Tecnología: Filtro Bayer

Hace algún tiempo pensé en escribir un artículo sobre cómo funcionan los sensores de las cámaras digitales. Creo que un buen lugar para comenzar (porque por algún lugar hay que comenzar, desde ya) es tratando el tema del Filtro Bayer.

Los sensores digitales de casi todas las cámaras, desde las más compactas y económicas hasta las réflex de primera línea, funcionan de modo similar. Como los píxeles de las imágenes digitales que queremos obtener están formados por una combinación de rojo, verde y azul (el famoso RGB, cuya sigla proviene de las iniciales de estos colores en inglés), hay que hallar una forma de captarlos por separado. La solución más común es el uso del Filtro Bayer. Este consiste en una grilla de filtros de color, donde cada cuatro fotodetectores hay dos que captan el verde; uno, el rojo; y el otro, el azul. El motivo por el cual hay mayor número de sensores para el verde es que el ojo humano es más sensible a las variaciones de ese color, además de que se encuentra en medio del espectro de la luz visible.

Los filtros de color están organizados sobre la superficie del sensor de la siguiente forma:

De esta forma, ya nos vamos dando cuenta de algunas desventajas. En primer lugar, sólo captamos el 50% de la luz verde y apenas el 25% de la azul y el 25% de la roja. Por otra parte, podemos observar que cuando nos dicen que nuestra cámara posee, digamos, 12 megapíxeles (o sea, 12 millones de píxeles) de resolución, ¡nos mienten! Porque, claro, 12 megapíxeles serían 12 millones de puntos verdes más 12 millones de puntos rojos más 12 millones de puntos azules. En tanto tan sólo nos dan 6 millones de verdes, 3 de azules y 3 de rojos. Con la fotografía analógica esas cosas no pasan...

Por lo tanto, lo que una cámara digital ve capta son las siguientes tres imágenes:

Para el rojo:

Para el verde:

Para el azul:

Una vez que se suman las imágenes se obtiene este resultado:

Posteriormente el procesador de la cámara debe interpolar la información de cada fotodetector con la de sus vecinos para armar un único píxel con las tres componentes de color en cada punto. Luego de eso se aplican ajustes de exposición, contraste y "máscaras de enfoque".
Durante este proceso se generan ciertos defectos en la imagen y se pierde un poco de resolución. Se llega, finalmente, a una imagen así:

Como dije antes, el proceso de interpolación (que se usa, seamos sinceros, para inventar píxeles completos donde no existían) es propenso a generar algunas fallas en la imagen. Los casos más típicos involucran exceso de borroneado (o sea, pérdida de resolución real), que se note la grilla original de píxeles y el famoso "moiré", del que hablaré en algún otro artículo.

Las alternativas

Por supuesto, existen alternativas al filtro Bayer. Una de ellas es el sensor Foveon, desarrollado y usado en sus cámaras por la gente de Sigma. Este tipo de sensor posee receptores de los tres colores en cada uno de sus píxeles, obteniendo la información de color completa en cada uno de ellos. Así, una cámara de 5 megapíxeles con sensor Foveon equivale a una de 15 megapíxeles con sensor común en términos de resolución. En el Foveon los tres receptores (RGB) están apilados, como se ve en la siguiente figura:


Como se puede apreciar, es exactamente la misma técnica que se usó en la fotografía analógica color (que es la otra alternativa, claro) durante décadas: una capa de recepción para cada uno de los colores... ¡Y ahora resulta ser que es la tecnología digital más prestigiosa! Irónico, ¿no?

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