¿Qué tan grande quieres que sea tu teléfono? Sony fabrica un sensor de 100 megapíxeles que tiene un tamaño de 53.7 mm x 40.4 mm, y generalmente se encuentra en cámaras de $ 100,000. Y la lente para dicho sensor tiene varias pulgadas de largo, cuesta $ 5000 y pesa unas pocas libras. Necesita lentes de distancia focal más grandes y más largas para cubrir sensores más grandes.
Tomemos el último y trabajemos hacia atrás: distancia focal. La mayoría de nosotros queremos un teléfono delgado. Mi LG V10 es 159.6 mm x 79.3 mm x 8.6 mm. Supongo que podría pegar ese sensor Sony de 100 megapíxeles en la parte posterior, pero sin lente. Pero la clave aquí es el grosor de 8,6 mm del teléfono. No puedo soportar una lente en este teléfono que tiene una distancia focal de mucho más de 6 mm … el sensor y la carcasa ocupan espacio. El sensor mide aproximadamente 23 mm ^ 2, frente a los 860 mm ^ 2 de un DLR de fotograma completo o los 2170 mm ^ 2 de ese sensor de 100 megapíxeles. Este tamaño permite una lente de 5–6 mm que ofrece un campo de visión de 72 grados: ancho, pero no tan ancho como para ser una lente especial. Ese tamaño de chip de imagen también mantiene el ancho de la lente bajo control, ya que se puede hacer una lente mucho más pequeña para cubrir 24 mm ^ 2 que algo mucho más grande.
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El sensor de 23 mm ^ 2 en el V10 es un sensor de 16 megapíxeles. Haciendo los cálculos, claramente tiene sitios de píxeles que tienen 1.12 micras en un borde. Ese es otro factor limitante, debido a una cosa llamada difracción. Si toma una fuente de luz puntual perfecta y la pasa a través de una abertura restringida, como una lente, no se enfocará en un punto perfecto, sino en un disco. Esto se llama un disco Airy, después de George Airy, el primer tipo en “hacer los cálculos”.
El diámetro del disco se muestra aquí … eso sería 2.4 micras para la lente f / 1.8 en el V10. O cualquier lente f / 1.8, en cualquier lugar, en cualquier momento, en cualquier lugar, en cualquier planeta. Ahora, ese es un gráfico 3D del punto de luz perfecto difractado, y en los bordes, la intensidad de la luz es muy débil. Entonces, aunque el tamaño de píxel en la cámara de mi teléfono es considerablemente más pequeño que la proyección Airy Disc de esa lente, en la práctica, el centro intenso de esa fuente puntual se mantiene principalmente dentro del píxel de 1.12 micras. Por lo tanto, no veo una imagen “con difracción limitada”, y los 16 megapíxeles que aparecen en la hoja de especificaciones de la cámara es más o menos lo que se ve en las fotos reales.
Sin embargo, si su tamaño de píxel es demasiado pequeño para el tamaño del Airy Disc, obtendrá esto: dos puntos de luz adyacentes que se fusionan como uno. Eso es limitante de difracción. Hay muchas cámaras P&S más baratas en el mercado, con sensores de hasta 20Mpixel y no mucho más grandes que el sensor de mi teléfono, generalmente alrededor de 25–26mm ^ 2. Entonces eso sigue siendo alrededor de 1.0–1.2 micras. La variedad de estos con un zoom largo por lo general tiene una apertura máxima de f / 3.5. Eso ofrecerá un disco Airy de más de 4 micras: esa fuente de luz puntual cubrirá completamente 10 píxeles y cubrirá parcialmente 26 píxeles. Este tipo de cámara tendrá una resolución efectiva de aproximadamente 10–12 Mpixels.
La difracción también es la razón por la cual los teléfonos inteligentes y las cámaras P&S más baratas no tienen una apertura variable, aparte de la variación basada en el diseño del objetivo para un objetivo con zoom. Detenerlo en absoluto sería solo un servidor para difuminar la imagen.
Así que hagamos un sensor de 100 Mpixel en un chip de 25 mm ^ 2. Eso proporcionará píxeles de aproximadamente 0,5 micras por lado. Incluso en f / 1.2, una lente realmente rápida, verá límites de difracción.
Y no es solo la limitación de difracción el problema. La cantidad de luz por píxel, una función del tamaño de píxel y la apertura de la lente, determina cuánta luz vas a capturar por píxel. Eso, a su vez, determina cuánto debe amplificarse la señal del fotodiodo de cada píxel, cuánto ruido y, por lo tanto, el rango dinámico que verá en una imagen. Sony fabrica un sensor de teléfono de 20 megapíxeles utilizado en un montón de cámaras. También un sensor de 20Mpixel 1 ″ (aproximadamente 120mm ^ 2), que se usa en mi cámara de bolsillo Pansonic ZS100. También tengo una Canon 6D con un sensor de 860 mm ^ 2 20Mpixel. Cada uno de ellos puede tomar fotos de 20Mpixel. Pero el Canon capturará un rango más dinámico (la diferencia entre claro y oscuro), y ofrecerá una mejor imagen con poca luz. Nuestro sensor de teléfono inteligente de 100 megapíxeles probablemente solo sería útil con luz solar brillante, si eso es así.
Y el hecho simple es que a nadie realmente le importa un sensor de 100Mpixel a menos que estén en la industria de la moda o algo así, disparando vallas publicitarias gigantes en esa cámara de marco medio. Después de aproximadamente 12 megapíxeles, tiene todo lo que necesita para la mayoría de las demandas de los consumidores, particularmente en esta era de publicaciones en Instagram.
Para las cámaras orientadas a profesionales, hay un valor para un sensor grande para algunas personas. Podría comprar una Canon 5D que se adapte a todas mis lentes Canon y dispare 50Mpixel, pero realmente no tengo uso para eso. Gran parte de las cosas que filmo son viajes al aire libre y paisajes, y a menudo hago grandes fotos compuestas. Para mí, 20Mpixel o incluso 16Mpixel son suficientes para una serie de tomas que eventualmente se fusionarán en una imagen de 100–500Mpixel. Y no, un sensor de 100 megapíxeles no me daría eso, a menos que dispare con relaciones de aspecto extrañas.
Y la mayoría de las personas no posee una lente lo suficientemente nítida para un sensor de 100 megapíxeles, incluso en una réflex digital. Ese es el otro problema aquí. Incluso con esa Canon 5D, Canon tiene una lista de lentes aprobadas para entregar realmente una imagen de 50Mpixel. Creo que tengo dos de ellos.
Nokia hizo el teléfono con cámara con sensor más grande de todos los años con el teléfono Pureview 808. Este teléfono tiene un sensor de 1 / 1.2 ″, casi tan grande como el sensor de una Sony RX-100, una Panasonica ZS100 o las cámaras del sistema sin espejo Nikon 1. Esto era técnicamente un sensor de 41 megapíxeles, pero la cobertura de la lente produjo un máximo de 38 megapíxeles, cada uno de 1,4 micras, lo que no está nada mal para un teléfono celular. Sin embargo, incluso con ese golpe de cámara masivo, usaron una lente f / 2.4 de 8 mm … lo suficientemente rápido como para evitar la difracción. Y una equivalencia de lente de 35 mm de 26 mm, muy amplia.
Pero la idea que Nokia tenía aquí no era realmente un teléfono inteligente de 38 megapíxeles. Más bien, pensaron que 5Mpixel era suficiente para cualquier usuario de cámara, y ofrecieron varios recortes diferentes de la imagen de 38Mpixel, reducida a 5Mpixel. Entonces funciona como un zoom, aunque sí, podría guardar una imagen de 38Mpixel. Pero esto no se dio cuenta.
Un par de otras compañías también fabricaron “cámaras para teléfonos”, incluidas Samsung, Sony y Panasonic, con mejores chips, mejores lentes, zooms, etc. Todas ellas han sido bastante experimentales y no han tenido demasiado éxito.
Algunas compañías están experimentando con múltiples cámaras, todas con sensores pequeños. La de arriba se llama Light Camera, y no es un teléfono celular, pero es delgada. Los reflejos que ves son espejos. Tiene 16 cámaras (resolución no especificada), todos sensores de clase celular. Hay cinco cámaras con un equivalente de aproximadamente 35 mm, cinco con un equivalente de 75 mm y seis con un equivalente de 150 mm: los espejos están plegando el camino óptico de las lentes más largas para mantener todo más delgado. Afirman que disparan con hasta diez cámaras a la vez, y estarán haciendo varios fragmentos de magia de software para entregar resultados de hasta 50Mpixel. No se sabe si realmente va a ser bueno todavía: la última vez que lo verifiqué, todas las cosas en línea eran pequeños archivos JPEG. Pero esta es una forma en que un diseñador de teléfonos inteligentes podría ir.
Y unos pocos lo han hecho. Mi LG V10 utiliza dos cámaras frontales de 5Mpixel offset para ofrecer una toma de aspecto amplio difusa … selfies grupales, supongo. El Huawei P9 tiene dos sensores de cámara similares, un color, uno monocromo y un software genial … hecho en colaboración con Leica. Veremos si alguna de estas ideas realmente tiene éxito.
