Parte II: la conversión analógico-digital
Ya hemos dicho que en las Canon el sensor de imagen CMOS es un componente puramente analógico. Ofrece al captar la imagen unos valores de voltaje para cada píxel, porporcionales a la cantidad de luz que han recibido durante la captura. Es otro circuito externo al sensor el encargado de, después de diversas etapas de amplificación (una de ellas es la que se ajusta según el valor de ISO analógico, como hemos visto) acabar convirtiendo esos valores de voltaje en datos numéricos digitales (a base de ceros y unos).
Para ilustrar esto volvamos al ejemplo del equipo de audio, pensando ahora también en un sistema en dos etapas:
– Imaginemos que nos encontramos en casa de nuestros abuelos. Y nos apetece escuchar música. Llevamos encima nuestro smartphone de última generación con toda la música que nos gusta guardada dentro de su memoria. Pero nos gusta escucharla a todo volumen a través de unos altavoces. No tenemos aquí nuestro equipo HiFi pero vemos en la casa un antiguo equipo de música, que todavía funciona con válvulas (lámparas). Conectamos nuestro móvil con un cable audio a la entrada del amplificador para ver qué tal suena. Como sabemos que la salida de un móvil está pensada para auriculares, y a pleno volumen da una señal más elevada que la habitual en la entrada de un amplificador, pues para no forzar ese amplificador tan antiguo, somos prudentes, y ponemos el volumen del móvil casi al mínimo. Y vamos subiendo progresivamente el mando del volumen del amplificador hasta oír la música. Pero con la música escuchamos muchísimo ruido de fondo, como un zumbido constante. De manera que se escucha fatal. Acabamos de descubrir que ese antiguo amplificador a válvulas es mucho mas ruidoso que nuestro moderno equipo HiFi a base de transistores y circuitos integrados.
- ¿Cómo lo solucionamos? Simple: subiendo el control de volumen del teléfono móvil, y a la vez reduciendo el volumen del amplificador. De ese modo el ruido que genera el propio amplificador queda atenuado, y en cambio la señal musical que le llega es ahora mas intensa, escuchándose mejor por los altavoces. Hemos mejorado así la relación señal-ruido.
En nuestra cámara digital Canon sucede algo parecido. El móvil seria ahora el sensor de imagen. Y el control de volumen del móvil seria el ajuste de ISO analógico. El antiguo amplificador seria el circuito externo de conversión de analógico a digital. En las cámaras Canon el ruido introducido en la etapa de digitalización es bastante importante. Es un ruido distinto al ruido de fondo que se producía en el sensor (en forma de nieve, que aparece repartido uniformemente por toda la imagen). Este nuevo ruido produce un efecto diferente, forma una serie de bandas sobre la imagen o manchas irregulares.
Si el nivel de señal que viene del sensor de imagen es importante ( foto bien expuesta, zonas de la imagen bien iluminadas), este ruido de digitalización no es perceptible (la relación señal-ruido es buena). Pero si la señal es débil, como en las sombras profundas de una foto a 100 ISO (es decir, con poca amplificación analógica a la salida del sensor) el ruido añadido durante la digitalización se vuelve más evidente en esas zonas, porque llega tener valores parecidos a los de la propia señal de imagen (relación señal-ruido pobre).
Resultado: el ruido añadido durante la digitalización nos estropea las zonas de sombras profundas, no podremos recuperar los detalles de esas zonas durante el procesado, si aclaramos esas partes se verán mal. Y eso nos está limitando de modo apreciable el rango dinámico disponible al trabajar en ISO 100. Aunque el sensor haya captado correctamente los detalles de las sombras más profundas, la digitalización los deteriora, no los podremos utilizar.
Sony en sus sensores ha conseguido reducir este problema incorporando circuiteria de lectura de datos y de conversión analógico-digital en el mismo chip del sensor, un circuito de lectura para cada línea de la imagen. Junto a un sistema capaz de poner a cero esa línea justo antes del momento de la captura. Así han podido reducir mucho el ruido que se añade en ese proceso. Y el resultado es el mejor rango dinámico que ofrecen las cámaras con estos sensores (cámaras Sony, Nikon o Pentax) al trabajar con ISO bajos, respecto a las Canon.
En la primera parte había dicho que en las Canon el rango dinámico se reduce poco cuando vamos subiendo el ISO desde ISO 100 hasta ISO 200 o 400. Bien, pues podemos entender eso ahora pero mirándolo en el sentido contrario. Si en una Canon partimos de un ISO alto, como 6400, y lo vamos reduciendo (3200, 1600, etc) observaremos que el rango dinámico aumenta, ganando al principio aprox. 1 EV de rango dinámico por cada vez que reducimos el ISO hasta la mitad. Eso es debido, como explicábamos en la 1a parte, a que estamos reduciendo la amplificación analógica de la señal que viene del sensor, y así reducimos la cantidad de altas luces que se estaban quemando por saturación.
Pero cuando bajamos de ISO 800, veremos que el rango dinámico ya no aumenta de la misma manera, se va quedando estancado. Y al llegar a ISO 100 veremos que apenas ha mejorado respecto a ISO 200.
Eso es debido a que en esta zona (ISO bajo, es decir poca amplificación analógica de la señal del sensor), en las sombras profundas, donde la señal del sensor es más débil, sí que empieza a notarse mucho el ruido de la etapa de digitalización. Ese ruido deteriora el detalle de esas zonas, de manera que aunque el sensor las haya capturado bien, no podremos aprovecharlas, al intentar recuperarlas observaremos sólo ruido.
En cambio con los sensores Sony, ese problema no aparece de forma tan visible. El ruido debido a la lectura y digitalización de los datos es mucho menor. Al ir bajando a ISO 400, 200, 100, el rango dinámico continua aumentando al mismo ritmo, 1 EV por cada vez que reducimos el ISO a la mitad. Si nos fijamos en las gráficas de rango dinámico respecto al valor de ISO que se publican en DxOMark, para los sensores Sony esa gráfica es prácticamente una recta. Pero en las Canon, la gráfica para ISO bajos se va apartando de la recta, el aumento del rango dinámico se estanca.
Resultado: aunque el rango dinámico de las Canon es competitivo y incluso puede superar el de otras cámaras cuando trabajamos con ISO elevados, no es así en los ISO más bajos, los que en teoría deberian ofrecer mucho más rango porque la amplificación analógica es baja y el sensor ofrece su señal en el rango óptimo sin saturar luces. El ruido de lectura que aparece en las sombras hace que el rango dinámico a ISO bajos sea bastante peor que el de las cámaras que montan sensores Sony de última generación.
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