Dispositivos de captura
Podemos distinguir entre captura y digitalización.
Cámara
Señal analógica
Digitalizador
Ordenador
Señal digital
Señal analógica: señal de vídeo, foto impresa, diapositiva, etc.
Digitalizadores: digitalizador de vídeo, escáner, etc.
Actualmente, la distinción es cada vez más difusa. Captura y digitalización van incorporadas en los mismos dispositivos (cámaras y escáneres).
Características de un digitalizador:
Tamaño de imagen. Ancho y alto de las imágenes tomadas. Depende del número de píxeles de fotodetector.
En cámaras fotográficas se mide en megapíxeles. Por ejemplo, resolución máxima: 2048×1536 ? 3,34 megapíxeles.
En cámaras de vídeo suele ser mucho menor. No suele pasar de 800×600 ? 0,48 megapíxeles.
Tamaño del píxel. Determina la densidad de píxeles. Es más relevante, por ejemplo, en escáneres.
Propiedad física medida. Luz, infrarrojo, ultravioleta, etc.
Linealidad. El nivel de gris debería ser proporcional al brillo de la imagen. Tb. es importante el número de niveles de gris.
Nivel de ruido. Ante una escena de color uniforme todos los píxeles deberían ser iguales. Pero nunca lo son. El ruido se mide en relación al nivel de contraste en la imagen.
Existen muchos tipos de dispositivos de captura, según el tipo de iluminación, sensores y mecanismo de escaneado de la imagen.
Los más populares son los basados en CCD: Charge-Coupled Devices.
Se han impuesto en muchosámbitos: fotografía digital,vídeo digital, cámaras de TV,astronomía, microscopía,escáneres, etc.
Utilizan sensores de silicio.
El CCD es un chip que integrauna matriz de fotodetectores.
Esquema de unacelda del CCD(o píxel).
El CCD está construido en un semiconductor de silicio.
Cuando llega un fotón, el semiconductor libera electrones.
Cada celda es un pozo, que acumula los electrones que han saltado (similar a un condensador).
El nº de electrones es proporcional a la intensidad de luz.
El detector es independiente del color ? Se usa un filtro de color (microfiltro).
Distribución típica delos filtros de coloren el CCD(patrón deBayer).
Ojo: existen el doble de detectores de verde que de rojo y de azul. Razón: el ojo humano es mucho más sensible al verde que a los otros colores.
Cada fotodetector es un píxel. Los colores no presentes se interpolan usando los 2 ó 4 píxeles vecinos de ese color.
¿Cómo se leen los valores de los píxeles?
Hay un desplazamiento de la carga de los pozos, hasta salir por un extremo.
Esto es el llamado “full frame CCD”.
Desplazamiento de filas
Registro serie
Desplazamiento de píxeles
Salida
Por sus buenas características, los CCD son muy usados en muchos ámbitos.
Pero también tienen sus limitaciones:
Corriente oscura (dark current): los electrones saltan al llegar un fotón, pero también pueden hacerlo por el calor.
Campo de estrellas: las imperfecciones provocan algunos píxeles con alta corriente oscura. Aunque no llegue luz, aparecen iluminados.
Ruido fotónico: debido a la naturaleza cuántica de la luz. Es mayor con escasa iluminación.
Rebosamiento (blooming): cuando un pozo se llena de electrones, se desparrama su contenido a los píxeles cercanos.
Campo de estrellas. Mayor cuanto peor es la cámara.
Ruido fotónico Rebosamiento (blooming)
SONY DFW500
QUICKCAM PRO
Otro tipo muy popular son los chips CMOS: Complementary Metal-Oxide-Semiconductor.
También basados en semiconductores de silicio.
Diferencia con CCD: cada píxel incorpora su propia circuitería, se pueden leer y seleccionar independientemente (sin necesidad de desplazamientos).
http://micro.magnet.fsu.edu/primer/digitalimaging/
Courtesy Eastman Kodak Co.
Ventajas: suelen ser más rápidos, tienen mejor integración (necesitan menos circuitería) y disminuyen el blooming.
Inconvenientes: hay menosespacio de captura en el chip(menos luz), son menosuniformes (hay más ruido) ynecesitan búfferes.
Las cámaras fotográficas digitales suelen usar CCD.
Las cámaras de videoconferencia suelen usar CMOS, aunque las de más calidad usan CCD.
Las diferencias entre unas y otras son cada vez menores.
Todos los píxeles deberían leerse al mismo tiempo
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