El término "LOFIC" se ha vuelto más común desde el anuncio de la Osmo Pocket 4P. La cámara gran angular de la Osmo Pocket 4P cuenta con un sensor CMOS de 1 pulgada con tecnología LOFIC, que ofrece un rango dinámico de hasta 17 pasos.
Si bien la forma de calcular las cifras varía según el fabricante y el método de medición, un máximo de 17 pasos en un sensor de 1 pulgada es asombroso. Es comparable, o incluso superior, al rendimiento de una cámara sin espejo de fotograma completo típica. De hecho, la probé personalmente y el nivel de detalle en las altas luces, en particular, fue increíble para un sensor de 1 pulgada.
En este artículo, vamos a analizar en qué se diferencia LOFIC de los sensores de imagen convencionales, las razones por las que los sensores sobreexponen y cómo LOFIC es capaz de ampliar el rango dinámico.
Aunque este sensor de imagen se describe con mayor precisión como un "sensor de imagen CMOS que emplea una estructura LOFIC en sus píxeles", en este artículo nos referiremos a él simplemente como un "sensor LOFIC".
¿Por qué se produce la sobreexposición en los sensores?
Antes de comprender cómo funcionan los sensores LOFIC, repasemos por qué los sensores de imagen a veces sobreexponen.
El rango dinámico se refiere al rango de información de brillo que se puede registrar, desde las zonas oscuras hasta justo antes de la sobreexposición. Cuanto mayor sea este rango, más fácil será grabar escenas con grandes diferencias de brillo en una sola toma.
Cada píxel de un sensor de imagen contiene un fotodiodo que recibe luz y la convierte en electricidad. Cuanta más luz recibe, más electricidad (carga) almacena, pero existe un límite máximo. Una vez alcanzado este límite, ya no puede registrar diferencias de brillo y la señal se convierte en un blanco puro. Esto se conoce como "exhibiciones sobreexpuestas". Las gradaciones tonales perdidas no se pueden recuperar ni siquiera con el procesamiento RAW o la grabación en formato Log.
Si comparamos un píxel con un cubo que recoge agua de lluvia, mientras el agua se mantenga dentro de la capacidad del cubo, podemos medir con precisión la cantidad de agua, es decir, la cantidad de luz recibida. Sin embargo, si la lluvia continúa y el cubo se desborda, perdemos la noción del agua que se desborda y ya no podemos registrar la diferencia de brillo (sobreexposición).
En general, cuanto más pequeño es el píxel (cubeta), menor es la cantidad de carga (volumen de agua) que puede contener. Por lo tanto, se dice que los sensores pequeños, en particular, tienen dificultades para preservar la gradación en áreas brillantes.
LOFIC es un tanque auxiliar que recoge el exceso de electricidad.
LOFIC significa "Lateral Overflow Integration Capacitor" (Condensador de Integración de Desbordamiento Lateral), que, traducido directamente al japonés, significa algo así como "un dispositivo que almacena carga que se desborda lateralmente".
En los píxeles convencionales, una vez que el fotodiodo se carga por completo, el exceso de carga no se puede utilizar para la grabación. Por lo tanto, los sensores LOFIC incorporan un condensador de gran capacidad cerca del fotodiodo para absorber el exceso de electricidad que supera la capacidad normal. Es como tener un gran depósito junto a un pequeño cubo, recogiendo el agua que se desborda en lugar de desecharla.
Hasta niveles de brillo normales, se utiliza la señal del fotodiodo, y en áreas expuestas a luz muy intensa, también se lee la carga que fluye hacia el condensador LOFIC. Al combinar ambas señales, las áreas que habrían quedado sobreexpuestas con los métodos convencionales ahora pueden tratarse como gradaciones tonales.
En lugar de restaurar mágicamente las imágenes sobreexpuestas, el proceso consiste en desviar la electricidad a otro contenedor y registrar los datos antes de que se produzca la sobreexposición.
Una técnica común para ampliar el rango dinámico de una imagen es el HDR, que combina varias imágenes con diferentes exposiciones. Sin embargo, dado que los sensores LOFIC pueden grabar en una sola exposición, son menos propensos a los problemas que pueden surgir con el HDR de múltiples exposiciones, como los desplazamientos de sujetos en movimiento o las diferencias entre imágenes causadas por el parpadeo de la iluminación LED.
Comparé la Osmo Pocket 4P y la EOS R5 Mark II.
Analicemos brevemente la sensibilidad a las altas luces del sensor LOFIC con algunas imágenes reales. La cámara que utilicé para la comparación es la "EOS R5 Mark II", mi cámara principal sin espejo de fotograma completo.
La Osmo Pocket 4P utiliza D-Log 2 y la EOS R5 Mark II utiliza Canon Log 2, y los niveles de exposición se ajustaron para que fueran lo más similares posible, con el fin de grabar vídeo de escenas con grandes diferencias de brillo en interiores en un día soleado.
En comparación, bajo estas condiciones de disparo, la Osmo Pocket 4P conservó más detalles incluso en las zonas muy brillantes, mientras que la EOS R5 Mark II perdió por completo las zonas iluminadas.
Para lograr el mismo nivel de detalle en las zonas iluminadas que con la Osmo Pocket 4P usando la EOS R5 Mark II, fue necesario disparar con una exposición aproximadamente tres pasos más oscura que la estándar. Sin embargo, esto resultó en sombras significativamente más oscuras.
Por otro lado, la Osmo Pocket 4P conservó una gradación tonal relativamente nítida desde las luces hasta las sombras. Este resultado es sorprendente si se compara un sensor de 1 pulgada con un sensor de fotograma completo.
Si bien esta comparación es simplificada, se ha comprobado que la Osmo Pocket 4P tiene un rango dinámico superior al de las cámaras de fotograma completo en pruebas de laboratorio realizadas por sitios web especializados en el extranjero, por lo que se puede afirmar que el sensor LOFIC es, de hecho, un "sensor resistente a la sobreexposición".
¿En qué se diferencia esto de la ganancia dual?
Por cierto, una técnica para ampliar el rango dinámico de los sensores de imagen convencionales se llama "doble ganancia". En términos generales, es una técnica que lee las señales obtenidas del mismo píxel con diferentes niveles de amplificación y combina las ventajas de cada una.
La tecnología de doble ganancia es una técnica que lee de forma eficiente la carga limitada acumulada en un fotodiodo, ampliando así el rango dinámico.
Por otro lado, los sensores LOFIC emplean una tecnología diferente que incorpora un condensador para absorber el exceso de carga del fotodiodo, lo que aumenta significativamente la cantidad total de carga que se puede registrar en todo el píxel.
En principio, los sensores de doble ganancia y los sensores LOFIC se pueden combinar, por lo que es posible que en el futuro veamos sensores de imagen con rangos dinámicos aún mayores.
¿Por qué las cámaras sin espejo aún no han adoptado los sensores LOFIC?
Los sensores LOFIC se han adoptado cada vez más en cámaras para automóviles, cámaras de vigilancia y teléfonos inteligentes, pero al momento de escribir este artículo, no hay ninguna cámara sin espejo importante que anuncie el uso de LOFIC.
Esto es pura especulación mía, pero creo que, debido a que los sensores de fotograma completo y APS-C facilitan el aumento del tamaño de cada píxel y pueden almacenar mucha carga incluso con estructuras convencionales, la tecnología LOFIC se está adoptando primero en sensores pequeños donde los píxeles son más pequeños y el efecto es más fácil de ver.
Además, la incorporación de un condensador de gran capacidad y un mecanismo de lectura a cada píxel complica el diseño y el proceso de fabricación, lo que dificulta la producción de sensores de gran tamaño. Teniendo en cuenta que los sensores de imagen CMOS retroiluminados también se han extendido desde sensores pequeños en teléfonos inteligentes y cámaras digitales compactas hasta sensores de mayor tamaño, es probable que los sensores LOFIC se adopten de forma más generalizada en cámaras de objetivos intercambiables en un futuro próximo, una vez que la tecnología madure.
¿Tiene el sensor LOFIC alguna debilidad?
Aunque lo he descrito como un sensor de imagen ideal, incluso los sensores LOFIC tienen sus puntos débiles.
Como se mencionó anteriormente, el proceso de diseño y fabricación se vuelve más complejo, lo que dificulta equilibrar los costos de fabricación, el consumo de energía y la generación de calor. Para conectar sin problemas la señal normal con la señal LOFIC, se requerirá un control avanzado tanto para el sensor como para el procesamiento de imágenes.
Además, los sensores LOFIC destacan principalmente en zonas de alta luminosidad. Su simple instalación no mejora automáticamente la resolución, la reproducción del color, el ruido en condiciones de poca luz ni la velocidad de lectura.