Este artículo tiene como objetivo abordar la pregunta: ¿cómo influye el tamaño del sensor de su cámara digital en los diferentes tipos de fotografía? El tamaño del sensor es análogo a elegir entre cámaras de película de formato medio y gran formato de 35 mm, con algunas diferencias notables exclusivas de la tecnología digital. A menudo surge mucha confusión sobre este tema porque hay tantas opciones de tamaño diferentes y tantas opciones comerciales. aspectos relacionados con la profundidad de campo, el ruido de la imagen, la difracción, el costo y el tamaño / peso.
La lectura de antecedentes sobre este tema se puede encontrar en el tutorial sobre sensores de cámaras digitales.
DESCRIPCIÓN GENERAL DE LOS TAMAÑOS DE SENSORES
Actualmente, los tamaños de los sensores tienen muchas posibilidades, dependiendo de su uso, precio y portabilidad deseada. El tamaño relativo para muchos de estos se muestra a continuación:
Las series 1D / 5D y Nikon D3 de Canon son los sensores de fotograma completo más comunes. Las cámaras Canon como la Rebel / 60D / 7D tienen un factor de recorte de 1.6X, mientras que las cámaras SLR de Nikon convencionales tienen un factor de recorte de 1.5X. La tabla anterior excluye el factor de recorte de 1.3X, que se usa en las cámaras de la serie 1D de Canon.
Los teléfonos con cámara y otras cámaras compactas usan tamaños de sensor en el rango de ~ 1/4 «a 2/3 «. Olympus, Fuji y Kodak se unieron para crear un sistema 4/3 estándar, que tiene un factor de recorte 2X en comparación con la película de 35 mm. Existen sensores de formato mediano y más grandes, sin embargo, estos son mucho menos comunes y actualmente prohibitivamente caros. por lo tanto, no se abordará aquí específicamente, pero se seguirán aplicando los mismos principios.
FACTOR DE CULTIVO & MULTIPLICADOR DE LONGITUD FOCAL
El factor de cultivo es El tamaño diagonal del sensor en comparación con un sensor de fotograma completo de 35 mm. Se llama así porque cuando se usa una lente de 35 mm, dicho sensor recorta efectivamente esta gran parte de la imagen en su exterior (debido a su tamaño limitado).
Ángulo de visión de fotograma completo de 35 mm Al principio, uno podría pensar que desechar la información de la imagen nunca es lo ideal, sin embargo, tiene sus ventajas. . Casi todas las lentes son más nítidas en el centro, mientras que la calidad se degrada progresivamente hacia los bordes. Esto significa que un sensor recortado descarta efectivamente las partes de la imagen de menor calidad, lo cual es bastante útil cuando se utilizan lentes de baja calidad (ya que estos suelen tener la peor calidad de borde).
Fotografía sin recortar
Recorte central 
Corner Crop Por otro lado, esto también significa que uno está llevando una lente mucho más grande de lo necesario, un factor particularmente relevante para quienes llevan su cámara durante períodos de tiempo (consulte la sección siguiente). Idealmente, se usaría casi toda la luz de imagen transmitida desde la lente, y esta lente sería de una calidad lo suficientemente alta como para que su cambio de nitidez fuera insignificante hacia sus bordes.
Además, el rendimiento óptico del gran angular lentes rara vez es tan bueno como distancias focales más largas. Dado que un sensor recortado se ve obligado a utilizar una lente de ángulo más amplio para producir el mismo ángulo de visión que un sensor más grande, esto puede degradar la calidad. Los sensores más pequeños también agrandan más la región central de la lente, por lo que es probable que su límite de resolución sea más evidente para lentes de menor calidad. Consulte el tutorial sobre la calidad de la lente de la cámara para obtener más información al respecto.
De manera similar, el multiplicador de longitud focal relaciona la distancia focal de una lente utilizada en un formato más pequeño con una lente de 35 mm que produce un ángulo de visión equivalente, y es igual al factor de cultivo. Esto significa que una lente de 50 mm utilizada en un sensor con un factor de recorte de 1.6X produciría el mismo campo de visión que una lente de 1.6 x 50 = 80 mm en un sensor de fotograma completo de 35 mm.
Tenga cuidado que ambos términos pueden ser algo engañosos. La distancia focal de la lente no cambia solo porque se use una lente en un sensor de diferente tamaño, solo su ángulo de visión. Una lente de 50 mm es siempre una lente de 50 mm, independientemente del tipo de sensor. Al mismo tiempo, «factor de recorte» puede no ser apropiado para describir sensores muy pequeños porque la imagen no está necesariamente recortada (cuando se usan lentes diseñados para ese sensor).
CONSIDERACIONES DE TAMAÑO Y PESO DE LA LENTE
Los sensores más pequeños requieren lentes más ligeros (para un ángulo de visión, rango de zoom, calidad de construcción y rango de apertura equivalentes). Esta diferencia puede ser crítica para la fotografía de vida silvestre, caminatas y viajes porque todos estos a menudo utilizan lentes más pesados o requieren equipo de transporte durante períodos de tiempo prolongados.El siguiente cuadro ilustra esta tendencia para una selección de teleobjetivos Canon típicos en la fotografía de deportes y vida salvaje:
Una implicación de esto es que si se requiere que el sujeto ocupe la misma fracción de la imagen en una cámara de 35 mm que si se usa una lente de 200 mm f / 2.8 en una cámara con un factor de recorte de 1.5X (que requiere una lente f / 2.8), uno tendría que llevar 3.5 veces más peso. Esto también ignora la diferencia de tamaño entre los dos, lo cual puede ser importante si uno no quiere llamar la atención en público. Además, los lentes más pesados suelen costar mucho más.
Para Las cámaras SLR, los tamaños de sensor más grandes dan como resultado imágenes del visor más grandes y claras, lo que puede ser especialmente útil cuando se enfoca manualmente. Sin embargo, estos también serán más pesados y costarán más porque requieren un prisma / pentaespejo más grande para transmitir la luz de la lente al visor y hacia el ojo.
REQUISITOS DE PROFUNDIDAD DE CAMPO
A medida que aumenta el tamaño del sensor, la profundidad de campo disminuirá para una apertura determinada (cuando se llena el encuadre con un sujeto del mismo tamaño y distancia). Esto se debe a que los sensores más grandes requieren que uno se acerque al sujeto o que utilice una distancia focal más larga para llenar el encuadre con ese sujeto. Esto significa que uno tiene que usar tamaños de apertura progresivamente más pequeños para mantener la misma profundidad de campo en sensores más grandes. La siguiente calculadora predice la apertura y la distancia focal necesarias para lograr la misma profundidad de campo (manteniendo la perspectiva).
* Si se desea la misma perspectiva.
Como ejemplo cálculo, si uno quisiera reproducir la misma perspectiva y profundidad de campo en un sensor de fotograma completo que la obtenida usando una lente de 10 mm af / 11 en una cámara con un factor de recorte de 1.6X, se necesitaría usar una lente de 16 mm y una apertura de aproximadamente f / 18. Alternativamente, si se usa una lente de 50 mm f / 1.4 en un sensor de fotograma completo, esto produciría una profundidad de campo tan baja que requeriría una apertura de 0.9 en una cámara con un factor de recorte de 1.6X, ¡no es posible con lentes de consumo!
Retrato (DoF superficial)
Paisaje (DoF grande)
Una profundidad de campo menor puede ser deseable para los retratos porque mejora el desenfoque del fondo, mientras que Es deseable una mayor profundidad de campo para la fotografía de paisajes. Esta es la razón por la que las cámaras compactas luchan por producir un fondo borroso significativo en los retratos, mientras que las cámaras de gran formato luchan por producir una profundidad de campo adecuada en los paisajes.
Tenga en cuenta que la calculadora anterior asume que tiene una lente en el nuevo sensor (# 2) que puede reproducir el mismo ángulo de visión que en el sensor original (# 1). Si, en cambio, utiliza la misma lente, los requisitos de apertura siguen siendo los mismos (pero tendrá que acercarse más al sujeto). Esta opción, sin embargo, también cambia la perspectiva.
INFLUENCIA DE LA DIFFRACCIÓN
Los tamaños de sensor más grandes pueden usar aberturas más pequeñas antes de que el disco de difracción aireado se vuelva más grande que el círculo de confusión (determinado por el tamaño de impresión y criterios de nitidez). Esto se debe principalmente a que los sensores más grandes no tienen que agrandarse tanto para lograr el mismo tamaño de impresión. Como ejemplo: teóricamente se podría usar un sensor digital tan grande como 8 x 10 pulgadas, por lo que su imagen no necesitaría ser ampliada en absoluto para una impresión de 8 x 10 pulgadas, mientras que un sensor de 35 mm requeriría una ampliación significativa.
Utilice la siguiente calculadora para estimar cuándo la difracción comienza a reducir la nitidez. Tenga en cuenta que esto solo se muestra cuando la difracción será visible cuando se vea en pantalla al 100%; si esto será evidente en la impresión final también depende de la distancia de visualización y el tamaño de impresión. Para calcular esto también, visite: límites de difracción y fotografía.
Tenga en cuenta que el inicio de la difracción es gradual, por lo que las aperturas un poco más grandes o más pequeñas que el límite de difracción anterior no aparecerán de repente. mejor o peor, respectivamente. Además, lo anterior es solo un límite teórico; Los resultados reales también dependerán de las características de la lente. Los siguientes diagramas muestran el tamaño del disco aireado (capacidad de resolución máxima teórica) para dos aperturas contra una cuadrícula que representa el tamaño de píxel:
Resolución de límites de densidad de píxeles
(requisito de DOF superficial)
Resolución de límites de disco ventilado
(requisito de profundidad de campo)
Una implicación importante de los resultados anteriores es que el píxel de difracción limitada el tamaño aumenta para sensores más grandes (si los requisitos de profundidad de campo siguen siendo los mismos).Este tamaño de píxel se refiere a cuando el tamaño del disco aireado se convierte en el factor limitante en la resolución total, no la densidad de píxeles. Además, la profundidad de campo limitada por difracción es constante para todos los tamaños de sensor. Este factor puede ser crítico a la hora de decidirse por una nueva cámara para el uso previsto, porque es posible que más píxeles no proporcionen necesariamente más resolución (para sus requisitos de profundidad de campo). De hecho, más píxeles incluso podrían dañar la calidad de la imagen al aumentar el ruido y reducir el rango dinámico (siguiente sección).
TAMAÑO DE PIXEL: NIVELES DE RUIDO & RANGO DINÁMICO
Los sensores más grandes generalmente también tienen píxeles más grandes (aunque este no es siempre el caso), lo que les da el potencial de producir un ruido de imagen más bajo y tener un rango dinámico más alto. El rango dinámico describe el rango de tonos que un sensor puede capturar debajo cuando un píxel se vuelve completamente blanco, pero aún por encima cuando la textura es imperceptible del ruido de fondo (casi negro). Dado que los píxeles más grandes tienen un mayor volumen y, por lo tanto, un mayor rango de capacidad de fotones, estos generalmente tienen un rango dinámico más alto.
Nota: cavidades mostrado sin filtros de color presentes
Además, los píxeles más grandes reciben un mayor flujo de fotones durante un tiempo de exposición determinado (en el mismo número f), por lo que su señal de luz es mucho más fuerte. Para una cantidad determinada de ruido de fondo, esto produce una relación señal / ruido más alta y, por lo tanto, una foto de aspecto más suave.
Más grande Píxeles (con un sensor más grande)
Píxeles más pequeños (con un sensor más pequeño)
Sin embargo, este no es siempre el caso, porque la cantidad de ruido de fondo también depende del proceso de fabricación del sensor y de la eficiencia con la que la cámara extrae la información tonal de cada píxel (sin introducir ruido adicional). Sin embargo, en general, la tendencia anterior es cierta. Otro aspecto a considerar es que incluso si dos sensores tienen el mismo ruido aparente cuando se ven al 100%, el sensor con el mayor número de píxeles producirá una impresión final de aspecto más limpio. Esto se debe a que el ruido se agranda menos para el sensor de mayor número de píxeles (para un tamaño de impresión determinado), por lo que este ruido tiene una frecuencia más alta y, por lo tanto, parece más fino.
COSTO DE PRODUCCIÓN DE SENSORES DIGITALES
El costo de un sensor digital aumenta dramáticamente a medida que aumenta su área. Esto significa que un sensor con el doble de área costará más del doble, por lo que está pagando efectivamente más por unidad de «espacio del sensor» a medida que pasa a tamaños más grandes.
Silicon Wafer (dividido en pequeños sensores)
Silicon Wafer (dividido en sensores grandes)
Esto se puede entender observando cómo los fabricantes fabrican sus sensores digitales. Cada sensor se corta de una hoja más grande de material de silicio llamada oblea, que puede contener miles de chips individuales. Cada oblea es extremadamente cara (miles de dólares), por lo tanto, menos chips por oblea resultan en un costo mucho más alto por chip. Además, la posibilidad de que un defecto irreparable (demasiados píxeles calientes o de otro tipo) termine en un sensor determinado aumenta con el área del sensor, por lo que el porcentaje de sensores utilizables disminuye al aumentar el área del sensor (rendimiento por oblea). Suponiendo que estos factores (chips por oblea y rendimiento) son los más importantes, los costos aumentan proporcionalmente al cuadrado del área del sensor (un sensor 2 veces más grande cuesta 4 veces más). La fabricación en el mundo real tiene una relación de tamaño versus costo más complicada, pero esto le da una idea de los costos que se disparan.
Esto no quiere decir que ciertos sensores de tamaño siempre serán prohibitivamente costosos; su precio puede eventualmente bajar, pero el costo relativo de un sensor más grande probablemente seguirá siendo significativamente más caro (por unidad de área) en comparación con un tamaño más pequeño.
OTRAS CONSIDERACIONES
Algunas Los lentes solo están disponibles para ciertos tamaños de sensor (o es posible que no funcionen según lo previsto), lo que también podría ser una consideración si estos ayudan a su estilo de fotografía. Un tipo notable son las lentes de inclinación / desplazamiento, que permiten aumentar (o disminuir) la profundidad de campo aparente utilizando la función de inclinación. Las lentes de inclinación / desplazamiento también pueden usar la función de desplazamiento para controlar la perspectiva y reducir (o eliminar) las líneas verticales convergentes causadas por apuntar la cámara por encima o por debajo del horizonte (útil en fotografía arquitectónica). Además, las lentes ultra gran angular rápidas (f / 2.8 o más grandes) no son tan comunes para los sensores recortados, lo que puede ser un factor decisivo si es necesario en deportes o periodismo gráfico.
CONCLUSIONES: DETALLE GLOBAL DE LA IMAGEN & FACTORES COMPETENTES
La profundidad de campo es mucho menor para sensores de formato más grande, sin embargo, también se puede usar un apertura más pequeña antes de alcanzar el límite de difracción (para el tamaño de impresión elegido y los criterios de nitidez). Entonces, ¿qué opción tiene el potencial de producir la foto más detallada? Los sensores más grandes (y el número de píxeles correspondientemente más alto) sin duda producen más detalles si puede permitirse sacrificar la profundidad de campo. Por otro lado, si desea mantener la misma profundidad de campo, los tamaños de sensor más grandes no necesariamente tienen una ventaja de resolución. Además, la profundidad de campo limitada por difracción es la misma para todos los tamaños de sensor. En otras palabras, si se usara la apertura más pequeña antes de que la difracción se volviera significativa, todos los tamaños de sensor producirían la misma profundidad de campo, aunque la apertura limitada por difracción sería diferente.
Otro resultado importante es que si la profundidad de campo es el factor limitante, el tiempo de exposición requerido aumenta con el tamaño del sensor para la misma sensibilidad. Este factor es probablemente más relevante para la fotografía macro y de paisajes nocturnos. Tenga en cuenta que incluso si las fotos se pueden tomar con la computadora de mano en un formato más pequeño, esas mismas fotos no necesariamente se pueden tomar con la computadora de mano en el formato más grande.
Por otro lado, los tiempos de exposición no necesariamente aumentan tanto como uno. podría suponer inicialmente, porque los sensores más grandes generalmente tienen menos ruido (y por lo tanto pueden permitirse usar una configuración ISO de mayor sensibilidad mientras mantienen un ruido percibido similar).
Idealmente, ruido percibido los niveles (a un tamaño de impresión determinado) generalmente disminuyen con sensores de cámara digital más grandes (independientemente del tamaño de píxel).
No importa cuál sea el tamaño de píxel, los sensores más grandes tienen inevitablemente más área de captación de luz. En teoría, un sensor más grande con píxeles más pequeños todavía tendrá un ruido aparente más bajo (para un tamaño de impresión determinado) que un sensor más pequeño con píxeles más grandes (y un número total de píxeles resultante mucho más bajo). Esto se debe a que el ruido en la cámara de mayor resolución se agranda menos, incluso si puede parecer más ruidoso al 100% en la pantalla de su computadora. Alternativamente, se podría concebir un promedio de píxeles adyacentes en el sensor de mayor número de píxeles (reduciendo así el ruido aleatorio) mientras se logra la resolución del sensor de menor número de píxeles. Esta es la razón por la que las imágenes de tamaño reducido para la web y las impresiones pequeñas se ven tan libres de ruido.
En general: los sensores más grandes generalmente brindan más control y mayor flexibilidad artística, pero en el costo de requerir lentes más grandes y equipos más costosos. Esta flexibilidad permite crear una profundidad de campo menor de la posible con un sensor más pequeño (si se desea), pero aún así lograr una profundidad de campo comparable a la de un sensor más pequeño al usar una velocidad ISO más alta y una apertura más pequeña (o cuando se usa un trípode ).