¿En qué influye el tamaño del sensor?

¿Es cierto que los sensores más grandes ofrecen más calidad de imagen? ¿En qué otros aspectos puede afectar el tamaño del sensor?

 

Tipos de sensores más utilizados en cámaras

 

Tamaño del sensor y calidad de imagen

Cuando hablamos de calidad de imagen nos referimos a cómo es de fiel esa imagen con respecto a la escena real. Qué influye en la calidad de la imagen:

  • Resolución y nitidez, que nos permite apreciar en la imagen detalles y texturas. La nitidez depende de otros factores, como la calidad óptica del objetivo, pero aquí hablamos del sensor exclusivamente
  • Color. Reproducir los colores de forma que sean los más cercanos a la realidad o que tengan una apariencia natural
  • Ausencia de artefactos. Los artefactos en un imagen son elementos que no existen en la escena real: ruido digital (granulado), bandas de color, aliasing (Moiré)…

 

Debido a la naturaleza de la propia luz, la calidad de la imagen está directamente relacionada con el número total de fotones que se utilicen para generar la imagen.

Si la imagen se genera usando pocos fotones tendrá una relación señal a ruido baja: el ruido o granulado será apreciable. El ruido además afecta a la percepción de los detalles y al color.

Si la imagen se genera a partir de muchos fotones la relación señal a ruido será alta: el ruido no será apreciable, la imagen se verá limpia y con la máxima nitidez.

Aunque hay otros muchos factores que intervienen, como la evolución tecnológica del sensor, en general hay una relación directa entre el tamaño del sensor y la calidad de imagen.

 

Cuando hay mucha luz en la escena (sobra luz) todos los sensores generan imágenes de gran calidad.

En esas condiciones el ruido es despreciable en todos los casos y los sensores grandes no sacan partido de su rendimiento potencial.

A medida que van empeorando las condiciones de luz, el ruido se va haciendo más evidente en los sensores pequeños, luego en los medianos y finalmente en los sensores grandes.

Las diferencias sólo son realmente apreciables en esas situaciones  (cuando hay que subir ISO porque no hay luz suficiente para conseguir una exposición correcta).

Y también debes tener en cuenta que las diferencias son graduales y en muchos casos sutiles.

 

Resumen: tamaño del sensor vs calidad de imagen

Sensores más grandes tienen el potencial de conseguir imágenes con más calidad. Pero ese potencial sólo se va a apreciar y va a ser realmente efectivo cuando las condiciones de luz no son óptimas.

A igualdad de tamaño entre sensores, los sensores con menor resolución (celdas más grandes) pueden tener un mejor comportamiento.

Como la resolución también es un parámetro de calidad de imagen, en la mayoría de los casos se busca un equilibrio entre resolución y comportamiento con respecto al ruido digital.

 

Aquí tienes una explicación más detallada de la relación entre tamaño del sensor y calidad de imagen.

 

Tamaño de los objetivos

Los objetivos están formados por una combinación de lentes.

Uno de los parámetros más importantes del objetivo es su distancia focal.

Las distancias focales cortas se corresponden con ángulos de visión muy amplios (encuadre muy abierto).

Las distancias focales largas se corresponden con ángulos de visión muy estrechos (encuadres muy cerrados que solemos percibir como un aumento o ampliación de objetos lejanos)

Otro parámetro importante es la apertura, la relación entre el diámetro del objetivo y su distancia focal.

Los objetivos se tienen que diseñar siguiendo una determinada geometría. La combinación de determinadas distancias focales y aperturas da lugar a objetivos muy grandes (y caros).

Por otra parte está el área que tiene que cubrir la proyección de la imagen sobre el sensor. La luz que llega a través del objetivo tiene que cubrir un círculo que incluya toda la superficie del sensor.

Cuanto mayor es el sensor, mayor es el área de proyección y mayor es el objetivo en general.

 

Entonces, como regla general: sensores más grandes necesitan objetivos más grandes.

 

 

Factor de recorte (ángulo de visión)

Aquí tienes más información para entender qué es y por qué se utiliza el factor de recorte.

La idea es que el tamaño del sensor afecta al encuadre (al ángulo de visión efectivo).

Dos cámaras con el mismo objetivo (distancia focal idéntica) pero con sensores de distinto tamaño generarán imágenes con diferente ángulo de visión de la escena.

Es como si la cámara con sensor más pequeño estuviera utilizando en realidad un objetivo con una distancia focal más grande.

Usar esta distancia focal equivalente nos permite estimar el ángulo de visión cuando utilizamos diferentes cámaras, con diferentes sensores.

Para calcular la distancia focal equivalente se utiliza un factor de multiplicación que se conoce como factor de recorte. Cada tipo de sensor (tamaño) tiene un factor de recorte diferente.

El sensor Full Frame (o la película de 35mm) es el que se toma como referencia. Su factor de recorte es 1

Sensores más pequeños tienen un factor de recorte mayor que 1. Por ejemplo:

Sensor APS-C: 1.5x
Sensor APS-C de Canon: 1.6x
Sensor M 4/3: 2x
Sensor de 1 pulgada: 2.7x
Sensor de 1/2.3 pulgadas:  5.6x
Sensor de 1/2.55 pulgadas:  6x

Como el factor de recorte se suele usar para multiplicar, se le llama también factor de multiplicación (de la distancia focal).

 

 

Profundidad de campo

La profundidad de campo tiene que ver con el enfoque.

Para entenderlo de una manera sencilla:

  • Coloca el pulgar de tu mano a unos 2 palmos de tus ojos y fija la vista en el dedo.
  • Verás que el dedo aparece nítido, enfocado. Pero el fondo, lo que está más separado del dedo aparece desenfocado, se ve como borroso, sobre todo si está muy alejado de ti.
  • Ahora coloca el pulgar de la otra mano, en la línea de visión, pero más cerca de tus ojos, a menos de 1 palmo.
  • Este dedo también se ve borroso, desenfocado.
  • Ahora ve acercando este pulgar que está más cerca al otro pulgar que estabas enfocando. Llega un momento en que los dos pulgares se ven más o menos igual de nítidos

 

Es decir, hay una zona, un rango de distancias entre tu ojo y el objeto que estás enfocando (por delante y por detrás de ese objeto) en las que otros objetos también se verían nítidos.

Objetos que estén más allá de esa zona (hacia el fondo) se empezarán a ver más borrosos, menos nítidos.

Y lo mismo ocurre con objetos que estén más cercanos a nosotros, fuera de esa zona de nitidez.

Al rango de distancias en que vemos nítidos los objetos se le llama profundidad de campo.

Qué influye en la profundidad de campo:

  • La distancia entre la cámara y el sujeto al que estamos enfocando
    Cuanto más cerca esté la cámara del sujeto, menor será la profundidad de campo
  • La distancia focal del objetivo que estemos usando
    Cuanto mayor sea la distancia focal menor será la profundidad de campo
  • La apertura del diafragma del objetivo
    Cuanto mayor sea la apertura (diámetro de entrada de luz) menor será la profundidad de campo

El tamaño del sensor y su resolución influyen de forma directa pero muy poco.

Lo que ocurre en la práctica es lo siguiente:

Imagina que tenemos 3 cámaras. Cada una de ellas con un sensor diferente. Por ejemplo, un sensor Full Frame, un sensor APS-C (1.5x) y un sensor M4/3 (2x)

En todas las cámaras montamos un objetivo de 50mm de distancia focal. Y en todos los objetivos abrimos el diafragma la misma apertura, por ejemplo f/1.8

Ahora colocamos a una persona en la escena para hacer un retrato.

Queremos comparar las fotos de las tres cámaras, por lo tanto queremos el mismo encuadre de la persona.

Como cada combinación de cámara (sensor) y objetivo ofrece un ángulo de visión diferente, cada fotógrafo se tendrá que colocar a una distancia diferente del modelo.

El fotógrafo con la cámara Full Frame se tendrá que colocar más cerca. El de la cámara APS-C un poco más lejos. Y el de la cámara Micro 4/3 más lejos del modelo.

En la imagen de la cámara Full Frame la profundidad de campo será más pequeña. Se apreciará el fondo más desenfocado.

La cámara APS-C dará una imagen con una profundidad de campo algo mayor.

Y la cámara M4/3 una profundidad de campo un poco mayor que la APS-C

 

La conclusión es que a efectos prácticos (no de forma directa, sino por el tipo de encuadre que queremos conseguir) el tamaño del sensor sí influye en la profundidad de campo.

Con un sensor grande nos resultará más sencillo conseguir fondos desenfocados, que puede ser un recurso útil en fotografía de retrato por ejemplo, para destacar a la persona y quitar protagonismo al fondo.

Por otra parte, con un sensor pequeño nos será más fácil conseguir una gran profundidad de campo. Por ejemplo para fotografía de paisaje, que queremos que todo esté perfectamente nítido.

 

Tamaños de sensor más utilizados en cámaras y móviles

¿Cómo funciona el sensor de una cámara digital?