No. Y nunca lo harán. Pero eso no es malo.
En el corazón: tu sensor de imagen
El primer problema es el tamaño del sensor. Esto ilustra el tamaño relativo de diferentes sensores de cámara:
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El tamaño del sensor de 1 / 3.2 ″ fue la elección de Apple para teléfonos a través del iPhone 4s. Los 4 ofrecían un sensor de 8 megapíxeles, por lo que tenía píxeles a 1,4 µm de lado. Lo actualizaron a un sensor de 1/3 ″ con píxeles de 1.5µm para los 5, 5s y 6. El iPhone 6s tiene un sensor de 12Mpixel con píxeles de 1.22µm en un chip de 1/3 ″. Mi LG V10, con una de las cámaras mejor calificadas de 2015 en un teléfono, tiene un sensor de 16 megapíxeles con píxeles de 1.12 μm en un chip de 1 / 2.6 ″.
La mayoría de los teléfonos premium actuales tienen un sensor de 1 / 2.6 ″, que es aproximadamente 1/40 del tamaño de un sensor DSLR. Sony vende algunos que tienen sensores de 1 / 2.3 ″, que es el tamaño utilizado en la mayoría de las cámaras P&S de gama baja. Nokia perdió el tiempo con sensores más grandes, pero eso requería una cámara mucho más gruesa: si necesita una lente de 10 mm para su sensor, no puede caber muy bien en un teléfono de 7 mm de espesor.
Entonces, ¿qué es lo que realmente te importa aquí? Todos entienden los megapíxeles, o piensan que lo hacen. Más píxeles te dan más resolución, ¿verdad? Bueno, a veces. Pero esa no es toda la historia. Cuanto más pequeño sea el píxel, más ruidoso será, dado el mismo nivel de tecnología. Ese es un problema en particular con poca luz, porque a medida que cae la luz, la salida del chip debe amplificarse (a través de un amplificador de hardware, a través de un refuerzo de software, a través de una combinación), y eso significa que el ruido se hace visible antes.
Un píxel más grande también tendrá más rango dinámico disponible que un píxel más pequeño. La mayoría de los teléfonos inteligentes no disparan en modo sin formato; mi LG V10 lo hace, nada más sacarlo de la caja. Pero se trata de una salida de 10 bits de ese sensor, no una gran mejora con respecto al color de 8 bits en un JPEG. Mi Olympus OM-D (que se muestra en el dibujo como una cámara con sensor de cuatro tercios) también tiene 16 megapíxeles, aunque a 3,7 µm … casi 11 veces el área, por lo tanto, capacidad de captación de luz de mi teléfono. Su modo sin formato ofrece 12 bits por píxel. Y mi Canon 6D, una DSLR de fotograma completo de 35 mm, tiene un sensor de 20 megapíxeles con un tamaño de píxel de 6,55 µm … que absorbe 34 veces más luz por píxel que el LG V10 … ofrece 14 bits por píxel en modo sin procesar.
Cuando tienes un rango dinámico más utilizable, simplemente obtienes una mejor foto, es por eso que cada fotógrafo serio dispara en modo sin procesar (lo hago, incluso en mi teléfono). Claro, hay algunas veces cuando disparas JPEG porque no hay tiempo para editar, pero generalmente, el camino a seguir es sin formato. Los teléfonos inteligentes tienen esto hoy, Apple lo agregó recientemente. Pero es tan útil en un teléfono inteligente.
Pero están mejorando, ¿no es así?
¡Absolutamente! Las cámaras de los teléfonos inteligentes han mejorado dramáticamente desde los primeros días. La cámara de 5 megapíxeles en mi Motorola Droid era terrible … tiene patrones de ruido incluso a plena luz del día, fue horrible. La cámara LG V10 es tan buena que abrí una cuenta de Instagram, solo para fotos de celulares. Tiene una lente brillante f / 1.8, tiene estabilización de imagen, toma en bruto, una gran aplicación con opciones manuales, etc.
La tecnología de sensores también ha mejorado dramáticamente en los últimos diez años. La mayoría de los teléfonos inteligentes usan sensores BSI (iluminación posterior) o apilados.
En un sensor iluminado en la parte frontal, los fotodiodos (los sensores de luz reales) tienen que compartir el área de la superficie con la electrónica, el cableado, etc. Por lo tanto, es posible que haya tenido un píxel de 1,4 µm, pero eso no significa que los sensores de luz en realidad 1,4 µm de lado, o incluso cerca. El área de relleno, el área que en realidad es fotodiodo, generalmente es de alrededor del 60%. En un sensor BSI, los fotodiodos van en la parte inferior, la electrónica en la parte superior, al igual que un sensor FSI. Pero luego, la parte posterior de ese sensor se pule, el sensor se volteó y se unió a un sustrato, y usted tiene los fotodiodos en la parte superior, sin nada en su camino. Entonces, más del 90% de esa celda de píxeles es un fotosensor real (deben aislarse un poco, píxel a píxel, o los electrones sangrarán entre los elementos del sensor). Un sensor apilado funciona de manera similar, solo que hay dos chips activos. Hacen un sensor que es básicamente solo los fotodiodos y el cableado, luego lo unen a un sustrato que también tiene la electrónica activa.
Así que sí, estos fueron a los teléfonos … pero nada solo a los teléfonos. Sony fabrica la mayoría de los sensores utilizados en los teléfonos, pero también fabrican sensores para cámaras réflex digitales y cámaras sin espejo, utilizados por la mayoría de las principales marcas. Si tiene una Nikon, es probable que tenga un sensor Sony dentro.
Entonces BSI hizo mejores sensores para cámaras pequeñas. Pero mira la cámara de fotograma completo sin espejo Alpha A7RII de Sony. El Alpha A7R original tenía un sensor de 36Mpixel, tamaño completo de 35mm, estilo FSI. El A7RII entregó un sensor apilado de 42 megapíxeles que en realidad era más sensible con poca luz que el A7R. Con todos esos píxeles, logró tener celdas de píxeles de 4,5 µm, por lo que aún funciona un poco mejor que un sensor Micro de cuatro tercios a 16Mpixel. Canon lanzó un modelo, la Canon 5Ds DSLR, con un sensor completo de 50 megapíxeles recientemente (no BSI). Básicamente, cualquier cosa que funcione para mejorar los teléfonos con cámara terminará en cámaras con sensores grandes.
Y luego la física levantó su cabeza fea
Pero también hay límites físicos en una cámara en un teléfono inteligente. Parte de eso es el tamaño del sensor. Como mencioné, Apple usó sensores de 1 / 3.2 ″ y 1/3 ″ … no se han unido a LG, Samsung y otros para ir a sensores de 1 / 2.6 ″ o incluso 1 / 2.3 ″ (la mayoría de las cámaras P&S no premium también usan un sensor de 1 / 2.3 ″). ¿Por qué? Es la lente. Cualquier lente tiene una longitud focal característica: el punto de la lente en el que la imagen está enfocada. Una distancia focal más corta produce un ángulo de visión más amplio, una distancia focal más larga produce un campo de visión más estrecho.
En un teléfono inteligente, la longitud focal está limitada por el grosor del teléfono. Tengo una lente gran angular moderada de 35 mm para mi Canon y 17 mm para mi Olympus … pero el grosor de un iPhone 8 es de 7,5 mm … por encima de los 7,2 mm del iPhone 7 y los 7,1 mm del iPhone 6s. Es lógico que no puedan tener una longitud focal de 7,5 mm, debe ser más pequeña. De hecho, es probable que sea alrededor de una lente de 4 mm, equivalente a una lente de 28 mm en una cámara de fotograma completo en ángulo de visión, bien en territorio de lente gran angular. Parte de la longitud total de la lente totalmente de plástico, que en realidad es un sistema de lentes, es consumida por la pila de lentes en sí, que consta de cinco elementos, de forma muy similar a una lente normal de 35 mm, pero por supuesto en miniatura.
Y sí, Apple tiene lentes de “teleobjetivo” en algunos iPhones ahora. Ok, lo llaman “modo retrato”, que es más honesto. La lente de retrato en el iPhone 7 plus era aproximadamente un equivalente de 57 mm para fotograma completo, que está ligeramente por encima del rango establecido para una lente “normal” (45–55 mm en un fotograma completo, alrededor de 25 mm en una cámara Micro Cuatro tercios) . Entonces, ¿cómo lograron que la lente más larga se ajustara? El no … usó un sensor más pequeño, 1 / 3.6 ″. Por lo tanto, necesita una distancia focal más corta para ofrecer el mismo aumento. Pero también es peor con poca luz, más propenso a limitar la difracción, etc. La física siempre gana.
El objetivo estándar es un gran angular completo en términos de cámara real. Están ofreciendo una lente al borde de ser demasiado ancha para el uso normal, en un pequeño sensor de 1/3 ″. Hacer que ese sensor sea más grande exigiría una distancia focal más larga (y, por lo tanto, un conjunto de lente / sensor más grueso) o el campo de visión se volvería aún más amplio. Un sensor más grande también exige una lente más grande … podría ser la misma distancia focal de ~ 4 mm, pero la imagen proyectada debe cubrir un área más grande, por lo tanto, una lente grande.
El otro truco sobre la distancia focal de la lente es la profundidad de campo. Vea la parte desenfocada de esta foto de la abeja de mi vecino en mi ciruelo … la capacidad de desenfoque de calidad en una lente es lo suficientemente importante como para que tenga su propio nombre: bokeh. Aquí está la cosa … esto está relacionado con la distancia focal de su lente. Cada lente tiene lo que se conoce como profundidad de campo, que cambia con el enfoque. Eso significa que, según las características de la lente y, un poco, según sus megapíxeles, un área determinada de la imagen estará enfocada al mismo tiempo. Con una lente de 4 mm, tiene una gran profundidad de campo, y una toma como esta (en esa Olympus OM-D con una lente de 60 mm) es absolutamente imposible.
Abra la lente, se está ventilando aquí
La otra cosa sobre el iPhone es la apertura de la lente, que es f / 1.8 en el iPhone 8, como más caneras de 2017 (y algunas cámaras de 2015, como mi LG V10). Lo que le dice el número f es la cantidad estándar de luz que deja pasar la lente: más pequeña es más brillante. La lente f / 1.8 del iPhone 8 deja entrar un 66% más de luz que la lente f / 2.2 en iPhones anteriores.
Pero no se trata solo de luz. Si ha utilizado una cámara con sensor grande, es posible que haya notado que tiene una configuración de apertura. La lente tiene un diafragma que cierra la apertura efectiva de su cámara. En la imagen de arriba, quería ese fondo bokeh. Pero tal vez quería la siguiente toma todo en foco. Cambiar la apertura a un número f más estrecho (más grande) aumentará mi profundidad de campo. Y nunca tendrá esta configuración en un teléfono inteligente o una cámara pequeña, y eso se debe al Sr. George Airy.
Entonces, existe esta propiedad de la luz: cuando atraviesa un diafragma, se dobla. Más pequeño es el diafragma, se dobla más. Eso se llama difracción. Cuando la luz pasa a través de una abertura (por ejemplo, su lente), tiene una tendencia creciente a doblarse según la abertura en sí misma a medida que la abertura disminuye. Eso significa que a medida que avanza a aberturas más pequeñas, su imagen puede comenzar a volverse más borrosa. Es por eso que los teléfonos inteligentes, las cámaras P&S de gama baja y la mayoría de las videocámaras no le permiten configurar la apertura, incluso cuando tienen controles manuales. Ofrecen una combinación de lente / sensor que está cerca, justo o incluso sobre el punto en el que la nitidez de la imagen estará dominada por la difracción en lugar de la calidad de la lente o los megapíxeles.
Tome una fuente de luz puntual perfecta … una fuente de luz unidimensional matemáticamente perfecta. Cuando se atraviesa una abertura, la imagen proyectada no es un punto unidimensional perfecto, sino un disco de diámetro medible. Esto se supo desde hace algún tiempo, pero el primer tipo en resolver esto matemáticamente fue George Biddell Airy. Esa fuente puntual producirá un patrón de intensidad que se parece a esto (trazado como altura para la intensidad), donde la base de esa primera “colina” se llama Airy Disc.
El tamaño del disco Airy, como se mencionó, se basa en la apertura y la longitud de onda. La mayoría de nosotros disparamos con luz visible, por lo que la apertura es una cosa que controlamos. Y el tamaño de píxel es lo otro … porque, como puede ver en la gráfica, esa fuente puntual perfecta aparece como un desenfoque con anillos de luz borrosa que disminuyen concéntricamente. Cuando el diámetro del disco Airy es más pequeño que el tamaño de su píxel, es bueno: no hay absolutamente ninguna diferencia en la imagen grabada entre ese punto de luz perfecto y lo que obtiene (bueno, aparte de los problemas de muestreo de Nyquist, pero ese es otro problema y no tan importante en la grabación de imágenes reales). Podemos ignorar más o menos las ondas. Pero también, como puede ver en la pendiente pronunciada de la función, una pequeña superposición de discos no importa mucho … cuanto más se superpongan, más importa, y eso no es lineal.
Entonces, sin mostrar mi trabajo, declararé que el disco Airy mínimo en f / 2 es 2.4 µm. Por lo tanto, habrá un borroso efecto de apertura del sensor del iPhone de Apple … efectivamente, alguna indicación de que la resolución de la imagen real no se basa en la resolución del sensor, sino por difracción. Sin embargo, mire el diagrama del disco de Airy nuevamente … puede ver que el pico inicial es un desenfoque muy inmediato y fuerte, pero las olas que se desprenden son más débiles. En resumen, su tamaño de píxel puede ser algo más pequeño que el disco Airy sin tener un efecto práctico en la resolución.
Hay diferentes maneras de medir la cantidad de superposición del disco Airy de un píxel a otro. Hay algunas ideas basadas en la forma en que ve el ojo, pero el criterio más obvio es en una imagen de contraste promedio y discos primarios que no se superponen, ignorando las ondas. Eso se verá así:
Usando este criterio, que se llama MTF 50%, obtiene el número máximo de píxeles por mm para lograr una resolución completa más práctica que teórica. Para f / 2, eso es 692 píxeles por milímetro. Para el iPhone 6, ese es un ancho de sensor de 4.8 mm con 3264 píxeles … eso es 680 píxeles / mm. Ok, es una lente f / 2.2 en lugar de f2.0, por lo que están ligeramente por debajo del nivel de criterio MTF 50%, pero básicamente en ese bolsillo. En el iPhone 8, van a estar un poco mejor, gracias a la lente más rápida. Pero si pudiera detener la lente, tendría un desenfoque cada vez más notable de la imagen. Entonces no te dejan.
Tenga en cuenta que esto no se limita a los teléfonos inteligentes. Estas cámaras de lentes fijas tienen aperturas bastante buenas … f / 2.0 no está mal. Pero considere las cámaras con zoom P&S, que tienen un sensor de 1 / 2.3 ″ de hasta 20Mpixels, pero generalmente una lente f / 3.5 (y más como f / 5.6 cuando se aleja). Usando el mismo criterio MTF 50% y el sensor de 1 / 2.3 “típico de muchos modelos P&S en estos días (o el Pentax Q), el sensor práctico máximo es de aproximadamente 5Mpixels. Hay un pequeño margen de maniobra basado en el hecho de que estás usando un sensor de patrón Bayer: la interpolación de color hace un poco para minimizar el efecto del disco Airy, pero de manera realista, muchas cámaras P&S le venden una ficción de megapíxeles. Y esa es una de las principales razones por las que los teléfonos inteligentes han demolido la gama baja del mercado P&S – La lente fija fija de un teléfono inteligente puede ofrecer mejores imágenes que muchas cámaras P&S. Pero no tocan DSLR, no tocan sin espejo, y nunca lo harán.
Las lecciones de ese seminario de física
Entonces, de vuelta al teléfono inteligente. Si Apple quería aumentar su sensor de 12Mpixel a 16Mpixels, pero mantener el sensor de 1/3 ″, la misma lente, etc.… malas noticias. Ahora estarían muy seriamente en la difracción … lo más probable es que no veas ninguna mejora con respecto al sensor de mayor densidad. Estoy bien en el LG debido al sensor más grande y la apertura más amplia. Pero digamos que Apple quería ir a 20Mpixel en un sensor de 1/3 ″ … ahora eso realmente va a necesitar una lente f / 1.4 para evitar la difracción. Y esa será una lente más grande.
Para mejorar realmente, en lugar de solo vender una cámara de 12 megapíxeles con 4 megapíxeles de marketing (por ejemplo, su sensor tiene 16 megapíxeles, pero solo resuelve unos 12 megapíxeles, por lo que tiene 4 millones de megapíxeles de “marketing”), está buscando un sensor más grande y lente más rápida. En resumen, ya estamos en el límite de la física en un montón de puntos para cámaras P&S.
Mientras tanto, de vuelta en esa DSLR de fotograma completo o sin espejo, es probable que deba detenerse a f / 8 o f / 16 antes de que se vea cualquier imagen borrosa debido a la difracción. Ya hay un rumor de que el próximo Sony podría ser un 75Mpixel o menos de fotograma completo sin espejo … eso es realmente posible.
¿Cómo puedo hacerme ser falso para hacerla mía?
Por lo tanto, si bien un teléfono inteligente nunca puede ser comparable a una réflex digital de la misma o incluso bastante antigua cosecha, nadie les impedirá intentarlo. Un resultado noble pero algo cuestionable (Fancy Camera Maker golpea el nombre en un teléfono con una cámara totalmente basura) es la cámara del Huawei P9, desarrollada conjuntamente con Leica. Tenían algunas muy buenas ideas en este caso. Lo real: este teléfono tiene dos sensores traseros en el teléfono, una cámara de color normal a 12Mpixel, la otra una versión monocromática (sin matriz de filtro de color Bayer) de la misma cámara de 12Mpixel.
El beneficio inmediato de la cámara monocromática: aproximadamente 3 veces la sensibilidad con poca luz. Después de todo, el filtro RGB en cada píxel de la cámara a color bloquea aproximadamente 2/3 de la luz entrante. Déjalo todo, deberías ver una imagen mejorada.
Pero han agregado software para llevar las cosas más lejos. Utilizando comparaciones de paralaje entre las dos cámaras, están ofreciendo una configuración de apertura simulada en el teléfono. En realidad, pueden desenfocar los fondos cuando la cámara está configurada con un número de apertura virtual más amplio. Y sí, eso se intentó antes en cámaras individuales, solo usando el procesamiento de imágenes, pero los resultados no fueron excelentes. Las cámaras duales deberían hacer que esta funcione mejor. Pero, en última instancia, depende de los trucos de magia del software. Probablemente todavía haya algunos problemas que resolver.
En resumen, los teléfonos inteligentes están utilizando software para simular mejores fotografías. Y ha estado bien para el tirador de teléfono promedio que publicará en Facebook o Instagram y terminará. Pero no es en absoluto comparable a lo que puedes hacer con una cámara profesional. La imagen que está procesando proviene de un sensor pequeño y ruidoso, una lente de $ 5.00, y ninguna cantidad de procesamiento realmente producirá una mejor foto. Puede integrar varias fotos de varias maneras para producir un mejor resultado. Lo hago yo mismo con cámaras profesionales todo el tiempo. La razón por la que tengo 64 GB de RAM en mi PC es porque la fusión de 100 o más imágenes en bruto de 16–20 megapíxeles puede llevar una gran cantidad de memoria.
Y aquí está la parte que muchos expertos en teléfonos inteligentes se han perdido: cualquier truco que pueda usar en un teléfono inteligente se usará para otras fotografías si realmente vale la pena hacerlo, pero sin los límites del teléfono inteligente. Cualquier truco de procesamiento de fotos que quiera realizar en un teléfono inteligente debe ejecutarse en la CPU del teléfono inteligente, con los recursos disponibles para el procesamiento de imágenes en ese teléfono, en una pequeña fracción de segundo; después de todo, podría estar a punto de presionar el botón del obturador de nuevo. Incluso los panoramas de varias fotos en un teléfono se resuelven rápidamente, ya que los usuarios habituales solo aceptarán una cierta cantidad de retraso antes de poder volver a disparar.
Un efecto en Lightroom, Photoshop, DxO, etc. puede ejecutarse en mi sistema Intel i7 de núcleo hexadecimal y 64 GB de RAM si es necesario, y si vale la pena, puede tomar diez minutos o una hora o lo que sea. Por lo tanto, puedo aplicar unos pocos millones de veces más potencia de CPU para un efecto en la publicación, donde los fotógrafos serios trabajan en sus fotos, de lo que puedo hacerlo en un teléfono. Y es por eso que cualquiera que reclame trucos de software hará que las fotos del teléfono sean sustancialmente mejores simplemente no se da cuenta del problema real, fuma algo o intenta venderle algo.
La línea de fondo
Entonces, no, los teléfonos inteligentes no se están acercando o incluso se están acercando a los niveles de rendimiento de las DSLR. Pero se han topado con el mercado de cámaras P&S y, tal vez, lo han superado, en lo que respecta a la calidad, al menos, están haciendo donas ahumadas en el estacionamiento de P&S. Los mejores teléfonos con cámara también ofrecen tarjetas de memoria y baterías intercambiables, agarres de cámara, algunas cosas tontas, pero también de alguna manera le dan a los tiradores de teléfonos la “experiencia DSLR” cuando lo desean. Probablemente sea una distancia bastante corta desde allí hasta los usuarios que piensan que están disparando a un nivel DSLR. Se equivocarán, pero tomarán mejores fotos con equipo de consumo que en la mayoría de los puntos de la historia. Y en el proceso de aprender fotografía, tal vez prueben las cámaras reales.
Y ser “mejor que una réflex digital” no debería ser su objetivo de todos modos. Si la cámara de un teléfono inteligente satisface sus necesidades de calidad y características, dispare. Mejoran cada año, aunque la tasa de mejora ha disminuido considerablemente, una de las razones por las que la mayoría de los fabricantes de teléfonos están jugando con varias cámaras. Puedes aprender la mayor parte del arte de la fotografía en cualquier cámara.
Y puede aprenderlo mucho más rápido con un teléfono inteligente que cuando era niño en la década de 1970 con mi telémetro Konica S-2 y, más tarde, la Olympus OM-1 SLR. El aprendizaje es un ciclo de retroalimentación: disparar, procesar, evaluar. Tome una foto, muéstrela, examínela. Aprende algunas técnicas nuevas, aprende el arte. Ese conocimiento se traducirá en cualquier cámara que elija. La mayoría de las personas en los años setenta y ochenta no usaban SLR. La mayoría de las personas que toman fotografías hoy en día no usan DSLR o sin espejo, pero aquellos que desean el mayor control y la calidad técnica de las imágenes sí lo hacen. Pero el punto es seguir disparando y seguir aprendiendo, sea cual sea la cámara.
Ver también: la respuesta de Dave Haynie a ¿Cómo puedo tomar una DSLR como fotografías con una cámara móvil de 5 MP?
