Esta es realmente una pregunta muy interesante, porque hay varios factores involucrados en ella. Tenga en cuenta que estoy simplificando demasiado en esta respuesta, y estoy pasando por alto algunas cosas que algunas personas pueden sentir la necesidad de señalar o elaborar: si tiene alguna de esas elaboraciones, agréguelas, esta publicación será lo suficientemente larga como es.
Para comprender cuánto más pueden mejorar las cámaras de los teléfonos inteligentes, primero debemos comprender cuánto han mejorado los sensores de la cámara con el tiempo. Luego, debemos entender de dónde proviene la ganancia primaria en calidad y de qué manera las cámaras de los teléfonos inteligentes han cambiado para superar sus restricciones físicas, y por último, debemos considerar qué formas futuras hay para que las cámaras de los teléfonos inteligentes mejoren a pesar de las limitaciones físicas.
El rendimiento teórico de la cámara está esencialmente limitado por cuatro cosas: difracción, óptica, tamaño de formato y capacidad de recolección de luz. Si tiene una óptica de mejor calidad que deja entrar más luz, entonces se recogen más fotones, lo que da como resultado una imagen más nítida y con una mejor relación señal / ruido. También hay características ópticas que pueden ser deseables en la fotografía, como una profundidad de campo baja, que son más fáciles de lograr en un formato de imagen más grande. También hay ópticas que pueden generar efectos que pueden ser deseables, como lentes que le permiten inclinar o cambiar el plano de enfoque. Eso no se puede replicar en un teléfono celular a través de la óptica, por lo que lo ignoraré en gran medida.
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Le recomendaría que vea el video n. ° 1 (vea las notas al pie de página): explica ISO en profundidad y registra las mejoras en el alto rendimiento ISO a lo largo del tiempo según las clasificaciones de DXOmark. La versión corta es que descubrió que el alto rendimiento ISO aproximadamente se duplicó en 8 años, pero se está desacelerando. A los fines de esta publicación, supondré que continuará aproximadamente a esa velocidad, aunque eso es poco probable.
Supuesto 1: El alto rendimiento ISO se duplicará aproximadamente en 8 años. Llamaré a eso “Ley de Northrop”. A medida que la tecnología del sensor mejore, se volverán más eficientes al extraer una mejor relación señal / ruido de los fotones que los golpean.
A continuación, tenemos que ver dónde han mejorado las cámaras de los teléfonos inteligentes. Ahora que la carrera de megapíxeles está a punto, al menos con formatos más pequeños, sabemos que la resolución del sistema de cámara va a estar algo limitada por el formato. La cuestión es que, en el mundo real, los megapíxeles no son tan importantes después de cierto punto. Solo limitan la cantidad de detalles que podemos incluir en las imágenes. En formatos de imagen más pequeños, la difracción es un factor limitante en la cantidad de resolución que podemos alcanzar. La difracción es mayor con una apertura más pequeña, no solo relativamente, sino absolutamente. Una de las razones por las que los lentes comunes del kit tienen una calidad de imagen mucho mejor que las cámaras de apuntar y disparar baratas es el mayor tamaño de apertura. Ambos pueden ser f / 5.6, pero en un formato más grande, f / 5.6 no es una resolución limitada por difracción, mientras que en un pequeño sensor de largo zoom y disparar, f / 5.6 es en realidad una pequeña apertura y la resolución de la cámara es Muy limitado por difracción.
Esta es la razón por la cual los teléfonos inteligentes modernos tienen lentes con grandes aperturas: creo que el más grande en estos días es f / 1.7 en el Galaxy S7. En esa apertura, el sistema de cámara NO está limitado por difracción.
Hecho 1: Las cámaras de teléfonos inteligentes de gama alta usan grandes aberturas no solo para dejar entrar más luz, sino también para evitar la difracción .
A medida que avanza a un tamaño de sensor cada vez más pequeño, necesita un número f / mayor para evitar la difracción. En una cámara réflex de 35 mm con un sensor de 20 megapíxeles, la difracción PUEDE ser notoria alrededor de f / 11, pero la imagen aún se verá muy detallada. En un sensor APS-C, verá la difracción aproximadamente 1.5 paradas más grande, aproximadamente f / 9, y en un sensor 4/3 de la misma resolución, la difracción comenzará a activarse en f / 5.6. En un sensor de teléfono inteligente de alta gama (1 / 2.3 “) a 20 megapíxeles, eso nos da f / 1.9 como la apertura donde la difracción comienza a llegar. Si la resolución es menor, no notaremos difracción hasta más tarde. A 12 megapíxeles, probablemente sea alrededor de f / 2.3 o algo así.
Ver nota 2 sobre cómo funciona la difracción en óptica.
Hecho 2: las cámaras de teléfonos inteligentes de gama alta han tenido sensores y aperturas crecientes
Entonces, entendemos que los sensores de la cámara duplican su eficiencia en 8 años. Entonces, ¿por qué las ganancias han sido tan impresionantes desde 2008? Elegí 2008 porque eso fue hace 8 años …
El iPhone 3GS tenía un sensor de 1/4 “, que medía aproximadamente 3.2 x 2.4 mm – 7.68 mm cuadrados
El Galaxy S7 tiene un sensor de 1 / 2.6 “, que mide 6.69 mm x 5.55 mm – 37.1 mm cuadrados
Hecho 3: El Galaxy S7 tiene un sensor de imágenes que es casi 5 veces más grande que el iPhone 3GS. Y también una mayor apertura (el 3GS era f / 2.8, aproximadamente 1.5 paradas más lento).
En términos muy simples, si duplica el tamaño del sensor y mantiene la apertura del mismo tamaño relativo, duplicará la concentración de luz. Vea el video 3 para comprender completamente la relación sorprendentemente simple entre el tamaño del sensor, la apertura y la calidad de la imagen. La versión corta es que existe una relación lineal entre el área del sensor y el ruido de la imagen. El video compara un sensor 4/3 con un sensor de formato de 35 mm, lo cual es conveniente, ya que el sensor de 35 mm es 4 veces más grande. Esto es cierto para las cámaras de mayor escala de las que nos encanta hablar, pero también es cierto para las maravillas en nuestros bolsillos.
Hecho 4: El Galaxy S7, con un sensor 5 veces más grande y una apertura 1.5 veces más grande, ve 7.5 veces más luz que el sensor iPhone 3GS. Y de acuerdo con la Ley de Northrup, debería ser aproximadamente dos veces más eficiente en la utilización de esa luz.
Para que el nuevo Galaxy S7 brillante funcione tan bien como la cámara del iPhone 3GS, cuando tiene 1/15 de tanta luz …
Ah, sí, también tiene estabilización de imagen, por lo que con sujetos inmóviles, obtienes otras 3 o más paradas de capacidad de transporte manual antes de obtener imágenes notablemente borrosas.
Entonces, en el mundo real, para imágenes de objetos fijos, necesita 1/45 de la cantidad de luz.
¡Guauu!
¿Qué significa eso realmente?
El rendimiento de la fotografía en interiores está mucho más relacionado con la cantidad y el uso de la luz que se acumula. La fotografía al aire libre no está restringida por la cantidad de luz que puede reunir, ya que es brillante, sino por la calidad máxima alcanzable del sistema de cámara.
Las lentes son mejores hoy. En pocas palabras, con la mayor importancia de la cámara, los lentes de la cámara de un teléfono inteligente son mejores de lo que solían ser. Entonces hay más megapíxeles, y la óptica es capaz de capturar ese detalle. La imagen también tendrá una mejor relación señal / ruido que las cámaras antiguas, pero no en la medida en que la diferencia se pueda ver en interiores.
Una nota sobre la calidad de imagen absoluta en comparación con las cámaras de apuntar y disparar: la calidad de imagen absoluta está limitada por la relación señal / ruido de la imagen. Hoy en día, muchas personas han notado que su teléfono inteligente realmente toma mejores fotos que su cámara de puente% ^% ^ & * demasiado cara. Como se mencionó anteriormente, noté que los teléfonos inteligentes ahora tienen sensores que son casi tan grandes. Las lentes son mejores ahora también. Las cámaras puente tienen aproximadamente el mismo tamaño de sensor, pero a menudo tienen pequeñas aberturas que limitan las imágenes por difracción. Ick! Pero hay otro factor silencioso en juego aquí: ISO. Los sensores de teléfonos inteligentes no tienen un ISO base de 100 o 200, como suelen tener los sensores de punto y disparo. ¡A menudo tienen una base ISO de 40 o menos! Este ISO más bajo permite velocidades de obturación más largas, pero con la gran apertura y la lente gran angular, ¡esto NO es una preocupación exterior! Por lo tanto, la cámara de apuntar y disparar puede usar f / 3.5 e ISO 200, pero la cámara del teléfono inteligente usa ISO 40 yf / 1.7. ¡El sensor del teléfono inteligente todavía es un poco más pequeño, pero captura MUCHA más luz que su viejo y disparador punto de disparar!
En resumen, hemos llegado muy lejos. Pero las frutas bajas se han ido.
¿A qué me refiero aquí? ¡Hemos aumentado el tamaño de nuestro sensor en un factor de 5! Si lo aumenta más, los módulos de la cámara serán más grandes. Ahora tenemos ópticas de mejor calidad, aunque todavía producidas en masa, que son capaces de resolver una gran cantidad de detalles. La resolución ahora es lo suficientemente alta para el uso normal, y la difracción no es una limitación.
Esto plantea la pregunta: Mejora del rendimiento: ¿de dónde puede venir?
Sensor más grande: todavía hay espacio para utilizar sensores más grandes en los teléfonos. Hay algunos teléfonos celulares que usan un sensor de 1 “, aproximadamente 4 veces más grande que el Galaxy S7. Esto aumentará la calidad de la imagen, pero no hay forma de tener una cámara más voluminosa. Continuaremos viendo que los fabricantes aumenten el tamaño del sensor, pero esto aumentará disminuya la velocidad. Aquí hay una imagen de una cámara con un sensor de 1.5 “: la Lumia 1020:
Supongo que algunos futuros teléfonos inteligentes tendrán sensores bastante grandes, pero los que todos usen alcanzarán un límite y dejarán de crecer, y eso será más pronto que tarde. Sin embargo, se esperan más teléfonos con sensores grandes en el futuro.
Cámaras duales: desafortunadamente para los propietarios de teléfonos inteligentes que desean una lente con zoom, deben comprender que las lentes con zoom requieren más elementos ópticos, por lo que hacen que las cosas sean un poco más gruesas. Hay cámaras de apuntar y disparar que incluyen un gran zoom en un paquete pequeño, pero estas lentes de zoom sacrifican la calidad de la lente y tienen pequeñas aberturas para lograr sus objetivos.
Las lentes duales (y, por lo tanto, un sensor para cada lente) son en realidad una solución más elegante para esta limitación. Con una solución de lente dual, tendrá una lente más ancha y una distancia focal más larga, lo que le permitirá “hacer zoom” y obtener más detalles de sus sujetos. Actualmente están en su infancia, pero me parece una suposición razonable que, con el tiempo, las cámaras funcionarán juntas y el teléfono combinará las imágenes para que pueda obtener imágenes más detalladas, o tal vez una toma de gran angular con un centro más detallado zona.
En cuanto a cuán efectivo se volverá, no soy el tipo adecuado para preguntar.
Fotografía computacional: esta era ya ha comenzado. Los teléfonos inteligentes tienen algoritmos sofisticados de procesamiento de imágenes, y aunque el rendimiento de la cámara en bruto está mejorando, el procesamiento en la parte superior de las imágenes en bruto también ha mejorado drásticamente. Creo que todavía hay algunos caminos por recorrer, pero de nuevo, creo que la fruta baja ya no está. No tenemos un Lightroom con plena potencia trabajando en las imágenes de nuestro teléfono, pero lo que tenemos es inimaginablemente bueno en comparación con hace 8 años. La brecha entre la tecnología móvil y el escritorio seguirá existiendo, pero se reducirá más en el futuro.
Innovaciones de sensores: por supuesto, existe la posibilidad de un avance en los sensores de imágenes. Lo creas o no, el alto rendimiento ISO está cada vez más limitado por la cantidad de fotones que recolectamos, por lo que el aspecto físico de la óptica y el sensor es mucho más importante, pero hay espacio para otras cosas que marcan la diferencia. Por ejemplo, alguien ha diseñado un sensor de imagen que tiene mucho más rango dinámico que los sensores que usamos ahora, porque cuando un solo píxel se satura por completo, el sensor descarga esa carga y recolecta aún más fotones.
¿Dónde estaremos en el futuro? ¿Cuánto pueden mejorar las cosas?
Como puede suponer por el tono de mi publicación, la tecnología proporcionará una ganancia de calidad lenta pero constante. Otra duplicación del alto rendimiento ISO en 8 años nos dará una mejora notable, pero siento que la óptica y el tamaño del formato de la combinación sensor / óptico nos da más espacio para ver que las cosas mejoren. Supongo que los teléfonos de tamaño normal pueden llegar a un sensor de 1 / 1.7 “, que ahora es menos del doble que 1 / 2.6” en el Galaxy S7. Pero para llegar allí será necesario hacer algunos compromisos físicos, más una protuberancia de la cámara. Si un bulto de cámara no es aceptable, es probable que los sistemas de doble cámara proporcionen el mayor impulso.
Mi predicción es que las ganancias en los próximos 8 años serán significativamente menores que las ganancias en los 8 años anteriores, al menos en una escala relativa. Hace 8 años, un teléfono inteligente no era lo suficientemente bueno como para reemplazar una cámara para muchas personas. Hoy lo son.
Algunas de las capacidades de los formatos de imagen más grandes pueden compensarse de alguna manera mediante la fotografía computacional, pero no será una panacea. La óptica y el tamaño del formato no serán reemplazados totalmente por computadoras.
Si tuviera que tirar un número en mi trasero similar a la mejora de 15x en los 8 años anteriores, ese número sería que deberíamos ver una mejora de ~ 5x en los próximos 8 años, más o menos, pero tendremos cámaras más flexibles en nuestros teléfonos en ese momento gracias a la fotografía computacional mejorada y los sistemas de doble cámara.
Notas al pie / materiales secundarios:
Nota al pie 1 : Corté al punto en el video cerca del gráfico que muestra la mejora en el alto rendimiento ISO, pero vale la pena ver todo el video.
Nota 2: cómo funciona la difracción
Nota 3: Cómo el tamaño y la apertura del sensor afectan la calidad de la imagen al comparar diferentes formatos
