------------------------------------------------------- Funcionamiento de una cámara digital : Retoque de la fotografía digital -----------------------------------------------------------

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Funcionamiento de una cámara digital



La luz es una señal analógica, para que la cámara digital interprete y nos devuelva una imagen utiliza ciertos componentes para este proceso, que se llama captura digital.

La luz atraviesa nuestro objetivo (conjunto de mecanismos y lentes que proyectan la imagen al interior de la cámara) e incide sobre el sensor de la cámara, este envía la información al CAD (Conversor analógico Digital) y con ayuda de un programa nos devuelve una imagen en nuestro visor, si nos gusta la imagen apretamos el botón y esta información será guardad en un dispositivo de almacenamiento (tarjeta de memoria) 
En la fotografía el sensor es como el rollo de película convencional. El sensor es un placa semiconductora la cual está dividida en millones de celdas fotosensibles,  al recibir la luz se cargan eléctricamente y proporcionalmente a ella. Esta carga eléctrica es enviada al DAC (Conversor Analógico Digital) el cual le asigna diferentes valores binarios (bit), para que el procesador de la cámara pueda interpretarlo como una imagen en distintos tonos de grises.



Fig 1. Fotografía de un sensor

¿Ahora se preguntaran como en escalas de grises???  

Porque los fotosensores típicos detectan la intensidad de la luz con poco o ninguna especificidad de la longitud de onda, y por lo tanto no pueden separar la información del color, es decir sólo pueden memorizan la intensidad de la luz pero sin color.
La longitud de onda es el color, a este tema lo trataremos aparte

¿Cómo se obtiene una imagen a color??

Para captar la imagen en color se necesitan varios sistemas de filtros de color en el sensor de imagen.
Uno de los filtros más conocidos es el la utilización del filtro CFA (Arreglo de Filtro de Color) o CFM (Mosaico de filtro de color). Consiste en que cada célula o píxel tiene un filtro de color delante. Cuando a este filtro le llega la luz, sólo deja pasar uno de los tres colores primarios de la luz, el verde, el rojo o el azul y el sensor detrás registra la intensidad de ese color o onda, esta información en forma de carga eléctrica es enviada al CAD (Conversor Analógico Digital) el cual trasforma la señal analógica en un valor binario, esta señal digital es procesada por un algoritmo de mosaicos y luego nos da una imagen en la pantalla.
 
Fig 1. Matriz de Bayer

Por ejemplo, el filtro Bayer da información sobre la intensidad de la luz en las regiones rojas, verdes, y azules (RGB) de la longitud de onda. Los datos crudos (RAW) de la imagen, capturados por el sensor, son entonces convertidos a una imagen a todo color por un algoritmo demosaicing que es hecho a la medida para cada tipo de filtro de color. La transmitencia espectral de los elementos del arreglo de filtro de color junto con el algoritmo demosaicing determina la interpretación del color. La eficacia cuántica del paso de banda del sensor y el ancho de las respuestas espectrales del arreglo de filtro de color son típicamente más anchos que el espectro visible, así pueden ser distinguidos todos los colores visibles.


Explícalo más sencillo por favor!!

La verdad cuando empecé a investigar sobre la matriz de Bayer, la de color, sobre el CAD, termine con un dolor de cabeza y con muchas dudas. A continuación explicare como entiendo yo, el funcionamiento de la captura digital en el sensor. Si ustedes saben que no es así háganmelo saber o den su propia opinión.
Explicación simplificada a lo Fabián:
La luz está compuesta de ondas de diferentes longitudes y magnitudes, esas diferencias provoca los colores.
La luz ingresa atreves del lente hacia el sensor, el cual está compuesto por millones de fotodiodos que se cargan eléctricamente en diferentes proporciones, estos fotodiodos tienen un filtro de color (rojo, verde o azul) encima, esta información (carga eléctrica) de los fotodiodos + el filtro que tiene es enviada al CAD (Conversor Analógico Digital) el cual le da un código binario a cada lectura de los fotodiodos, luego un programa llamado demosaicing se encarga de interpola la información binaria y darnos la imagen en nuestras pantallas.
Aclaraciones:
Los sensores tienen más filtros verdes, en la matriz de Bayer son 50% verdes, 25% azules y 25 %para el rojo. Existen otros arreglos de filtros de color aquí les dejo el enlace en wiki
El demosaicing lo que hace es hacer un promedio de los otros dos colores que no capta el fotodiodo con el filtro arriba ej:
R: rojo, G: verde, B: azul. Imaginemos una grilla de Bayer de la siguiente manera.
 
G
R
G
R
G
R
G
R
G
R
G
B
G
B
G
B
G
B
G
B
G
B
G
R
G
R
G
R
G
R
G
R
G
B
G
B
G
B
G
B
G
B
G
B
G
R
G
R
G
R
G
R
G
R
G
B
G
B
G
B
G
B
G
B
G
B
G
R
G
R
G
R
G
R
G
R
G
B
G
B
G
B
G
B
G
B
G
B

 
Tomemos a por ejemplo cualquier fotodiodo R el cual tiene su valor real, pero le falta los valores de B y G, para darnos un pixel de color RGB, lo que hace el demosaicing es ver los valores de los vecinos de R y calcula un promedio y así con todos los filtros. Tenemos que en una fotografía el 33.3% de lo que vemos es el color real y lo demás es un promedio matemático!!!

Preguntas??


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