CF2.4 - El sensor, sensibilidad ISO y ruido

El sensor

El sensor de tu cámara digital es el componente que transforma la luz (fotones) en información digital y finalmente en imagen. El sensor está formado por una rejilla de celdas fotosensibles que se encargarán de transformar la luz en puntos o pixeles. El sensor es el equivalente digital a la película de haluros de plata de las cámaras analógicas.

Tamaño

Normalmente se clasifican según su tamaño y se distinguen por la cantidad de pixels que tienen. Hablemos primero del tamaño:
El sensor equivalente a las películas analógicas de 35mm es el sensor llamado full-frame. Tiene un tamaño de 36x24 mm. A partir de aquí tenemos otros tamaños usados en las gamas intermedias de las principales marcas. Uno de ellos es el APS-C, que es al que comúnmente se denomina al utilizado por las grandes marcas como Canon, Nikon, Pentax Sony etc. Este es un sensor que mide 23,6x15,7mm aproximadamente (un poco más pequeño en el caso de Canon).

En las cámaras compactas, el sensor es aún más pequeño, por ejemplo el formato 1/2,5'' que mide 5,7x4,3mm. Por encima del sensor full-frame tenemos otros formatos como el de formato medio 36x48mm, etc.


En el siguiente gráfico disponible en la wikipedia puedes ver una comparativa de los tamaños de diferentes tipos de sensor. El cuadro azul corresponde al de 35mm o full-frame.

Resolución

En todos estos formatos, nos podemos encontrar diferentes resoluciones. Por resolución (ya sé que es un mal uso de la palabra) llamamos a la cantidad de pixels que tiene en el sensor. Así los fabricantes cuentan los pixels que hay en el sensor y dan la cifra en millones o Megas (Mb) . De esta forma un sensor de 3Mb tiene 3 millones de pixels mientras que uno de 12Mb tiene 12 millones de pixels etc.

Pero entonces, en que afecta el tamaño del sensor y la resolución en la foto final?
Bien, hablemos de esto. Para empezar, a igual resolución, un sensor más grande quiere decir que las celdas del sensor son también más grandes. Si las celdas son más grandes, quiere decir que hay más fotones que impacten la misma celda, y por tanto la traducción a valor digital es más clara y más nítida. Al ser más clara la señal, produce menos ruido. En otras palabras, a mayor tamaño del sensor, menor "ruido", cosa que es un buen argumento a favor. En contra tenemos el precio. Es más caro producir un sensor grande que uno pequeño.

Entonces, un sensor con mucha resolución ¿es malo?. Vaya, tampoco exactamente. No conozco a nadie que maldiga su cámara por tener 1Mb más de pixels. Por otro lado, la resolución del sensor determina la calidad y el tamaño de las futuras ampliaciones al imprimir nuestras imágenes. A mayor resolución, mayor  capacidad de ampliación tendremos en nuestras fotos.

Resumiendo, en general, mejor tener sensor y resolución altas. Todo eso sabiendo las limitaciones en cuanto al ruido y a la capacidad de ampliación de las imágenes.

Factor de recorte

El factor de recorte (mal llamado "factor de multiplicación") es la relación que hay entre la longitud de la diagonal de un sensor en relación con la longitud de la diagonal del sensor full-frame. Tenemos entonces factores de recorte, por ejemplo, de 1.5 de un formato APS-C de Nikon o de 1.6 en el de Canon. Lo que quiere decir este factor es que para una distancia focal determinada (pongamos un 50mm en una cámara Nikon) la imagen que obtenemos en un formato APS-C es 1.5 veces más pequeña que la misma foto tomada con una cámara con sensor full-frame. Es decir, la tomada con un formato APS-C es la imagen "recortada" de la que se hubiera tomado con la cámara full-frame.

Otra forma de verlo, y la razón de llamarlo "factor de multiplicación", es que la foto que se obtiene con la cámara APS-C es la que se obtendría con la cámara full-frame, si multiplicamos la distancia focal por el factor de multiplicación. Es decir, siguiendo el ejemplo, 50mm x 1.5 = 75mm. Esta nueva distancia focal es lo que algunos llaman "distancia focal equivalente".
No me acaba de gustar esta definición porque no refleja lo que pasa en realidad y el concepto de "distancia focal equivalente" no tiene ninguna utilidad a efectos prácticos (posiblemente es interesante comercialmente).

El ejemplo de la cámara APS-C se puede aplicar a cualquier otro formato. Las cámaras compactas pueden tener un factor de recorte de 6 por ejemplo.

Sensibilidad ISO

Un factor importante en los sensores, es su sensibilidad. De igual forma que en las películas de las cámaras analógicas que tienen diferentes sensibilidades (medidos según el estándar ISO), existe el equivalente digital en los sensores digitales. A menor sensibilidad menor es la ISO.

Estas sensibilidades se ordenan en una escala.Como en casos anteriores (apertura y tiempo de exposición) hablaremos de paso cuando entre dos números ISO necesite la mitad de luz para obtener la misma sensibilización del sensor. La escala en este caso es bastante sencilla. Puede empezar, por ejemplo, en 25 y se va duplicando consecutivamente: 25, 50, 100, 200, 400, 800, 1.600, 3.200, 6.400 etc. La escala sigue y sigue. Actualmente hay cámaras que alcanzan la sensibilidad ISO128.000.
Por lo tanto, a ISO100 necesitaré el doble de luz que para ISO200, y así consecutivamente. Otra forma de verlo es que a ISO200 la sensibilidad es el doble que a ISO100.

En el caso de las películas, la sensibilidad viene dada por el tamaño de las gotas de los haluros de plata de la película. A mayor sensibilidad, mayor las gotas de haluro de plata. El concepto es que cuanto más grande son las gotas, más facil es que un fotón las sensibilice.
En el sensor digital la sensibilidad viene dada por el aumento de la tensión eléctrica que se aplica al sensor.

La contrapartida a tener altas sensibilidades es el ruido que producen sobretodo en las zonas oscuras. Al aumentar la tensión eléctrica en el sensor, se produce calor y esto hace liberar electrones que son los responsables del ruido.

En la práctica

La práctica general de uso con la sensibilidad ISO es usar la más baja posible que las condiciones de iluminación permitan, sin llegar a sensibilidades que produzca un ruido que destroce la toma. Es decir, puede ser que en interiores y en condiciones de poca iluminación, debamos usar sensibilidades altas, sacrificando nitidez por luminosidad y obteniendo algo de ruido.
También es verdad que cada vez las cámaras mejoran en este aspecto, y podemos obtener actualmente fotos sin ruido con ISOs relativamente altos como 1.600, 3.200, 6.400 por lo que tampoco hay que tener miedo a aumentar la sensibilidad.

Más adelante hablaremos de exposición, y allí veremos los tres factores que influyen: apertura, tiempo de exposición y sensibilidad. Veremos que podemos combinar estos tres factores para obtener la imagen deseada, así que no todo lo vamos a tener que basar en la sensibilidad sino que tenemos otros elementos con los que jugar.