Cámara digital
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Una cámara digital es una cámara fotográfica que, en vez de captar y almacenar fotografías en películas química (como las cámaras de película fotográfica), aprovecha el proceso de la fotografía digital para generar y almacenar imágenes.
Las cámaras digitales compactas modernas generalmente son multifuncionales y contienen algunos dispositivos capaces de grabar sonido y/o video además de fotografías. En este caso, al aparato también se lo denomina cámara filmadora digital. Actualmente se venden más cámaras fotográficas digitales que cámaras con película de 35 mm.
Sumario
Historia
Los conceptos de digitalizar imágenes en escáneres y convertir señales de vídeo a digital anteceden al concepto de tomar cuadros fijos digitalizando así señales de una matriz de elementos sensores discretos. Eugene F. Lally del Jet Propulsion Laboratory publicó la primera descripción de cómo producir fotos fijas en un dominio digital usando un fotosensor en mosaico. El propósito era proporcionar información de navegación a los astronautas a bordo durante misiones espaciales. La matriz en mosaico registraba periódicamente fotos fijas de las localizaciones de estrellas y planetas durante el tránsito y cuando se acercaba a un planeta, proporcionaba información adicional de distancias para el orbitaje y como guía para el aterrizaje. El concepto incluyó elementos de diseño que presagiaban la primera cámara fotográfica digital.
Texas Instruments diseñó una cámara fotográfica análoga sin película en 1972, pero no se sabe si fue finalmente construida. La primera cámara digital registrada fue desarrollada por la empresa Kodak, que encargó la construcción de un prototipo al ingeniero Steven J. Sasson en 1975. Esta cámara usaba los entonces nuevos sensores CCD desarrollados por Fairchild Semiconductor en 1973. Su trabajo dio como fruto una cámara de aproximadamente 4 kg y que hacía fotos en blanco y negro con una resolución de 0,01 megapíxeles. Utilizó los novedosos chips de estado sólido del CCD. La cámara fotográfica registraba las imágenes en una cinta de cassette y tardó 23 segundos en capturar su primera imagen, en diciembre de 1975. Este prototipo de cámara fotográfica era un ejercicio técnico, no previsto para la producción.
La primera cámara fotográfica completamente digital que registraba imágenes en un archivo de computadora fue probablemente el modelo DS-1P de Fuji, en 1988, que grababa en una tarjeta de memoria interna de 16 MB y utilizaba una batería para mantener los datos en la memoria. Esta cámara fotográfica nunca fue puesta en venta en los Estados Unidos. La primera cámara fotográfica digital disponible en el mercado fue la Dycam Model 1, en 1991, que también fue vendida con el nombre de Logitech Fotoman. Usaba un sensor CCD, grababa digitalmente las imágenes, y disponía de un cable de conexión para descarga directa en la computadora. En 1991, Kodak lanzó al mercado su modelo DCS-100, el primero de una larga línea de cámaras fotográficas profesionales SLR de Kodak que fueron basadas, en parte, en cámaras para película, a menudo de marca Nikon. Utilizaba un sensor de 1,3 megapíxeles y se vendía en unos 13 000 dólares estadounidenses.
La transición a formatos digitales fue ayudada por la formación de los primeros estándares JPEG y MPEG en 1988, que permitieron que los archivos de imagen y vídeo se comprimieran para su almacenamiento. La primera cámara fotográfica dirigida a consumidores con una pantalla de cristal líquido en la parte posterior fue la Casio QV-10 en 1995, y la primera cámara fotográfica en utilizar tarjetas de memoria CompactFlash fue la Kodak DC-25 en 1996. El mercado para las cámaras fotográficas digitales dirigidas al consumidor estaba formado originalmente por cámaras fotográficas de baja resolución. En 1997 se ofrecieron las primeras cámaras fotográficas para consumidores de un megapixel. La primera cámara fotográfica que ofreció la capacidad de registrar clips de vídeo pudo haber sido la Ricoh RDC-1 en 1995.
En 1999 con la introducción del Nikon D1, una cámara fotográfica de 2.74 megapixeles, que fue una de las primeras SLR digitales, la compañía se convirtió en un fabricante importante, y, con un costo inicial de menos de $6.000, era asequible tanto para fotógrafos profesionales como para consumidores de alto perfil. Esta cámara fotográfica también utilizaba lentes Nikon F, lo que significaba que los fotógrafos podrían utilizar muchas de las mismas lentes que ya tenían para sus cámaras de película.
En 2003 se presentó la Digital Rebel de Canon, también conocida como la 300D, una cámara fotográfica dirigida a consumidores de 6 megapíxeles y la primera DSLR que tenía un costo inferior a 1000 dólares.
En 2008 se presentó en la Feria de Alemania, una cámara LEICA de medio formato con una resolución de 37 megapixeles.
Resolución de imagen
La resolución de una cámara fotográfica digital está limitada por el sensor de la cámara (generalmente un CCD o un Sensor CMOS) que responde a las señales de luz, substituyendo el trabajo de la película en fotografía tradicional. El sensor se compone de millones de "cubos" que se cargan en respuesta a la luz. Generalmente, estos cubos responden solamente a una gama limitada de longitudes de onda ligeras, debido a un filtro del color sobre cada uno. Cada uno de estos cubos se llama un píxel, y se utiliza un algoritmo de mosaicismo e interpolación para unir la imagen de cada gama de longitud de onda por pixel en una imagen del RGB donde están las tres imágenes por píxel para representar un color completo.
Los dispositivos CCD transportan la carga a través del chip hasta un conversor analógico-digital. Éste convierte el valor de cada uno de los píxeles en un valor digital midiendo la carga que le llega. Dependiendo del número de bits del conversor obtendremos una imagen con mayor o menor gama de color. Por ejemplo, si se utilizase un sólo bit tendríamos valores de 0 y 1, y sólo podríamos representar presencia o ausencia de luz, lo que supondría una imagen en blanco y negro puro.
Por otro lado, los aparatos CMOS contienen varios transistores en cada píxel. El proceso de conversión digital se produce en la propia estructura del sensor, por lo que no se necesita un conversor añadido. Su proceso de fabricación es más sencillo, y hace que las cámaras que utilizan esta tecnología resulten más baratas.La cantidad de pixeles resultante en la imagen determina su tamaño. Por ejemplo una imagen de 640 pixeles de ancho por 480 pixeles de alto tendrá 307 200 píxeles, o aproximadamente 307 kilopixeles; una imagen de 3872 pixeles de alto por 2592 pixeles de ancho tendrá 10.036.224 pixeles, o aproximadamente 10 megapixeles. Según la experiencia fotográfica de los profesionales en dicho campo afirman que una fotografía química realizada por una cámara compacta daría como resultado una fotografía de 30 megapixeles.
Calidad de la imagen
La cuenta de pixeles comúnmente es lo único que se muestra para indicar la resolución de una cámara fotográfica, pero esta es una idea falsa. Hay varios factores que afectan la calidad de un sensor. Algunos de estos factores incluyen, el tamaño del sensor, la calidad de la lente, la organización de los pixeles (por ejemplo, una cámara fotográfica monocromática sin un mosaico de filtro Bayer tiene una resolución más alta que una cámara fotográfica de color típica) y el rango dinámico del sensor.A muchas cámaras fotográficas compactas digitales son criticadas por tener demasiados pixeles en relación al pequeño tamaño del sensor que incorporan.El aumento de la densidad de pixeles disminuye la sensibilidad del sensor. Pues cada pixel es tan pequeño que recoge muy pocos fotones, y así para conservar la relación señal-ruido se deberá iluminar más el sensor. Esta disminución de la sensibilidad conduce a cuadros ruidosos, calidad pobre en sombras y generalmente a imágenes de pobre calidad si están escasamente iluminadas.
Métodos para capturar imágenes
En el corazón de una cámara digital hay un sensor de imagen CCD.Desde que las primeras cámaras digitales fueron introducidas al mercado, han existido tres métodos principales de capturar la imagen, según configuración de hardware del sensor y de los filtros de color. Estos métodos son los siguientes:
- El primer método se denomina de disparo único, en referencia al número de veces que el sensor de la cámara fotográfica se expone a la luz que pasa a través de la lente. Los sistemas de disparo único utilizan un CCD con un filtro de Bayer, o tres sensores de imagen independientes (uno para cada uno de los colores primarios aditivos: rojo, verde, y azul) que se exponen a la misma imagen mediante un sistema óptico de separación de imagen.
- El segundo método se denomina de multidisparo, porque el sensor se expone a la imagen en una secuencia de tres o más aperturas del obturador de la lente. Hay varios métodos de aplicación de esta técnica. El más común era originalmente utilizar un único sensor de imagen con tres filtros (de nuevo rojo, verde y azul) colocados delante del sensor para obtener la información aditiva del color. Otro método de multidisparo utiliza un solo CCD con un filtro de Bayer pero mueve la posición física del sensor en el plano del foco de la lente para componer una imagen de más alta resolución que la que el CCD permitiría de otra manera. Una tercera versión combina los dos métodos sin un filtro de Bayer en el sensor.
- El tercer método se llama exploración porque el sensor se mueve a través del plano focal como el sensor de un explorador (scanner) de escritorio. Sus sensores lineares o tri-lineares utilizan solamente una sola línea de fotosensores, o tres líneas para los tres colores. En algunos casos, la exploración es lograda rotando la cámara fotográfica entera; una cámara fotográfica con línea rotativa ofrece imágenes de resolución total muy alta.
Nota: La elección del método para una captura dada, por supuesto, es determinada en gran parte por el tema a ser fotografiado. Es generalmente inadecuado intentar fotografiar un tema que se mueva con cualquier cosa que no sea un sistema de disparo único. Sin embargo, con sistemas de exploración o multidisparo, se obtiene la más alta fidelidad de color y tamaños y resoluciones más grandes. Esto hace de estas técnicas más atractivas para fotógrafos comerciales que trabajan con fotografías de temas inmóviles en formato grande.Recientemente, las mejoras drásticas en cámaras fotográficas de disparo único y el procesamiento de archivos RAW de imagen han hecho de las cámaras fotográficas de disparo único, basadas en CCD casi totalmente predominantes en fotografía comercial, para no mencionar la fotografía digital en su totalidad. Las cámaras fotográficas de disparo único basadas en sensores CMOS suelen ser comunesentre las que se encuentran: Mosaicos, interpolación, y aliasing del filtro.
Conectividad
La mayor parte de las cámaras digitales se pueden conectar directamente a la computadora para transferir su información. Antiguamente las cámaras tenían que conectarse a través de un Puerto serial. El USB es el método más utilizado aunque algunas cámaras utilizan un puerto FireWire o Bluetooth. La mayor parte de las cámaras son reconocidas como un dispositivo de almacenamiento USB. Algunos modelos, por ejemplo la Kodak EasyShare One puede conectarse a la computadora vía red inalámbrica por el protocolo 802.11 (Wi-Fi).Una alternativa común es el uso de un lector de tarjetas que pueda ser capaz de leer varios tipos de medios de almacenamiento, así como efectuar la transferencia de datos a la computadora a alta velocidad. El uso de un lector de tarjetas también evita que la batería de la cámara fotográfica se descargue durante el proceso de la transferencia directa, pues el dispositivo toma energía del puerto USB. Un lector de tarjetas externo permite un adecuado acceso directo a las imágenes en una colección de medios de almacenamiento. Pero si solamente funciona con una tarjeta de almacenamiento, puede ser incómodo el desplazamiento hacia adelante y hacia atrás entre la cámara fotográfica y el lector. Muchas cámaras fotográficas modernas ofrecen el estándar de PictBridge, que permite el envío de datos directamente a las impresoras sin la necesidad de una
Integración
La tecnología actual permite la inclusión de cámaras digitales en varios aparatos de uso diario tales como teléfonos celulares. Otros dispositivos electrónicos pequeños (especialmente los utilizados para la comunicación) por ejemplo dispositivos PDA, computadoras portátiles y Blackberry contienen a menudo cámaras fotográficas digitales integradas. Además, algunos camcorders digitales incorporan una cámara fotográfica digital. Debido a la limitada capacidad de almacenamiento y al énfasis de la utilidad por sobre la calidad en estos dispositivos integrados la gran mayoría utiliza el formato JPEG para guardar las imágenes ya que su gran capacidad de compresión compensa la pequeña pérdida de calidad que provoca.
Almacenamiento de imágenes
Las cámaras digitales de los teléfonos celulares o también las cámaras de bajo precio utilizan memoria incorporada o memoria flash. Son de uso común las tarjetas de memoria: CompactFlash (CF), Secure Digital (SD), xD y las tarjetas Memory Stick para las cámaras Sony. Anteriormente se utilizaba discos de 3 1/2" para el almacenamiento de imágenes. Las fotos se almacenan en ficheros JPEG estándares o bien en formato TIFF o RAW para tener una mayor calidad de imagen pese al gran aumento de tamaño en el archivo. Los archivos de video se almacenan comúnmente en formato AVI, DV, MPEG, MOV, WMV, etc. Casi todas las cámaras digitales utilizan técnicas de compresión para aprovechar al máximo el espacio de almacenamiento. Las técnicas de compresión suelen aprovecharse de dos características comunes en las fotografías: Los patrones: en una imagen es muy común encontrarse con zonas en las que aparece el mismo color (o la misma secuencia) repetido varias veces (por ejemplo, una pared blanca). Este tipo de áreas pueden codificarse de manera que el espacio de almacenamiento necesario para ellas disminuya. Este tipo de compresión no suele conseguir grandes porcentajes de disminución. la irrelevancia: igual que la codificación mp3 se aprovecha de la incapacidad del sistema auditivo para detectar ciertos sonidos (o la ausencia de estos), en las cámaras digitales se puede utilizar una compresión que consiste en eliminar información que la cámara ha captado, pero que el ojo humano va a ser incapaz de percibir.
Formatos
Los formatos más usados por las cámaras fotográficas digitales para almacenar imágenes son RAW, JPEG y TIFF. Muchas cámaras fotográficas, especialmente las cámaras profesionales o DSLR, permiten descargar el formato RAW (crudo). Una imagen RAW está formada por el conjunto de pixels sin procesar (ni siquiera la interpolación de color que requiere el filtro de Bayer) obtenidos directamente del sensor de la cámara fotográfica. A menudo se utilizan los formatos propietarios de cada fabricante, tales como NEF para Nikon, CRW o CR2 para Canon, y MRW para Minolta, cuyas especificaciones no son conocidas. La firma Adobe Systems lanzó el formato DNG, un formato de imagen raw libre de derechos que ha sido adoptado por algunos fabricantes.Los archivos raw debían ser procesados ("revelados") en programas de edición de imagen especializados pero con el tiempo los programas más usados, como Picasa de Google, agregaron el soporte para poder editarlos. Editar imágenes en formato raw permite una mayor flexibilidad en ajustes tales como modificar el balance de blancos, compensar la exposición y cambiar la temperatura de color, porque tiene los datos de color sin interpolar, y además poseen mayor profundidad de color que 8 bits por canal: dependiendo del fabricante pueden ser 10, 12, 14 o hasta 16 bits por canal. Esencialmente el formato raw permite al fotógrafo hacer ajustes importantes sin pérdida de calidad de imagen que de otra manera implicarían volver a tomar la fotografía.
Los formatos para video son AVI, DV, MPEG, MOV (a menudo con el motion JPEG), WMV, y ASF (básicamente iguales que WMV). Los formatos recientes incluyen MP4, que se basa en el formato de QuickTime y utiliza nuevos algoritmos de compresión para dar un plazo de tiempos de grabación más largos en el mismo espacio.Otros formatos que se utilizan en las cámaras fotográficas pero no en las fotos son el DCF, una especificación ISO para la estructura y la asignación de nombres de archivo interna de la cámara fotográfica, DPOF que indica cuantas copias se deben imprimir y en que orden y el formato Exif, que utiliza etiquetas de metadatos para documentar los ajustes de la cámara fotográfica y la fecha y la hora en la que fueron obtenidas las fotografías.
Características
- La resolución en fotografía digital se mide multiplicando el alto por el ancho de las fotografías que permite obtener la cámara y generalmente comienza con un millón de píxeles, para las cámaras más económicas, y va en aumento hasta más de diez millones de píxeles, para las cámaras profesionales. El término "píxel" (del inglés picture element), es la unidad más pequeña que capta un valor gris o de color de la fotografía. Una cámara de cuatro millones de píxeles generará imágenes más grandes que una de dos millones, lo que permite obtener una copia impresa de hasta 50 × 75 cm, pero no necesariamente de mayor calidad ya que en este aspecto tiene una mayor importancia la calidad de la óptica utilizada. Sin embargo, dado que a más megapíxeles las cámaras son más caras, es habitual que también posean mejores objetivos.
- Otra característica de la fotografía digital es el zoom digital. Mediante este zoom se puede ampliar una foto, pero el efecto no es el de un zoom óptico. El zoom óptico acerca y amplia lo que se quiere fotografiar sin mermar la resolución de la cámara, ya que el acercamiento se consigue con el objetivo. El zoom digital, por el contrario, amplia la imagen que ya ha recibido, de forma que disminuye la resolución, al igual que ocurriría encargando una ampliación al laboratorio o utilizando un programa de edición de gráficos.
"Actualmente las cámaras digitales también permiten tomar vídeos, generalmente en resoluciones desde 320×240 hasta 1920×1080 píxeles y de entre 12 y 60 fotogramas por segundo, a veces con sonido (normalmente mono) en el caso de los modelos más completos. Estos vídeos están alcanzando un nivel tan alto de calidad que son muchos los profesionales que están utilizando cámaras réflex en lugar de cámaras de vídeo.
Tipos de cámaras
- Cámaras digitales compactas
Se caracterizan por tener una gran facilidad de uso, tamaño bastante reducido (la mayoría similares a un teléfono celular) y operación simplificada; este diseño limita las capacidades creativas de capturar imágenes, limitándose al uso aficionado. Por las características ópticas y electrónicas (sensor reducido, objetivos con poca luminosidad), presentan casi siempre una profundidad de campo bastante amplia. Esto permite que varios objetos estén enfocados al mismo tiempo, lo cual facilita el uso, aunque es también una de las razones por las cuales los fotógrafos avanzados encuentran las imágenes tomadas por estas cámaras planas o artificiales. Estas cámaras son ideales para tomar paisajes y uso ocasional. Frecuentemente guardan los archivos de imagen en formato JPEG, poseen un rango dinámico limitado y muchas de ellas aplican reducción de ruido en las imágenes, incluso en la sensibilidad más baja disponible.
- Cámaras compactas avanzadas (o de zoom largo).
Estas cámaras permiten un mayor control de las tomas y tienen más calidad y prestaciones que las anteriores. Físicamente, poseen un tamaño mayor, más mandos y botones y una empuñadura más grande, con lo cual se asemejan a las cámaras réflex, y comparten algunas de sus funciones. Generalmente tienen zoom óptico largo (de ahí su nombre) que asegura una mayor capacidad creativa. Algunas veces son comercializadas como y confundidas con cámaras SLR digitales (dSLR) ya que los cuerpos de cámara se parecen entre sí. En algunos modelos, pueden añadirse convertidores de rosca para mejorar el alcance o la cobertura angular, pueden tomar vídeo, grabar audio y la composición de la escena se lleva a cabo en la pantalla de cristal líquido o en un visor electrónico. La velocidad de respuesta de estas cámaras tiende a ser menor que la de una verdadera SLR digital, pero pueden lograr una muy buena calidad de imagen siendo más ligeras y compactas. Muchas de estas cámaras guardan las fotografías en formato JPEG y cada vez hay más que pueden hacerlo en formato RAW
- Cámaras réflex digitales
Las cámaras réflex digitales son el equivalente a las cámaras de película química. Están orientadas al sector del fotoperiodismo, a la fotografía artística y otros usos avanzados/profesionales, debido a que sus características de respuesta y calidad de imagen son -por lo general- superiores a las de las cámaras compactas. Respecto a las cámaras compactas, tienen un sensor de mayores dimensiones, lo cual equivale a una mayor relación señal/ruido que se traduce en una mejor calidad de imagen. El diseño de los componentes electrónicos está optimizado para proveer un tiempo de respuesta similar al de las cámaras réflex tradicionales. Poseen la capacidad de grabar en formatos de mayor calidad (JPEG de baja compresión, RAW), lo cual es útil en las labores de posprocesamiento de la imagen. Comercialmente se encuentran divididas por sectores: aficionado (pocos controles, funciones automáticas asistidas, tamaño reducido), aficionado avanzado (mayor personalización de la captura, accesorios adicionales) y profesional (alta velocidad de disparo y respuesta, rendimiento ISO elevado, sensor de formato completo).
