¿Cómo funcionan las cámaras digitales?

Hay varias tareas que una cámara digital moderna debe realizar antes, durante y después de capturar una imagen. Cada uno tiene un impacto en la rapidez con que la cámara puede capturar la primera imagen o las imágenes posteriores. Entre estas tareas están:

  • Adquirir enfoque: la cámara, si no está en enfoque manual, debe enfocar al sujeto que está estacionario o en movimiento. Las cámaras más avanzadas utilizaron dispositivos de detección de fase que muestrean la imagen en varias áreas para determinar si el sujeto está enfocado, más lejos o más cerca. El enfoque se ajusta mecánicamente entre la cámara y la lente. Si el sujeto está en movimiento, se toman múltiples muestras para determinar dónde es probable que esté el sujeto en el momento en que se abre el obturador. Las cámaras menos avanzadas utilizan detección de contraste. En los términos más simples, la detección de contraste solo sabe si el sujeto está enfocado. Si no, el enfoque se ajusta para determinar si el sujeto está realmente más lejos o más cerca y requiere movimiento del objetivo. Si el movimiento estaba en la dirección correcta (enfoque mejorado), el movimiento continúa hasta que un muestreo indique que el sujeto está ahora enfocado. Si el movimiento fue en la dirección incorrecta (el enfoque se deteriora), el movimiento se invierte hasta que un muestreo indique que se logra el enfoque. La detección de fase es más rápida que la detección de contraste. Sin embargo, el enfoque más rápido es manual, que no requiere acción de la cámara para lograr el enfoque.
  • Calcule la exposición correcta: la cámara, si no está en exposición manual, debe muestrear los niveles de luz para calcular la exposición adecuada. Las cámaras avanzadas pueden calcular usando muchas fórmulas diferentes e incluso pueden muestrear la imagen en el punto de enfoque para calcular la exposición. Las cámaras menores pueden promediar la luz disponible para determinar una exposición promedio comúnmente conocida como gris medio (un análisis de Kodak de miles de imágenes que creo en los años 50).

Las tareas anteriores se conocen comúnmente como retraso del obturador. Este es el tiempo entre el momento en que presiona el disparador de la cámara y el momento en que la cámara comienza a capturar la imagen. Las cámaras puramente mecánicas, como las cámaras de película antiguas, no experimentan un retraso del obturador. Las cámaras que dependen de la electrónica para enfocar y calcular la exposición tienen retraso de obturación, aunque esto puede ser insignificante cuando el enfoque y la exposición se configuran en modo manual. En términos generales, las cámaras más caras tienen sistemas electrónicos más avanzados que reducen en gran medida el retraso del obturador. Las cámaras menos costosas no pueden calcular rápidamente y son ineficaces para sujetos en movimiento en cualquier modo automático.

El usuario de Quora ha mencionado la velocidad de obturación y / o la explosión estroboscópica, por lo que no repetiré esos elementos. Solo aclararé para indicar que en el caso de un dSLR, el espejo también debe moverse hacia arriba (utilizado para ver, exposición y sistemas de enfoque mientras está hacia abajo). Por lo tanto, permitir que la luz pase al sensor es un proceso mecánico complejo con:

  1. Refleje hacia abajo para permitir la visualización, el enfoque y los cálculos de exposición.
  2. Obtener / mantener el enfoque (interacción entre cámara y lente)
  3. Presione el botón del obturador
  4. Levante el espejo para que la luz pueda pasar al obturador y al sensor
  5. Señale la lente para ajustar el diafragma a la configuración de apertura correcta
  6. Abra / cierre el obturador para permitir que la luz pase al sensor (o película) durante un tiempo de exposición específico
  7. Coloque el espejo para que la cámara y el fotógrafo puedan ver y renovar nuevamente los cálculos de enfoque y exposición

Después de capturar la primera imagen, esa imagen debe procesarse en un formato de almacenamiento y luego almacenarse antes de que se puedan capturar imágenes posteriores. Esto requiere potencia de procesamiento para que las cámaras con procesadores más rápidos o múltiples manejen las imágenes del sensor mucho más rápido. Las cámaras avanzadas también tienen memorias intermedias internas que pueden almacenar imágenes a la espera de ser escritas en tarjetas de memoria que son relativamente lentas. Esto se suma a las cámaras avanzadas que pueden capturar 10-14 imágenes de tamaño completo por segundo. Dados los movimientos mecánicos involucrados, esto también requiere materiales muy livianos y mecanismos avanzados.

Cosas que debes saber antes de leer sobre la cámara digital:

Dispositivo de carga acoplada (CCD):
Un dispositivo de carga acoplada (CCD) es un circuito integrado grabado en una superficie de silicio. Los fotones incidentes en esta superficie generan una carga que puede ser leída por otros dispositivos electrónicos. Luego se pueden convertir en una copia digital de los patrones de luz que caen en el dispositivo.

Figura 1: CCD

Funcionamiento de un CCD (simplificación excesiva):

Suposiciones
1. Cubos = Píxeles
2. Agua = fotones
3. Proceso que ocurre simultáneamente

El CCD puede considerarse como una serie de cubos que recogen agua. Cada cubo tiene cierta cantidad de agua en cantidades variables. El proceso de lectura de la cubeta se inicia llenando el agua en la columna de cubetas vacía adyacente. La cubeta en la columna vacía inicial desplaza su agua hacia una cubeta solitaria debajo, donde el sistema lee la cantidad de agua que contiene y la almacena.

Figura 2: Trabajo de CCD – cubos y agua.

Así, los fotones que golpean la superficie crean fotoelectrones (a través del efecto fotoeléctrico). Estos electrones se mueven o cambian a un lugar donde se puede cuantificar la señal de luz que representan. Hay dos formas en que los electrones pueden cambiar:
Dirección paralela: ocurre de izquierda a derecha
Dirección en serie: se produce de arriba a abajo. (Consulte la figura 2)

Los CCD recientes están construidos con múltiples amplificadores en cada esquina para que la imagen se pueda leer más rápido. Los píxeles son leídos por un dispositivo ADC y se genera una salida binaria en serie que es leída por el sistema.

Cámara digital

Figura 3: Diagrama de cámara digital

Cámara digital:
Una cámara digital tiene lentes / lentes que se utilizan para enfocar la luz que se va a proyectar y crear. Esta luz está diseñada para enfocarse en un sensor de imagen (CCD, explicado anteriormente)
Convierte las señales de luz en señales eléctricas.
La luz golpea el sensor de imagen tan pronto como una persona presiona el botón de clic. Tan pronto como se abre el obturador, los píxeles son iluminados por la luz en diferentes intensidades, generando así una señal eléctrica. Esta señal eléctrica se descompone en datos digitales y se almacena en una computadora (procesador). Los sensores utilizados en las cámaras digitales son en realidad de color ciego. Los sensores solo mantienen un registro de la intensidad de la luz que golpea sobre él. Para obtener la imagen en color, se utilizan filtros para obtener los tres colores primarios. La combinación de los tres colores (rojo, verde y azul) da el espectro deseado. Esto implica un proceso llamado interpolación.

Se coloca una matriz de filtro de color sobre cada sitio fotográfico individual, dividiendo así el sensor en píxeles rojo, verde y azul. Proporcionan resultados precisos del color verdadero en una ubicación particular. El filtro más utilizado es el patrón de filtro Bayer.

Figura 4: Mosaico de Bayer Filter

Es un patrón de fila alternativa de filtros rojo y verde con una fila de filtros azul y verde. El número de píxeles verdes disponibles será igual al número de azul y rojo combinados. Está diseñado en una proporción diferente, ya que el ojo humano no es igualmente sensible a los tres colores (nuestros ojos percibirán una visión verdadera si los píxeles verdes son más).

La ventaja de este método es que solo se requiere un sensor para registrar toda la información de color. Por lo tanto, el tamaño de la cámara y su precio se pueden reducir en gran medida.

Editar:
1. Los sensores CMOS también se pueden usar en lugar de CCD. Diferencia entre el uso de un CMOS y un CCD – Dispositivos de carga acoplada (CCD) frente a CMOS Active Pixel Sensor (APS)
2)
Fuentes:
http://www.specinst.com/What_Is_
http://www.circuitstoday.com/wor

Gracias Sujith Vijay y Santhosh Raju 🙂

En las últimas dos décadas, la mayoría de los principales avances técnicos en electrónica de consumo han sido parte de un gran avance. Los CD, HDTV, DVD, DVR y MP3 se construyen en torno al mismo proceso básico: convertir la información analógica habitual representada por una onda fluctuante en información digital representada por unos y ceros o bits. Este cambio básico en la tecnología cambió por completo la forma en que manejamos la información visual y de audio.

Las cámaras digitales son uno de los ejemplos más notables de este cambio, ya que es realmente diferente de su predecesor. Las cámaras tradicionales dependen completamente de procesos químicos y mecánicos y no necesita electricidad para operarlas. Por otro lado, todos los tipos de cámaras digitales tienen una computadora integrada y todas ellas graban las imágenes electrónicamente.

Pareciendo una cámara de cine ordinaria, una cámara con zoom funciona de una manera completamente diferente. Se abre una abertura en la parte frontal de este dispositivo de fotografía y la luz fluye a través de la lente cuando presiona el botón para hacer clic en una foto. No hay película en su cámara digital. En lugar de eso, hay una herramienta electrónica que hace clic en los rayos de luz entrantes y los convierte en señal eléctrica. Este detector de luz es un dispositivo de carga acoplada (CCD).

¿Alguna vez has mirado de cerca una pantalla de televisión? En caso afirmativo, es seguro que habrá notado que las imágenes que aparecen en la pantalla están hechas de millones de cuadrados o puntos de colores que son píxeles conocidos. Lo mismo le sucede a su computadora portátil con pantallas LCD. Pero en una cámara digital , sucede lo contrario. La luz proveniente de lo que está capturando se acerca a la lente de su dispositivo de fotografía. Esta imagen entrante golpea el CCD que lo divide en millones de píxeles. El CCD cuantifica el brillo y el color de cada píxel y lo almacena como un número. Su foto digital es efectivamente una cadena de números extremadamente larga que describe los detalles exactos de cada píxel que tiene.

Funciona exactamente con el mismo principio, excepto que tiene un sensor electrónico en lugar de una película fotográfica … Eso es todo …

Pero si quieres saber en profundidad entonces …

Las cámaras digitales se parecen mucho a las cámaras de cine ordinarias, pero funcionan de una manera completamente diferente. Cuando presiona el botón para tomar una fotografía con una cámara digital, se abre una abertura en la parte frontal de la cámara y la luz fluye a través de la lente. Hasta ahora, es lo mismo que una cámara de cine. A partir de este momento, sin embargo, todo es diferente. No hay película en una cámara digital. En cambio, hay un equipo electrónico que captura los rayos de luz entrantes y los convierte en señales eléctricas. Este detector de luz se llama dispositivo de carga acoplada (CCD).
¡La ciencia está desarrollando todo, amigo!

En las cámaras convencionales, la película sufre una transformación química y la imagen se fija en la placa o película. En la mejor cámara de microscopio digital, hay un sensor que se compone de células agrupadas en tres, receptivo a los colores rojo, azul y verde. Cuando el obturador se abre brevemente, la luz incide en estas celdas y las investiga para determinar el estado eléctrico actual. Estos valores se registran en la memoria y se almacenan en los medios existentes, que pueden ser una tarjeta de memoria o un archivo específico o, en algunos casos, incluso ambos. Esto, por supuesto, es una explicación muy rudimentaria y el proceso es mucho más tecnológicamente avanzado y sofisticado que esto.

Los basicos.

La luz viaja desde el sujeto a través de la lente que enfoca la luz en la película o en el plano del sensor.

En la fotografía cinematográfica, la película sufre una transformación química que cambia la forma en que la película reacciona a los baños químicos que desarrollan la imagen.

En fotografía digital, el sensor está hecho de células que cambian de estado eléctrico cuando se exponen a la luz. Las celdas están dispuestas en grupos de tres. Uno de los tres es sensible al rojo, obedece al verde y uno al azul. Después de que se cierra el obturador, se prueba cada celda por su estado eléctrico. Este valor se registra en tres (rojo, verde y azul) en la memoria. Los valores se almacenan directamente en la tarjeta de memoria como sin formato, o se transforman antes de escribir como archivo jpeg, o ambos.

En la mayoría de los casos, se debe a un “obturador”, mecánico o electrónico, que limita la cantidad de tiempo que la película o el sensor pueden alcanzar o grabar la luz.

Otro enfoque, utilizado en las fotos clásicas de Doc Edgerton de balas que atraviesan bombillas, etc., usa un estroboscopio para dar una explosión de luz de muy corta duración.

De cualquier manera, una imagen se forma solo cuando la luz llega a la película o al sensor. Limite eso a una corta duración y podrá capturar acciones rápidas.

Aquí hay una excelente explicación que muestra todos los componentes de una cámara digital: ¿Cómo funcionan las cámaras digitales?

¿Has considerado leer aquí:

Cámara digital – Wikipedia

La mejor fuente que he encontrado para responder esta pregunta está en HowStuffWorks:

http://www.howstuffworks.com/dig

Este es un tema / artículo bastante carnoso que no se presta a extractos o resúmenes.

¿No podrías poner esas palabras exactas en google? De Verdad…?

No seas perezoso, prueba Google