Un archivo digital en blanco y negro puede obtenerse de dos maneras: captando color a través de un sensor filtrado y descartando después la información de color, o captando luminancia directamente en un sensor que nunca se filtró para el color. Ambos caminos producen un resultado visualmente similar en el encuadre final, pero difieren en la cantidad de luz que llega al silicio y en cuánto detalle espacial sobrevive. La comparación honesta es concreta, y el ejemplo más limpio es la propia pareja de Leica de dos cámaras construidas sobre el mismo silicio: la M9 (2009) y la M Monochrom, anunciada el 10 de mayo de 2012. Ambas usan el mismo CCD Kodak KAF-18500, 35,8 por 23,9 mm, 18 megapíxeles con fotositos de 6,8 micras. La única diferencia es que la Monochrom tiene la matriz de filtros de color raspada.

La matriz Bayer y lo que cuesta

Casi todos los sensores de color registran el color a través de una matriz de filtros de color (CFA, por sus siglas en inglés) patentada por Bryce E. Bayer en Eastman Kodak: patente de EE. UU. 3.971.065, presentada el 5 de marzo de 1975 y concedida el 20 de julio de 1976. El patrón es un mosaico repetido de dos por dos celdas con un filtro rojo, uno azul y dos verdes, de modo que el verde ocupa la mitad de todos los fotositos, y el rojo y el azul, un cuarto cada uno. El verde se sobremuestrea deliberadamente porque el sistema visual humano extrae la mayor parte de su luminancia —su percepción del brillo y del detalle fino de alta frecuencia— de las longitudes de onda verdes.

Cada fotosito mide únicamente un primario, la banda que pasa su filtro; los otros dos valores se estiman a partir de los vecinos en un paso llamado desmosaicado. Así, un chip Bayer mide directamente aproximadamente un tercio de la información de color e interpola el resto. Esa interpolación afecta con más fuerza a la resolución de crominancia. La luminancia sufre menos porque sigue el canal verde, muestreado de forma densa, pero sí sufre: una medición ampliamente citada sitúa la resolución efectiva de luminancia de un sensor Bayer en torno al 0,58 de su recuento nominal de píxeles.

Cómo el desmosaicado desenfoca un borde

El mecanismo importa más que el eslogan. Un desmosaicado típico reconstruye primero el canal verde, porque el verde se muestrea en dos de cada cuatro sitios y, por tanto, tiene la cuadrícula más densa sobre la que interpolar. El rojo y el azul se derivan después manteniendo constantes las relaciones locales rojo/verde y azul/verde, rellenando sus tres cuartas partes ausentes a partir de la estimación anclada en el verde.

Imagina un borde duro de negro a blanco que cae sobre el sensor. Es un evento de luminancia de alta frecuencia, y la luminancia vive en todos los canales. Pero en los canales rojo y azul, tres de cada cuatro muestras en el borde son suposiciones, reconstruidas por un núcleo que necesariamente promedia sitios vecinos que se sitúan a ambos lados del borde. Promediar a través de una transición es, por definición, desenfoque. La interpolación no puede colocar un límite limpio donde no tiene ninguna muestra medida, así que la estructura fina de luminancia se suaviza. Un sensor sin filtros no tiene ese problema: cada fotosito mide el valor de luminancia completo en su propia ubicación, un fotosito por píxel, sin nada inferido.

El filtro que no se ve: sin capa de antialias

Hay un segundo contribuyente, a menudo mayor, a la nitidez por píxel de la Monochrom, y es fácil pasarlo por alto. Los sensores de color llevan un filtro óptico de paso bajo, el filtro antialias (AA), un desenfoque deliberado colocado delante del sensor. Su función es difuminar el detalle más fino que el límite de Nyquist del desmosaicado, para que los patrones finos y repetidos no produzcan muaré con color una vez interpolados los datos de la CFA. Ese desenfoque cuesta nitidez en cada fotograma.

Un sensor monocromo no tiene crominancia que aliasar, así que no hay muaré de color que suprimir y el filtro AA puede omitirse por completo. La Monochrom gana así nitidez por partida doble: sin interpolación y sin capa óptica de paso bajo. La contrapartida es que el aliasing de luminancia puede aparecer igualmente, de modo que tejidos finos, barandillas lejanas y tejas pueden mostrar muaré monocromo que una cámara de color con filtro AA habría suavizado.

La cifra de marketing frente a la medida

La propia afirmación de Leica para la Monochrom es que ofrece imágenes «100 % más nítidas» que el monocromo obtenido de un sensor de color de megapíxeles comparables, es decir, aproximadamente el doble. Trátala como la cifra del fabricante, no como un resultado independiente.

La realidad medida es más modesta. Las pruebas de laboratorio de Popular Photography resolvieron aproximadamente 2675 líneas por altura de imagen para la M9 a ISO 80, frente a unas 2800 lph para la Monochrom a ISO 160. Es una ganancia real, pero es de unos pocos puntos porcentuales, no el doble. La frase «100 % más nítida» se lee mejor como eslogan de marketing para el efecto combinado de no tener desmosaicado ni filtro AA, un efecto que es genuino y visible en el microcontraste y la nitidez de bordes, pero que queda muy lejos de duplicar el detalle resuelto.

Por qué sube la sensibilidad

La luz absorbida por un filtro nunca llega al fotodiodo. Cada fotosito Bayer ve únicamente su propia banda de paso, de modo que un sitio verde descarta la mayor parte del rojo y el azul que le llegan. Elimina la CFA y cada fotosito recolecta a lo largo de todo el espectro visible, capturando más fotones por sitio para una exposición dada.

Eso se refleja en la sensibilidad nominal. La ISO base de la M9 es 160 (reducible a 80), con su rango llegando hasta 2500; la base de la Monochrom es 320, con rango hasta 10.000. En el límite inferior, 320 dividido entre 160 es exactamente un paso (stop) de sensibilidad base adicional. En el límite superior, de 2500 a 10.000 son dos pasos (stops) de margen adicional. La mejora de ruido también tiene un mecanismo: más fotones por fotosito significa una señal mayor por encima de un suelo de ruido de lectura fijo, así que la relación señal-ruido sube y las sombras se mantienen más limpias y con separación tonal en lugar de disolverse en ruido.

El contraste vive ahora en el objetivo

La contrapartida es absoluta: un sensor sin filtros no registra color y no puede reconvertirse. Hay una razón física por la que esto importa para el control tonal. La emulsión de haluros de plata pancromática, y el silicio desnudo, son intrínsecamente más sensibles al azul y al ultravioleta que el ojo, de modo que un cielo azul sin filtrar se impresiona demasiado claro y las nubes se pierden. En película lo corriges ópticamente; en un sensor digital monocromo debes hacer exactamente lo mismo, porque el archivo no lleva ningún color que el software pueda ponderar a posteriori.

La herramienta es un filtro de contraste sobre el objetivo, que actúa por absorción. Un filtro amarillo pasa el amarillo y las longitudes de onda más largas, el naranja y el rojo, mientras absorbe el azul y el violeta; el naranja y el rojo van más lejos, cortando más azul y verde para que el cielo se oscurezca progresivamente y la neblina atmosférica —que es luz de longitud de onda corta dispersada— desaparezca. Cada filtro exige un factor en la exposición: un Yellow 8 (K2) es factor 2, un paso (stop); un Orange 16 actúa con más fuerza que el amarillo; un Red 25 es factor 8, tres pasos (stops) completos, y produce el cielo más oscuro y el corte de neblina más duro.

Un ejemplo práctico. Dispara Ilford HP5 Plus a su velocidad de caja de EI 400, encuadra un paisaje a mediodía y mide el cielo azul de manera que caiga alrededor de la zona VI. Coloca un Red 25 en el objetivo para arrastrar ese cielo hacia la zona III o IV y obtener una representación dramática casi negra; luego abre tres pasos (stops) completos para compensar el factor del filtro, reduciendo tu exposición de trabajo a un EI 50 efectivo. Un cuerpo digital monocromo necesita exactamente el mismo filtro en el objetivo para lograr el mismo aspecto, mientras que una cámara de color podría haberlo aproximado después ponderando a la baja el canal azul en la conversión. Sin color registrado, la decisión se toma en el momento de la exposición, con el cristal delante, la misma disciplina que el cielo sobre una hoja de HP5 siempre ha exigido.