Rango dinámico

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Que determina el rango dinámico

Posted by caiser en septiembre 17, 2007

Puedes leer el artículo anterior sobre rango dinámico en: El rango dinámico de nuestros ojos y el de las camaras

 Los pixeles o fotositos es el mayor factor para determinar el rango dinámico. Por ello hablaremos algo sobre como funcionan para saber cual es la importancia en el rango dinámico que podrá captar la cámara. La luz, en forma de fotones, llega a los pixeles. Previamente ha pasado por unas microlentes que los dirigen hacia ellos. Una vez dentro, los fotones interactúan con un material semiconductor disponible en cada pixel, transfiriendo su energía a los electrones de las moléculas del material semiconductor. Esto da sufiente energía para moverse por una banda de conducción. Se aplica un voltaje al pixel, este crea una corriente que mueve los electrones a un lugar donde son almacenados hasta que son mensurados. Esa medida de la carga eléctrica sirve para calcular la cantidad de luz que ha alcanzado al pixel.

Pero existe un problema, cada pixel está limitado por la cantidad de electrones que puede almacenar. Cada pixel lo podemos comparar con un cubo. Si ponemos el cubo en el exterior, un día de lluvia este comenzará a llenarse. Más tarde una persona puede recoger ese agua y medir la cantidad de agua que ha entrado en el cubo. Sin embargo, cuando el cubo se llena las gotas de lluvia rebosarán y el cubo no nos servirá para determinar la cantidad de agua recogida.

Un pixel es similar a ese cubo. Como hemos visto cuando la luz incide en el pixel se acumula una carga eléctrica que podemos medir. A partir de esta medida sabemos la cantidad de luz que ha alcanzado cada pixel del sensor. Esto ocurre hasta que se alcanza la máxima capacidad que se puede almacenar de carga eléctrica. En ese punto el pixel no puede recopilar más información. Cualquier fotón adicional, en cierto sentido, rebosará. Debido a esto no será posible determinar cuanta luz adicional a alcanzado el pixel. Cuando esto ocurre las luces se queman y se pierden los detalles. Es decir, en los pixeles que reciban un 100% de la máxima cantidad de luz que es posible recopilar tendremos una lectura exactamente igual que si recibe un 200% o cualquier otra lectura superior, es decir en esos pixeles tendremos blanco puro, la misma lectura en todos.

Volvamos ahora sobre el ejemplo del cubo. Imagina que anuncian una gran tormenta y alguien quiere medir la cantidad de lluvia de dicha tormenta. Sin embargo el cubo que suele usar para medir la cantidad de lluvia es pequeño para lo que se considera que va a caer. ¿Que haría esa persona?. Fácil, colocaría un cubo mayor. Cuanto más grande fuese el cubo mayor cantidad de lluvia podría medir.

Ocurre lo mismo con los sensores, si los ingenieros que los diseñan desean medir mayores cantidades de luz pueden crear sensores con pixeles más grandes. Un pixel más grande captura una cantidad mayor de fotones y por lo tanto almacena una carga eléctrica mayor. Por lo tanto, si aumentamos el tamaño de pixel incrementamos el límite superior del rango dinámico captado. Por esa misma razón las cámaras de gran formato tienen mayor rango dinámico que las cámaras reflex y estás últimas más que las compactas. Se debe a que las primeras tienen los sensores más grandes, lo que les permite tener pixeles más grandes y las compactas tienen los sensores más pequeños por lo que sus pixeles tambien lo son. Por supuesto, incrementar el tamaño de los pixeles no es tan fácil como decirlo. El tamaño del sensor y la circuitería para le proceso de la señal son los que limitan el tamaño final de de los pixeles del sensor.
La parte inferior del rango dinámico viene determinad, principalmente, por el ruido. Como vimos en el primer artículo sobre el rango dinámico, este solo incluye aquellos tonos que tienen un detalle preciso. Sin embargo, mantener detalles precisos en las sombras es un handicap por dos razones. En primer lugar la proporción de señal-ruido tiende a degradarse conforme los tonos son más oscuros. Y en segundo, la habilidad del sistema visual humano para distinguir detalles disminuye conforme la luz que entra en el ojo es menor.

Por lo tanto, conforme los tonos son más oscuros, el ruido se incrementa en relación a la señal haciendo cada vez más dificil distinguir los detalles del ruido, al mismo tiempo, la habilidad de nuestros ojos para distinguir los detalles en las sombras disminuye. Llegado ese punto, alcanzamos la parte inferior del rango dinámico. Esto no significa que la cámara no puede recoger información en zonas más oscuras. De hecho, la cámara recoge información en varias zonas más oscuras. Sin embargo, esas zonas no disponen detalles que el ojo humano pueda distinguir. Por lo tanto, esos tonos no se consideran parte del rango dinámico.

Visto lo cual, vemos que el tamaño de los pixeles y el ruido son los dos factores más importantes a la hora de determinar el rango dinámico. Hay otros factores (como el diseño de las microlentes), pero generalmente son menos significantes.

3 comentarios to “Que determina el rango dinámico”

  1. […] Que determina el rango dinámico […]

  2. Fernando said

    Es muy interesante este y los artículos anteriores pero, ¿cuando viene el próximo?.

  3. caiser said

    Por ahora no tenía previsto seguir escribiendo sobre el rango dinámico. Quizás en un futuro algo sobre como ampliarlo en el revelado raw, pero los dos que tengo abiertos tienen para largo. Saludos

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