufre una absorción cambiante en función como hemos dicho antes del plano de absorción.

Por otro lado, en cuanto al material con el que se fabrica, se sabe que es el vidrio, pero hay que tener en cuenta que el recubrimiento de éste se realiza con varias capas de óxidos metálicos que se vaporizan sobre el prisma.

En el caso que nos compete, o sea, en el hecho de dividir la imagen en los tres colores primarios RGB, los óxidos que se utilizan son:

            - El litio nos da el color rojo.

            - El bario el color verde.

            - El azul lo proporciona el cobre.

 prisma dicroico

                                                      Figura©tilanotv.es

No debemos dejar de ser ajenos a que como cualquier técnica empleada, este método tiene sus pros y sus contras.

En cuanto a los contras, hay que tener muy en cuenta el ángulo de incidencia exacto en el que va a incidir la luz. Además, no se puede pasar por alto la apertura de la lente ya que nos puede dar problemas tanto en que cambia el ángulo medio de incidencia de la luz así como que también limita la geometría de la trayectoria de la luz.

Sin embargo en cuanto a los beneficios que proporciona este sistema esta por ejemplo que su fabricación es relativamente sencilla, así como que tiene una absorción mínima de la luz y que la separación de los colores es quizás mejor que con otro tipo de filtros.

Este sistema ha dado tan buenos resultados que los primeros prototipos de cámaras en Ultra alta definición que se realizaron por parte de la NHK,nutilizaron este sistema para la separación de la luz. Lo que ocurre que en este caso la luz es separada en cuatro ocasiones (en realidad son rojo, verde y azul pero el verde se divide dos veces) como se puede apreciar en la siguiente figura:

 figura 10.3

                                                                Figura©tilanotv.es

El sistema Bayer

El filtro Bayer fue desarrollado por el ingeniero de Kodak Bryce Bayer en 1976 y es otro de los sistemas utilizados para la separación de los colores primarios a la hora de captar una imagen con un CCD. El funcionamiento de este método es el siguiente. Supongamos que tenemos un CCD que esta compuesto por infinidad de fotodiodos, pues bien, todos los fotodiodos tienen encima una matriz de color que se compone de los colores rojo, verde y azul, pero en una proporción que forma píxeles de 2x2 con dos de verde, uno de azul y uno de rojo. Esto se puede ver más detenidamente en la siguiente figura:

 700px-Bayer_pattern_on_sensor.svg

                                                            Figura© Wikipedia

En esta línea de filtros, Fujifilm ha desarrollado un filtro denominado X-Trans CMOS. Este tipo de filtro según Fujifilm mejora al filtro Bayern entre otras cosas porque las rejillas no tienen 2x2 píxels sino que tiene 6x6 lo cual crea una combinación bastante compleja si se compara con los patrones que salen con las rejillas 2x2 del filtro Bayer , lo cual hace que este tipo de matriz sea suficiente para eliminar prácticamente el moiré en la mayoría de los casos.

 separacion_color_fujinon

                                                         Figura© Fujifilm

Sistema Foveon

El sistema que proporciona Foveon X3 al contrario que el filtro Bayer, no tiene los píxeles separados, sino que en cada píxel se pueden captar los tres colores RGB por medio de los fotosensores pero que están situados en diferentes profundidades, ya que la luz entra a distinta profundidad dependiendo de su longitud de onda.

Al contrario que los sistemas anteriores, este no necesita algoritmos de interpolación por lo que se disminuye bastante el escalonado del moiré.

                  X3_tech_hero

                                                                Figura©Foveon 

Aunque en este post haya comentado estos diferentes sistemas de separación de la luz en los sensores CCD, lo cierto es que el que se utiliza en las cámaras broadcast es le del prisma dicróico, tanto por su robustez como por su fiabilidad.

Si conoces algún otro sistema de filtrado del color puedes comentarlo a continuación….

Fuentes consultadas:

http://albertog.over-blog.es/article-el-filtro-bayer-107958470.html

http://www.decamaras.com/CMS/component/option,com_glossary/Itemid,255/func,term/term,Foveon

http://centrodeartigos.com/articulos-informativos/article_69139.html

http://fujifilm-x.com/x-pro1/es/story/chapter1/page_02.html

http://altfoto.com/2013/10/como-llega-luz-sensor

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