Fotografía Infrarroja I.

Filtros en un sensor digital.

El sensor digital que usan las cámaras digitales está compuesto por varias capas (filtros) que la luz debe atravesar hasta llegar a los fotoreceptores (pixels) que van a capturar los fotones que el sensor recibe y convertirlos en un número. De cara a la fotografia infraroja nos interesa destacar dos; el filtro paso bajo y la matriz de Bayer.

Filtro paso bajo.

Como comentábamos antes, los fotoreceptores de un sensor digital pueden capturar fotones en un longitudes de onda del especto no visible. Este hecho tiene efecto en la imagen final que se va a obtener, que se pretende sea lo más parecido posible a la imagen que registran nuestros ojos, y para evitarlo el mecanismo que tienen los sensores es el filtro paso bajo.

El filtro paso bajo es un filtro que tiene la misión de eliminar las longitudes de onda inferiores a 400 nm y superiores a 700 nm, permitiendo la transmisión integra del resto de longitudes de onda. En realidad, como todos los filtros, no es perfecto y permite pasar longitudes de onda fuera del espectro visible, aunque considerablemente atenuadas,

Sin embargo, en nuestro caso, en el que deseamos capturar imágenes infrarojas, este filtro supone el más serio inconveniente, ya que para capturar esa luz residual que permite pasar el filtro paso bajo, no solo necesitamos utilizar un buen filtro infrarojo en el obejtivo que permita pasar luz infraroja únicamente, sino que además los tiempos de exposición tienen que aumentarse considerablemente.

Filtro paso bajo del sensor de una cámara Nikon D300s.

Matriz de Bayer.

El segundo de los filtros que nos encontramos, no es un filtro propiamente dicho como el anterior que puede quitarse con facilidad, sino que es la matriz de Bayer del propio sensor. La matriz de Bayer es una rejilla de filtros inmediatamente delante de los fotoreceptores del sensor (pixels), cuya misión es dejar pasar al pixel luz de un único color; rojo, verde o azul.

Mediante la matriz de Bayer cada pixel solo captura fotones de una determinada longitud de onda, roja, verde o azul y son los que el pixel contabiliza. Los valores de los otros dos colores son interpolados de los pixels circundantes. Como el ojo humano es más sensible al verde, el numero de pixels verdes es el 50%, mientras que el rojo y el azul suponen un 25% cada uno.

Matriz de Bayer.

Pero si la matiz de Bayer solo permite pasar fotones de longitudes de onda roja, verde y azul, ¿cómo permite pasar fotones de longitud de onda del espectro infrarojo?

Afortunadamente la matriz de bayer de los sensores no es perfecta. Esta es la función de transferencia del matriz de bayer de un sensor Sony IMX249 de 2.3 Mpixels usado en aplicaciones industriales. Como podemos ver, cada pixel, filtrado por un color de la matriz de Bayer recoge fotones de diversas longitudes de onda, con un máximo de eficiencia cuántica en el color filtrado. Podemos ver además, que entorno a la longitud de onda 810 nm en adelante, todos los pixels responden igual pues la eficiencia cuantica es la misma, indepdientemente del color filtrado.

Eficiencia cuántica del sensor Sony IMX249 (Fuente: Internet)

Todos los sensores presentan un comportamiento más o menos similar, con variaciones en la eficiencia cuántica de cada filtro de la matriz a distintas longitudes de onda, pero en el fondo similares.

Esta justificación nos permite entender por qué no es imprescindible eliminar la matriz de Bayer para poder realizar capturas en infrarojo. Evidentemente lo ideal sería disponer de una cámara monocromo, pero la matriz de Bayer no es un filtro como el paso bajo que podamos retirar con relativa facilidad, sino que está “impreso” en el mismo sensor, algo que lo hace imposible de eliminar. Basta con buscar en internet Debayering a sensor y ver como la gente rasca el sensor con todo tipo de útiles y químicos, para darse cuenta de lo que muy probablemente no vamos a poder conseguir.

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