Cómo funciona una cámara

De la redacción de WhiteWall

Utilizamos las fotos para capturar recuerdos y momentos especiales. Especialmente en la era de las cámaras digitales, esto es más fácil que nunca. Pulsamos el botón del obturador, miramos la imagen en la pantalla y el recuerdo está "en la lata". Pero, ¿qué ocurre realmente en la cámara cuando pulsamos el disparador? ¿Cómo se convierte la luz en imagen? ¿Y qué funciones desempeñan un papel central en la cámara? Echamos un vistazo al interior de la cámara con usted.

Cómo la luz se convierte en imagen

Mientras que las cámaras analógicas exponen una película insertada, las cámaras digitales funcionan con complejos sensores de imagen. Los sensores de imagen están formados por millones de pequeños píxeles, a cada uno de los cuales se le asigna un fotodiodo sensible a la luz. Los fotodiodos convierten la luz en carga eléctrica. Cuanta más luz incida sobre el fotodiodo, más fuerte será la señal eléctrica y viceversa. Como para una foto no sólo se necesita información sobre la luminosidad, sino también sobre el color, el sensor se combina con un filtro de color formado por los colores primarios rojo, verde y azul. A cada fotodiodo se le asigna exactamente un color. Esto significa que hay píxeles o fotodiodos que sólo registran la luz verde o roja, por ejemplo. La mayoría de los sensores utilizan la llamada matriz de Bayer para ordenar los colores: La matriz Bayer se divide en bloques de dos píxeles verdes, uno rojo y uno azul cada uno. Los colores registrados en los bloques se suman posteriormente en el proceso de demosaicing para generar exactamente los colores necesarios para la imagen grabada. La distribución del color de la matriz Bayer de un 50 por ciento de verde y un 25 por ciento de azul y rojo cada uno es el resultado de la especial sensibilidad del ojo humano a los tonos verdes. El procesador utiliza el balance de blancos para compensar cualquier dominante verde que pueda producirse durante el procesamiento de la imagen.

El enfoque automático

La cámara y el objetivo deben trabajar juntos a la perfección para producir una imagen nítida de un sujeto. En las cámaras con sistema sin espejo, la nitidez se determina mediante la medición del contraste; en las cámaras réflex, mediante un detector de fase. Las cámaras con el llamado enfoque automático híbrido pueden hacer ambas cosas.

Detección de fase

La detección de fase funciona de forma similar a los indicadores de imagen secuencial de las cámaras réflex analógicas. Éstos mostraban una especie de imagen desplazada en el visor, que sólo se fusionaba perfectamente al enfocar. De este modo, la cámara podía sacar conclusiones sobre la distancia al sujeto y encontrar el punto focal necesario con gran rapidez. La detección de fase en las cámaras réflex digitales también funciona según este principio.

En una DSLR, la luz que entra por el objetivo golpea primero el espejo primario parcialmente transparente, desde donde la mayor parte se dirige al visor óptico. La luz restante se desvía a través de un pequeño subespejo hacia un sensor independiente para la detección de fase. Las microlentes del sensor generan una imagen doble a partir de la luz. A continuación, la cámara analiza si estas imágenes están desplazadas entre sí y en qué medida. Basándose en esta información, reconoce si el objeto está delante o detrás del plano focal y transmite esta información al motor de autoenfoque del objetivo para que éste, a su vez, coloque las lentes en la posición correcta de forma rápida y precisa. Si las imágenes dobles de la detección de fase están exactamente una encima de la otra, como en la visualización de la imagen seccional, el sujeto está enfocado. La detección de fase funciona muy rápidamente, pero también es propensa a errores si la cámara y el objetivo no trabajan juntos de forma óptima. En ese caso, el enfoque puede estar desenfocado. Si quiere ir sobre seguro, debería utilizar los objetivos originales del fabricante de la cámara. Al actualizar el firmware de la cámara, que a menudo también soluciona problemas con el autoenfoque, las correcciones se adaptan a los objetivos originales.

Medición del contraste

Como las cámaras de sistema sin espejo (DSLM) no tienen el espejo grande y parcialmente transparente de las DSLR, las DSLM utilizan la medición del contraste para determinar la nitidez. El principio es sencillo: cuanto más nítida sea la imagen, mayor será el contraste. Para encontrar la nitidez óptima, la cámara enfoca una y otra vez hasta que se ha decidido por el contraste más alto. Esto puede llevar algún tiempo, especialmente con poca luz ambiental, pero la medición del contraste se considera especialmente precisa, ya que la realiza directamente el sensor de la cámara y no es necesario dirigir la luz a un módulo independiente mediante espejos, como ocurre con la detección de fase en las DSLR.

Enfoque automático híbrido

Para encontrar el enfoque de forma rápida y al mismo tiempo muy precisa, muchos fabricantes recurren al llamado "autoenfoque híbrido". Éste determina inicialmente la nitidez aproximada a alta velocidad mediante la detección de fase. A continuación, la medición del contraste toma el relevo y afina el enfoque. El autoenfoque híbrido de una cámara sin espejo no tiene un módulo de detección de fase independiente, sino que funciona con microlentes que se colocan en píxeles individuales del sensor de imagen.

Medición de la exposición

¿Alguna vez ha tenido una foto que no sale bien porque siempre parece demasiado clara o demasiado oscura? Entonces le resultará útil familiarizarse con el funcionamiento de la medición de la exposición de su cámara. La medición de la exposición determina si se incluye en la medición la luz de toda la imagen o sólo la de determinadas zonas de la misma. Elegir el método de medición adecuado es, por tanto, crucial para obtener una foto de éxito. Las cámaras réflex y las de sistema sin espejo ofrecen al menos tres de ellos.

Matriz/multicampo

La medición matricial o multisegmento viene de serie en la mayoría de las cámaras. Con la medición matricial, la sección de la imagen se divide en pequeñas zonas y se analiza la luminosidad en cada una de ellas. El grado en que los resultados individuales se incluyen en la exposición depende de la estructura del sujeto analizado y de dónde se encuentre el punto de enfoque automático.

Acentuado en el centro

Este método también mide la luminosidad en toda la sección de la imagen. En la exposición propiamente dicha, se ponderan más las zonas centrales. Con algunas cámaras, se puede ajustar el tamaño de la zona central.

Spot

Con la medición puntual, sólo se mide la luminosidad de una zona relativamente pequeña. Este "punto" suele estar en el centro de la imagen o coincide con el punto de enfoque automático activo. Esto garantiza que la cámara ajuste la exposición de forma óptima al sujeto objetivo, independientemente de las condiciones de luz ambiental.

Encontrará información detallada sobre la exposición ideal en el capítulo "3.4 Medición y ajuste de la exposición correcta".

El obturador

El obturador de una cámara determina el tiempo de exposición del sensor de imagen. Los tiempos de exposición muy cortos se utilizan, por ejemplo, para sujetos en movimiento, en los que el movimiento debe quedar prácticamente "congelado". Para las tomas nocturnas, en cambio, se requiere un tiempo de exposición largo. Existen varios métodos para controlar el tiempo de exposición.

El obturador de plano focal

El obturador mecánico de plano focal se remonta a la época de las cámaras réflex analógicas y se sigue utilizando hoy en día en las cámaras de sistema modernas. Funciona con una primera y una segunda cortinilla de obturación formadas por discos metálicos estrechos y ligeros. Cuando se pulsa el disparador, la primera cortinilla del obturador se mueve de arriba abajo y libera el sensor para la exposición. La segunda cortina del obturador finaliza la exposición deslizando también sus lamas de arriba abajo hasta que vuelven a cubrir completamente el sensor. El intervalo en el que la segunda cortinilla sigue a la primera viene determinado por la velocidad de obturación ajustada en la cámara. Con los obturadores mecánicos actuales, son posibles tiempos de exposición cortos de hasta 1/8.000 de segundo.

A velocidades de obturación muy rápidas, la segunda cortinilla del obturador se desplaza hacia abajo antes incluso de que la primera haya llegado al fondo. Puede imaginarse que no todo el sensor queda expuesto, sino sólo una estrecha rendija que se desplaza de arriba abajo. Como una rendija de este tipo puede provocar problemas con la fotografía con flash, las especificaciones técnicas de todas las cámaras incluyen el llamado tiempo de sincronización del flash. A menudo se especifica como 1/250 segundos. La velocidad de sincronización del flash es el tiempo más corto en el que el obturador sigue completamente abierto. A 1/320 de segundo, la segunda cortinilla del obturador ya se deslizaría de arriba abajo antes de que la primera haya alcanzado el extremo inferior del sensor, lo que provocaría que parte de la zona superior de la imagen se oscureciera a pesar del flash.

El obturador electrónico

El obturador electrónico tiene una ventaja significativa. A diferencia de la versión mecánica, no tiene piezas móviles y, por lo tanto, funciona de forma silenciosa y sin vibraciones, que pueden provocar borrosidad en la imagen con tiempos de exposición largos. En términos sencillos, el obturador electrónico de los sensores CMOS utilizados en casi todas las cámaras digitales de consumo actuales funciona de la siguiente manera: Mientras la luz incide sobre el sensor, se convierte continuamente en carga eléctrica en los fotodiodos. Para iniciar la grabación, la carga en cada fotodiodo se reinicia brevemente a cero. Este "reinicio" corresponde a la primera cortinilla del obturador. Al final del tiempo de exposición, el sensor se lee línea por línea de arriba abajo con el obturador electrónico convencional. Este momento puede compararse con la segunda cortina del obturador.

La exposición electrónica es muy rápida y, por tanto, permite velocidades de obturación muy rápidas que no serían posibles con un obturador mecánico. La Canon EOS R3, por ejemplo, permite velocidades de obturación de hasta 1/64.000 de segundo. Sin embargo, una desventaja del obturador electrónico convencional se produce cuando el sujeto o el fotógrafo mueven la cámara. Al leer el sensor línea a línea, puede ocurrir que el sujeto se encuentre en una posición diferente en las líneas leídas más abajo que al principio de la lectura en las primeras líneas. Esto puede provocar distorsiones, también conocidas como "rolling shutter". Este efecto puede reconocerse, por ejemplo, por el hecho de que las aspas del rotor de un ventilador aparecen ligeramente distorsionadas en la imagen.

Una combinación de ambos métodos

Con las cámaras digitales modernas, pueden combinarse ambos métodos de obturación. El primer obturador se dispara electrónicamente. La ventaja: no hay ruido ni vibraciones. Para el segundo obturador, los discos del obturador mecánico se mueven hacia abajo.

Obturador global

Con la Sony Alpha 9 III, el fabricante japonés ha presentado la primera cámara digital de consumo con el llamado obturador global. Se trata de un obturador electrónico en el que los fotodiodos del sensor no se leen línea a línea, sino todos al mismo tiempo. El obturador global evita así el efecto de obturador rodante que se produce con los obturadores electrónicos convencionales. El sensor con obturador global de Sony en formato de 35 mm permite tiempos de exposición muy rápidos, de hasta 1/80.000 de segundo, por lo que está especialmente recomendado para tomas deportivas y de acción sin distorsiones con velocidades de obturación rápidas. Además, incluso es posible fotografiar con flash a 1/80.000 de segundo. Esto antes sólo era posible con cámaras analógicas o digitales de formato medio extremadamente caras con un obturador electrónico integrado en el objetivo.

El estabilizador de imagen (IBIS)

El movimiento de la cámara se produce principalmente en las fotos cuando la luz ambiental es muy baja, es decir, cuando el obturador de la cámara tiene que permanecer abierto durante un tiempo relativamente largo para obtener una imagen suficientemente luminosa. La forma más eficaz de evitar las sacudidas de la cámara es utilizar un trípode para estabilizarla durante la exposición. Sin embargo, pocos fotógrafos quieren llevar siempre consigo esta voluminosa herramienta. Aquí es donde entra en juego la estabilización de imagen.

En las cámaras SLR, la estabilización de imagen se utiliza exclusivamente en el objetivo. Los objetivos individuales se mueven vertical y horizontalmente para contrarrestar las sacudidas de la cámara durante la exposición. Con muchas cámaras modernas de sistema sin espejo, los fabricantes van un paso más allá y equipan también los sensores de la cámara con estabilización de imagen. Sony, Panasonic y Olympus fueron los primeros fabricantes en ofrecer lo que se conoce como sistema IBIS ("In Body Camera Stabilisation"). Desde entonces, otros fabricantes han seguido su ejemplo.

El principio es siempre el mismo: En la estabilización basada en sensores, el sensor de la cámara se mantiene en su posición mediante imanes eléctricos. Si se miden vibraciones o movimientos, la cámara los compensa desplazando el sensor en consecuencia. Los sistemas IBIS modernos estabilizan la imagen en cinco ejes. Compensan el bamboleo vertical y horizontal, la inclinación, el barrido y la rotación alrededor del eje óptico. Algunos proveedores ofrecen también un enfoque automático híbrido. Las unidades de estabilización de imagen en el sensor de la cámara y en el objetivo trabajan conjuntamente y permiten realizar tomas a pulso con tiempos de exposición comparativamente largos. Con la OM System OM-1 Mark II, por ejemplo, se pueden fotografiar a mano alzada tiempos de exposición hasta 8,5 pasos f más largos de lo que sería posible sin estabilización.

Tratamiento de imágenes

Tras el disparo de la cámara, la luz del sensor de la cámara se convierte en señales eléctricas que se envían al procesador de imágenes de la cámara. Allí se procesa la imagen. Dependiendo del formato de imagen ajustado en la cámara, existen varias opciones. Cuando se dispara en modo RAW, la cámara guarda todos los datos disponibles en un archivo y no los procesa internamente. Por ello, también se denomina formato de datos sin procesar. Las imágenes RAW pueden editarse después como se desee utilizando un software especial de conversión RAW.

Sin embargo, si desea editar sus imágenes directamente en la cámara para compartirlas con otras personas como archivos JPEG acabados y que ahorran espacio, deberá realizar primero algunos ajustes en la cámara para el revelado. Importante: Al tomar fotos en formato JPEG, el postprocesamiento tiene lugar antes de que las imágenes se escriban en la tarjeta de memoria y no puede deshacerse. Si no desea dejar en manos del sistema automático el procesamiento interno basado en software de la cámara, puede intervenir manualmente. Normalmente se puede acceder al balance de blancos, la supresión de ruido o las correcciones del objetivo a través de una entrada independiente en el menú. Suele haber preajustes independientes para funciones de corrección como el estilo de color, el contraste, la nitidez o la saturación, que pueden modificarse individualmente si es necesario. Además, muchos fabricantes también ofrecen filtros de efectos artísticos. En el caso de Fujifilm, también se puede utilizar la función de simulación de película para simular el aspecto de las antiguas películas analógicas.

Conclusión

En el fascinante mundo de la fotografía, la cámara es la herramienta que captura nuestros recuerdos y guarda los momentos para la eternidad. La tecnología que hay detrás de la cámara es compleja, pero nos permite capturar nuestras visiones creativas y compartirlas con los demás. Si comprendemos la interacción entre la luz, el sensor y la mecánica, podremos desarrollar nuestras habilidades fotográficas y crear imágenes aún más impresionantes. Estamos aquí para ayudarle y asesorarle a perfeccionar sus imágenes.