Capturando a cor

Infelizmente, cada photosite é "cego" para as cores. Ele somente rastreia a intensidade total da luz que atinge sua superfície. Para obter uma imagem totalmente colorida, a maioria dos sensores usa uma filtragem para enxergar a luz em suas três cores primárias. Assim que a câmera grava todas as três cores, ela as combina para criar o espectro completo.

 

Como as três cores se misturam para formar outras cores

Há diversas maneiras de registrar as três cores em uma câmera digital. As câmeras de maior qualidade usam três sensores independentes, cada um com um filtro diferente. Um separador de feixes direciona a luz para os diferentes sensores. Imagine a luz entrando na câmera como a água flui através de um cano. Usar um separador ou divisor de feixes seria como dividir uma quantidade idêntica de água para três canos diferentes. Cada sensor obtém uma visão idêntica da imagem, mas devido aos filtros, cada sensor responde somente a uma das cores primárias.

Como a imagem original (à esquerda) é dividida em um separador de feixes

A vantagem deste método é que a câmera registra cada uma das três cores para cada localização de pixel. Infelizmente, as câmeras que usam este método tendem a ser volumosas e caras.

Outro método consiste em girar uma série de filtros vermelhos, azuis e verdes na frente de um único sensor. O sensor registra três imagens separadas em uma rápida sucessão. Este método também fornece informações sobre todas as três cores em cada localização de pixel, mas como as três imagens não são obtidas precisamente no mesmo instante, tanto a câmera quanto o alvo da foto devem permanecer estacionários para todas as três leituras e isso não é prático.

 

Filtro de disco giratório

Os dois métodos funcionam bem para câmeras de estúdio profissional, mas não são muito práticas para fotos casuais. Uma maneira mais econômica e prática para registrar as cores primárias é colocar permanentemente um filtro chamado conjunto de filtro de cores sobre cada photosite individual. Ao decompor o sensor em uma variedade de pixels vermelhos, azuis e verdes, é possível obter informações suficientes nos arredores de cada sensor para fazer estimativas muito precisas sobre a cor verdadeira naquele local. Esse processo de olhar os outros pixels na vizinhança de um sensor e fazer uma estimativa aproximada é chamado de interpolação.

O padrão mais comum de filtros é o padrão de filtro Bayer, que alterna uma fileira de filtros vermelhos e verdes com uma fileira de filtro azuis e verdes. Os pixels não são divididos por igual: há tantos pixels verdes quanto azuis e vermelhos combinados. Isso ocorre porque o olho humano não é igualmente sensível a todas as três cores. É necessário incluir mais informações provenientes dos pixels verdes para criar uma imagem que o olho perceberá como uma "cor verdadeira".

As vantagens deste método estão na necessidade de um único sensor e todas as informações de cores (vermelho, verde e azul) são registradas no mesmo instante. Isso significa que a câmera pode ser menor, mais barata e útil em uma maior variedade de situações. A saída bruta de um sensor com um filtro Bayer é um mosaico de pixels vermelhos, verdes e azuis de diferentes intensidades.

As câmeras digitais usam algoritmos conhecidos como demosaicing algorithms para converter esse mosaico em outro de tamanho igual que apresenta cores verdadeiras. A chave é que cada pixel colorido pode ser usado mais de uma vez. A cor verdadeira de um único pixel pode ser determinada por meio da média dos valores dos pixels circundantes mais próximos.

 

Um demosaicing algorithm em funcionamento

Algumas câmeras de sensor único usam alternativas ao padrão de filtro Bayer. A tecnologia X3 (em inglês), por exemplo, embute fotodetectores vermelhos, verdes e azuis em silício. Algumas das câmeras mais avançadas subtraem valores usando a composição das cores ciano, amarelo, verde e magenta em vez de misturar vermelho, verde e azul. Existe até um método que usa dois sensores. Entretanto, a maioria das câmeras para consumidores no mercado atualmente usa um único sensor com fileiras alternadas de filtros verdes/vermelhos e verdes/azuis.

Exposição e foco
Assim como acontece com o filme, uma câmera digital precisa controlar a quantidade de luz que atinge o sensor. Os dois componentes que ela usa para isso, a abertura e a velocidade do obturador, também estão presentes nas câmeras convencionais.

 

• Abertura: tamanho da abertura na câmera. A abertura é automática na maioria das câmeras digitais, mas algumas permitem o ajuste manual para dar aos fotógrafos profissionais e amadores um controle maior sobre a imagem final.
• Velocidade do obturador: a quantidade de tempo que a luz pode passar através da abertura. Ao contrário do filme, o sensor de luz de uma câmera digital pode ser reajustado eletronicamente, de maneira que as câmeras digitais possuem um obturador digital em vez de um obturador mecânico.

Esses dois aspectos trabalham juntos para capturar a quantidade de luz necessária para produzir uma boa imagem. Em termos fotográficos, eles ajustam a exposição do sensor. Você pode aprender muito sobre a abertura e a velocidade do obturador de uma câmera em Como funcionam as câmeras fotográficas.

Somado ao controle da quantidade de luz, a câmera deve ajustar as lentes para controlar como a luz será focalizada sobre o sensor. Em geral, as lentes de câmeras digitais são similares às lentes das câmeras convencionais, e algumas câmeras digitais podem até mesmo usar lentes convencionais. A maioria usa técnicas de focalização automática, sobre as quais você pode aprender mais no artigo Como funcionam as câmeras com foco automático.

No entanto, a distância focal é uma diferença importante entre a lente de uma câmera digital e a lente de uma câmera 35 mm. A distância focal é aquela entre a lente e a superfície do sensor. Os sensores dos diversos fabricantes variam muito em tamanho, mas em geral são menores que um pedaço de filme de 35 mm. Para projetar a imagem em um sensor menor, a distância focal é diminuída pela mesma proporção. Para informações adicionais sobre tamanhos de sensores e comparações com o filme de 35 mm, você pode visitar o site Photo.net (em inglês).

A distância focal também determina a ampliação, ou zoom, quando se olha através da câmera. Nas câmeras de 35 mm, uma lente de 50 mm proporciona uma visão natural do objeto fotografado. Aumentar a distância focal aumenta a ampliação e os objetos parecem ficar mais próximos. O inverso acontece quando se diminui a distância focal. Uma lente com zoom é qualquer lente que possua uma distância focal ajustável e as câmeras digitais podem ter zoom óptico ou digital (algumas chegam a ter ambos). Outras câmeras também possuem capacidade de macro focusing, o que significa que a câmera pode tirar fotos bem próxima do objeto fotografado.

As câmeras digitais possuem um dos seguintes tipos de lentes:

• lentes de foco fixo e zoom fixo - estes são os tipos de lentes das câmeras de filme baratas e descartáveis: são boas para fotos instantâneas, mas bastante limitadas.
• lentes de zoom óptico com foco automático - similar à lente de uma câmera de vídeo, possuem opções "grande angular" e "teleobjetiva", além de foco automático. A câmera pode ou não suportar foco manual. Elas realmente mudam a distância focal da lente em vez de apenas ampliar a informação que atinge o sensor.
• lentes de zoom digital - com o zoom digital, a câmera pega pixels do centro do sensor de imagem e os interpola para gerar uma imagem de tamanho completo. Dependendo da resolução da imagem e do sensor, esta abordagem pode criar uma imagem granulosa ou embaçada. Você pode fazer a mesma coisa manualmente com um software de processamento de imagem: basta recortar a seção central da imagem e ampliá-la.
• sistemas de lentes intercambiáveis - são similares às lentes intercambiáveis de uma câmera de 35 mm. Algumas câmeras digitais podem usar lentes de uma câmera 35 mm.

A seguir, vamos aprender como a câmera armazena as fotos e as transfere para um computador.