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Los primeros pasos de la fotografía digital tuvieron lugar en el siglo XX, mientras la fotografía tradicional estaba en pleno apogeo. En 1961 se publicó la primera descripción de un fotosensor realizada por el Jet Propulsion Laboratory. Y en 1969 George Smith y Willard Boyle, de los Laboratorios Bell, inventaron el CCD, el sensor de imagen que podemos encontrar en casi todas las cámaras digitales. Como suele ocurrir con muchos inventos, lo que Smith y Boyle buscaban no era crear la fotografía digital, sino crear un nuevo tipo de memoria para los ordenadores de la época.
En 1972 un ingeniero de Texas Instrument patentó una cámara sin carrete, aunque no se conoce si llegó a ser construida o no, y en 1975, un ingeniero de Kodak construyó la primera cámara digital utilizando uno de los nuevos sensores CCD desarrollados dos años antes por Fairchild Semiconductor. Esta cámara pesaba 3,6 kg, guardaba las imágenes únicamente en blanco y negro, y contaba con una resolución de 10.000 píxels, guardando las imágenes en un cinta de casette. En cualquier caso, hay que notar que esta cámara fue un prototipo tecnológico, no algo pensando para ser comercializado.
Posteriormente surgieron cámaras que, aun siendo electrónicas, seguían siendo analógicas, ya que la información no se guardaba de forma individual por cada píxel. Eran más parecidas a videocámaras que podían guardar imágenes fijas. La primera de ellas, la Sony Mavica (Movie Video Camera) se mostró en 1981, aunque este tipo de cámaras no llegaron al mercado hasta 1986, con la Canon RC-701 como primer modelo comercial. Pero estas cámaras nunca se popularizaron demasiado, en parte por su coste (superior a 20.000 dólares de la época) y por su calidad, mucho más baja que la de la película de 35mm.
La primera cámara verdaderamente digital, que guardaba las imágenes como ficheros electrónicos, se cree que fue la Fuji DS-1P, en 1988, que guardaba las imágenes en memoria interna, aunque desafortunadamente esta cámara no llego a salir de Japón. Realmente, la primera cámara digital de tamaño contenido, orientada a aficionados y de comercialización mundial fue la Dycam Model 1 de Logitech, que data de 1990. Esta cámara permitía guardar hasta 32 imágenes comprimidas, con un sensor de 376 x 240 píxels de resolución, y con un objetivo fijo de 8mm. Los usuarios, tras tomar las fotografías, tenían que conectar la cámara al ordenador para poder transferir las imágenes, ya que no se utilizaba almacenamiento en discos o tarjetas de memoria.
En 1991 Kodak lanzó su cámara DCS-100, la primera de una extensa línea de cámaras digitales basadas en cuerpos de cámaras réflex tradicionales, casi siempre Nikon. Esta DCS-100, basada en una Nikon F3, tenía una resolución de 1,3 megapíxels, y un precio de 13.000 dólares. Hasta el año 1995 no llegaría, sin embargo, un avance que hoy en día es seña de identidad de todas las cámaras digitales: la pantalla LCD para visualizar las fotos, que realmente fue lo que más revolucionó este mercado al permitir ver al instante el resultado de la captura. La cámara que ostenta el honor de ser la primera que tuvo una pantalla LCD fue la Casio QV-10.
Sin embargo, los grandes fabricantes de cámaras de 35mm como Canon, o Nikon, entre otros, aunque ya habían empezado a experimentar con la fotografía digital, parecían dejar en manos de Kodak y su sistema DCS el mercado de cámaras réflex, de objetivos intercambiables, totalmente digitales. El año 1999 supuso un gran cambio en el panorama digital, ya que Nikon lanzó al mercado la D1, la primera cámara réflex digital fabricada en su totalidad por una de las grandes empresas de fotografía tradicional. Esta cámara supuso un gran avance, puesto que contaba con un sensor de 2,74 megapíxels, su preció inicial se situó por debajo de los 6.000 dólares, lo que era un precio bastante razonable para dar el salto de verdad a la fotografía digital, y sobre todo, se utilizaba la misma montura para objetivos que en el resto de la gama Nikon de réflex tradicionales, por lo que los fotógrafos encontraron que podían utilizar todos sus objetivos con esta cámara sin tener que invertir más dinero en ópticas. Realmente, éste fue el comienzo de la lenta pero inexorable decadencia de las cámaras réflex tradicionales, que aunque todavía hay fotógrafos que las usan, su cuota de mercado es meramente testimonial.
A lo largo de los siguientes años, marcas como Fujifilm o Canon lanzaron sus réflex digitales, más conocidas como DSLR por sus siglas en inglés (Digital Single Lens Reflex, o Réflex digitales de objetivo único). La siguiente revolución en este mercado llegaría en 2003 de la mano de Canon, con el lanzamiento de su EOS 300D de 6,3 megapíxles (llamada Digital Reben en Estados Unidos y Kiss Digital en Japón), que fue la primera réflex digital en bajar de los 1.000 dólares de precio y, por tanto, en estar verdaderamente orientada al gran público. Su tremendo éxito de ventas propició que el resto de fabricantes apostara por cámaras réflex para este segmento.
Desde entonces, el número de modelos de cámaras digitales tanto compactas como réflex no ha hecho más que ir en aumento. En un primer momento, los fabricantes se centraban únicamente en aumentar el número de megapíxels de los sensores de estas cámaras, y poco a poco, la a veces llamada "carrera de los megapíxels" parece que ha ido conteniéndose y los fabricantes han empezado a introducir otras mejoras como enfoques con detección de caras, sensores con alta sensibilidad, visión directa en cámaras réflex, sistemas de limpieza de sensor, estabilizadores de imagen en el propio sensor, etc.
Uno de los principales problemas de las primeras cámaras digitales era el gran tamaño del sensor y de toda la electrónica asociada, que hacía que la cámara tuviera una mala ergonomía, ya que resultaban demasiado grandes y los usuarios tenían que aprender a manejar desde cero este tipo de cámaras. Posteriores avances en la miniaturización de los sensores y de la electrónica de las cámaras digitales permitió a los fabricantes construir cámaras más pequeñas, de tamaño y funcionamiento similar a las cámaras compactas de carrete que todos los aficionados estaban acostumbrados a utilizar.
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