HDR, modo noche, sensores, lentes… Te lo explicamos todo en la foto del smartphone

Desde hace algún tiempo, los fabricantes de teléfonos inteligentes han estado aumentando las innovaciones tecnológicas en el campo de la fotografía. SuperSpectrum, HDR Plus, Dual Aperture, Dual Pixel, ¿qué hay detrás de estos términos de marketing y cómo se acercan cada vez más los fabricantes a la calidad de las cámaras reales? Te explicamos todo en nuestro archivo en la foto de tu teléfono inteligente.

De izquierda a derecha: Galaxy S10, Pixel 3 y Huawei P30 Pro

Si bien los chips más potentes equipan algunos teléfonos inteligentes de gama media, que la autonomía más larga a veces la tienen los dispositivos de nivel de entrada o que las innovaciones de diseño también se realizan en los teléfonos inteligentes a 500 euros, es la foto la que se ha convertido en el factor diferenciador de la la mayoría de los teléfonos inteligentes de gama alta.

Para ello, los fabricantes de smartphones han puesto los platos pequeños en los grandes. No solo tomaron las técnicas de la fotografía digital tradicional, como la encontramos en Canon, Nikon o Panasonic, sino que también fueron más allá. Debido al pequeño tamaño de los sensores fotográficos en los teléfonos inteligentes, la fotografía digital se ha enriquecido con muchas innovaciones tecnológicas para compensar este defecto inherente incluso en los teléfonos inteligentes. Detallamos todo esto en nuestro archivo.

¿Cómo funciona la fotografía digital?

La fotografía digital utiliza en gran medida las mismas ideas que la fotografía de película, al menos para capturar la luz y, por lo tanto, la información y ajustar la exposición.

Cuanto más luz grabe una cámara digital, más exposición tendrá la foto. Por el contrario, cuanto menos luz capture, más oscura será la toma. Hasta ahora, nada más que muy lógico.

Para administrar mejor la luz, las cámaras digitales utilizan cuatro configuraciones distintas: tamaño del sensor, apertura focal, velocidad de obturación y sensibilidad ISO. Dependiendo del tipo de toma que se realice modificaremos más o menos este o aquel parámetro para adaptar la foto que queramos tomar no solo a la luz ambiental, sino también a la acción en pantalla y al tipo de plano (retrato, paisaje, macro, etc.).

Tamaño del sensor

El sensor de una cámara no se mide en número de megapíxeles, ni mucho menos. Uno de los datos más importantes es en realidad su tamaño físico. Cuanto más grande sea el sensor, mayor será la superficie que puede capturar la luz. En fotografía, los dispositivos con los sensores más grandes, llamados full frame, suelen ser los más caros.

La Sony Alpha 7 III está equipada con un sensor de 24 × 36 mm llamado "full frame"

Apertura focal

Esta es la apertura del diafragma, la membrana que se retrae o se abre dentro de la lente para dejar pasar la luz. La apertura se define en f / x, siendo f la distancia focal yx el diámetro de la pupila, es decir, el espacio que deja el diafragma para dejar pasar la luz. Así que tenga cuidado al leer una hoja de datos, cuanto mayor sea la apertura, menor será el número detrás de la f. Entonces, f / 16 es una apertura muy pequeña, mientras que f / 1,4 será una apertura grande.

La apertura utilizada aquí, f / 16, es una apertura muy pequeña, que deja entrar poca luz al sensor.

La apertura es particularmente útil, junto con el tamaño del sensor, para jugar con el desenfoque del fondo. Cuanto mayor sea la apertura y, por lo tanto, más luz se grabará, más borroso se verá el fondo detrás del sujeto fotografiado. Este es un parámetro que puede ser interesante para resaltar en retratos por ejemplo como se puede ver en las fotos a continuación, tomadas con una Panasonic Lumix GX7. La primera se toma con una apertura de f / 16 y la segunda con una apertura de f / 1,7:

Velocidad de obturación

Como sugiere su nombre, la velocidad de obturación corresponde al tiempo durante el cual el sensor registrará la imagen a capturar. Cuanto mayor sea la velocidad, menos datos puede registrar el sensor y, por lo tanto, más oscura será la foto. Por el contrario, una velocidad lenta permitirá que la imagen se grabe a veces durante varios segundos y, por lo tanto, capture mucha más luz.

La velocidad de obturación puede desempeñar un papel importante en el desenfoque. De hecho, si sostiene la cámara en la mano y desea capturar sujetos en movimiento, será mejor pasar a una velocidad rápida, de lo contrario, el sujeto puede verse borroso, habiéndose movido durante la captura. Por otro lado, si desea capturar rayos de luz de un faro en un puente sobre una carretera en medio de la noche, es posible que desee colocar su cámara en un trípode y mantener una velocidad lenta.

Sensibilidad ISO

La sensibilidad proviene de las películas plateadas utilizadas antes de la fotografía digital. En términos generales, esta es una saturación artificial de luminosidad, lo que permite que su dispositivo aumente el brillo sin haber capturado más luz. Se mide en ISO con las sensibilidades más bajas a ISO 100 y las más altas a más de ISO 100.

Este suele ser el último ajuste que se cambia cuando dispara, si los demás no son suficientes. De hecho, al aumentar la sensibilidad, se corre el riesgo de registrar ruido digital, es decir, aberraciones cromáticas que se caracterizan, por ejemplo, por puntos azules, verdes o rojos en un cielo que se supone que es negro.

Smartphones, más limitados por su pequeño sensor

Ahora que comprende los principios de exposición de la cámara, puede olvidarse de ellos y cambiar a la fotografía con teléfonos inteligentes.

De hecho, si bien encontramos sensores de 13,2 × 8,8 mm (1 pulgada), 17,3 × 13 mm (micro 4/3), 23,6 × 15,8 mm (APS-C) o 36 × 24 mm (fotograma completo) en las cámaras, esto es lejos del caso de los teléfonos inteligentes. Por ejemplo, el Honor View 20 solo integra un sensor principal de 6,4 × 4,8 mm. Y este es uno de los sensores de cámara más anchos del mercado, que también se usa en el Mi 9 de Xiaomi.

Le Xiaomi Mi 9

Con sensores tan pequeños, es necesariamente más complicado registrar tanta luz que con una cámara sin espejo, SLR o compacta experta. Si la sensibilidad o la velocidad del obturador siguen siendo criterios coherentes en el teléfono inteligente, que a menudo puede modificar en el modo de fotografía profesional, es mucho menos el caso de la apertura.

Indicar las aberturas sin especificar el tamaño del fotosensor tiene poco interés

Como hemos visto, la apertura depende sobre todo del tamaño del sensor. Cuanto más grande sea el sensor, más efectos tendrá un cambio en la apertura. Por lo tanto, indicar aperturas de f / 2,2, f2,0, f / 1,8 o incluso f / 1,5, a menudo sin siquiera especificar el tamaño del fotosensor, tiene poco interés. También pudimos verlo con la prueba del Galaxy S9 el año pasado, uno de los primeros teléfonos inteligentes en ofrecer una apertura variable, el cambio de apertura de f / 2,4 af / 1,5 n 'en última instancia solo tiene un impacto mínimo en la exposición final. de la toma.

Todo ello sin ni siquiera mencionar el hecho de que la gran mayoría de smartphones actuales, con la notable excepción del Samsung Galaxy S y Note desde el S9, solo ofrecen una apertura fija, ya que el diafragma está fijo en el módulo fotográfico.

¿Cómo superan los fabricantes estas deficiencias?

Entre los fabricantes de teléfonos inteligentes, era necesario hacer con esta restricción sensores más pequeños que los de las cámaras digitales. Sería técnicamente posible ofrecer sensores más grandes en un teléfono inteligente; Panasonic hizo esto con su Lumix DMC-CM1 equipada con un sensor de una pulgada, pero el volumen se siente claramente.

Le Panasonic Lumix DMC-CM1

También en el pasado, HTC fue uno de los primeros fabricantes en comunicar no sobre la cantidad de megapíxeles de sus sensores, sino sobre el tamaño de los fotositos, es decir, de cada celda responsable de capturar un píxel. Con el HTC One, en 2013, el fabricante taiwanés destacó el tamaño de 2 micras de cada fotosito, más grande y por tanto capaz de registrar más luz.

Hoy en día, la fotografía con teléfonos inteligentes trae muchas más tecnologías que la fotografía tradicional con cámara digital

Una tendencia que no duró mucho, el Galaxy S10 ofrece, por ejemplo, fotositos de 1,4 μm cuando el Huawei P30 Pro se conforma con fotositas de 1 μm.

Sin embargo, dado que los fabricantes de teléfonos inteligentes están limitados por las limitaciones del tamaño del sensor, se ven obligados a ser más innovadores. En muchos sentidos, la foto del teléfono inteligente de hoy trae mucha más tecnología que la foto en los dispositivos digitales tradicionales.

Modificaciones del sensor para registrar más luz

Para permitir que los sensores del mismo tamaño capturen más luz, los fabricantes han agregado algunas funciones o algunos consejos sobre los sensores de la cámara.

Sensores monocromáticos

El primero de ellos es el uso de un sensor monocromático en escala de grises, además de sensores de color RGB (rojo / verde / azul). Este es un truco que ha sido utilizado en particular por Huawei en el P9, Mate 9, P10 y Mate 10 Pro, pero también por Essential en el PH-1 o por HMD en el reciente Nokia 9 PureView.

Tres de los cinco sensores del Nokia 9 PureView son monocromáticos

La ventaja de estos sensores monocromáticos es que no tienen que preocuparse por los colores a grabar y por lo tanto pueden enfocarse solo en la luz y en los detalles. En Huawei, los sensores monocromáticos eran, por tanto, de mayor definición que los sensores de color y permitían, por ejemplo, ofrecer un zoom híbrido manteniendo un excelente nivel de detalle. Por su parte, HMD Global explica que un sensor monocromático puede registrar tres veces más luz que un sensor RGB, y que el uso de 3 sensores monocromáticos y 2 sensores de color en el Nokia 9 PureView puede capturar 10 veces más luz que un solo sensor RGB. .

El sensor de color RYB

Pero los sensores monocromáticos no son los únicos trucos que utilizan los constructores. Para sus nuevos P30 y P30 Pro, Huawei ha decidido utilizar un nuevo tipo de sensor fotográfico, llamado SuperSpectrum, que registrará no luces rojas, verdes y azules, sino rojas, amarillas y azules. Pasamos así de un sensor RGB a un sensor RYB.

Según la información facilitada por Huawei, esta elección de sensor permitiría registrar hasta un 40% más de luz que en el sensor del P20 Pro. Por lo tanto, los fotositos amarillos son capaces de registrar tanto la luz roja como la luz verde. Para luego distinguir la luz amarilla de la luz verde, Huawei confía en la inteligencia artificial. Volveremos a eso.

Le pixel binning

Finalmente, la otra tecnología utilizada para mejorar el brillo de los sensores es la del agrupamiento de píxeles. De hecho, la idea es ofrecer sensores con una gran cantidad de megapíxeles, como el sensor Sony IMX586 que se encuentra en el Honor View 20 o el Xiaomi Mi 9 con un total de 48 megapíxeles. Sin embargo, en el modo predeterminado, las tomas que emergen del sensor son cuatro veces más pequeñas, solo 12 megapíxeles.

El sensor IMX586 de Sony combinará píxeles para hacerlos más brillantes

¿Qué pasó mientras tanto? Es muy simple. De hecho, los fotositos del sensor, teóricamente responsables de registrar un píxel cada uno, fueron ensamblados por cuatro. Al ensamblar los cuatro píxeles grabados para hacer solo uno, el teléfono inteligente analizará cuál es el color promedio registrado y borrará las aberraciones cromáticas de cada píxel. Una buena manera no solo de grabar cuatro veces más luz para el mismo píxel y de cancelar el ruido digital que puede resultar de un gran aumento en la sensibilidad ISO.

Modo retrato y gestión de la profundidad de campo

Debido al pequeño tamaño de los sensores fotográficos de los teléfonos inteligentes y las variaciones insignificantes en la apertura focal, la profundidad de campo es necesariamente alta de forma nativa en un teléfono inteligente. Concretamente, esto significa que sin procesamiento, sería físicamente imposible ofrecer un buen desenfoque de fondo para las fotos en modo retrato, permitiendo que se separe el rostro de la persona fotografiada, como es el caso de una SLR, por ejemplo.

Afortunadamente, los tratamientos existen gracias a tres posibilidades.

Modo retrato con dos sensores

Para saber dónde está el sujeto a mantener enfocado y qué área desenfocar, aún necesita conocer la profundidad de la escena. Esto puede ser calculado por el teléfono inteligente usando un segundo sensor. Por lo tanto, al analizar las dos imágenes colocadas en dos lugares diferentes en la parte posterior, el teléfono inteligente podrá evaluar la diferencia entre las dos imágenes y, por lo tanto, reconstruir parcialmente la escena en 3 D. El dispositivo podrá comprender qué está enfocado el sujeto, en qué estaba el enfoque y qué áreas están desenfocadas. Esto es, por ejemplo, para lo que se usa el segundo sensor en la parte posterior del OnePlus 6T.

Además, los Pixel 3 y Pixel 3 XL de Google, que solo usan un único sensor, logran el mismo resultado. Para ello, la firma utiliza una tecnología que califica como “dual pixel”. En pocas palabras, cada sitio de fotos de Pixel 3 se divide en dos sitios de fotos, uno a la izquierda y otro a la derecha. Esto permite que el teléfono inteligente grabe dos imágenes ligeramente desplazadas, analice la profundidad de la escena usando paralaje y resalte el sujeto.

El modo retrato del Google Pixel 3 XL

Modo retrato con un solo sensor

Un método un poco menos confiable de ofrecer el modo retrato con un solo sensor es utilizar algoritmos simples. Este suele ser el caso de las cámaras frontales, para selfies.

De hecho, los fabricantes que ofrecen esta función solo confían en los datos de un único sensor. Por lo tanto, depende del procesador y de la representación de la imagen analizar la fotografía capturada para resaltar el sujeto e integrar el desenfoque por todas partes. Evidentemente, debido a la menor cantidad de información, en particular sobre la profundidad, el resultado es a menudo menos preciso y sucede a menudo que el recorte es aleatorio, en particular a la altura del cabello o de las gafas. Además, cuando quieras usar el modo retrato - o apertura - en objetos, algunos smartphones como el iPhone XR pueden evitarlo, ya que este modo solo funciona en rostros.

Modo retrato con sensor ToF

Una de las últimas innovaciones en el mundo de la fotografía de teléfonos inteligentes es el sensor ToF, llamado “tiempo de vuelo”. En concreto, se trata de un sensor que analizará la velocidad a la que una señal luminosa emitida tardará en ser transcrita en la cámara. Al analizar las diferentes medidas para diferentes puntos, el sensor permitirá establecer una cartografía 3D de la escena y por tanto analizar la profundidad con precisión.

El modo retrato del Huawei P30 Pro

Por tanto, la cámara que utiliza un sensor ToF adicional podrá ofrecer un modo retrato especialmente preciso, incluso para las zonas más complejas, como es el caso del Huawei P30 Pro.

Procesamiento de imágenes y aprendizaje automático

Ya lo hemos visto anteriormente, pero en los últimos años, muchos fabricantes de teléfonos inteligentes solo han tenido una expresión en la boca para hablar de fotos: inteligencia artificial. En Honor, por ejemplo, incluso llega a incluir las palabras "Cámara AI" en la parte posterior de ciertos teléfonos inteligentes como el Honor 8X.

Le Honor 8X

Concretamente, existen varias formas de IA. Puede ser un simple reconocimiento de escena, que por lo tanto hará que el modo automático sea aún más automático ajustando los parámetros en función de si estás tomando un retrato, una foto de comida o un paisaje. En Huawei y Honor, el modo IA permite, por ejemplo, aumentar el azul del cielo cuando se toma una foto de paisaje para que destaque aún más en la imagen, o para acentuar el verde de la vegetación. . En Samsung, es gracias al reconocimiento de escena y por tanto al modo IA que podremos pasar al modo nocturno en el Galaxy S10.

Sin embargo, puede suceder que se trate de una inteligencia artificial aún más avanzada, con aprendizaje automático. Este es el caso, por ejemplo, del Pixel 3 de Google. Los servidores de Google albergan miles de millones de imágenes y el Pixel 3 es capaz, gracias a estas imágenes, de reconstruir parcialmente lo que se puede esperar de una foto. Es así como el Super Res Zoom del Pixel 3 es capaz de aumentar artificialmente el nivel de detalle de una toma manteniendo una apariencia natural, ya que se basó para hacerlo en millones de imágenes del mismo tipo.

Varias tomas para un mejor rango dinámico

En fotografía, el rango dinámico es la diferencia entre las áreas más brillantes de una imagen y las áreas más oscuras. En un dispositivo con un rango dinámico bajo, será imposible tener el cielo azul y los colores de los edificios iluminados correctamente al mismo tiempo: o el cielo será todo blanco, como quemado por la luz, o los edificios. será negro, ahogado por las sombras.

Foto en modo HDR tomada con el OnePlus 6T

Afortunadamente, para aumentar este rango dinámico, los fabricantes han integrado modos HDR (alto rango dinámico o alto rango dinámico) en sus cámaras. Es una técnica resultante directamente de la fotografía digital. Concretamente, solo necesita tomar varias tomas con varias exposiciones diferentes, luego unirlas en el software de edición de imágenes para asegurarse de que todas las áreas de la foto se expondrán correctamente. En el ejemplo de nuestra foto de paisaje, por ejemplo, el cielo será azul en la foto menos expuesta y el edificio estará bien iluminado en la foto más expuesta. Al combinar las dos fotos, obtenemos la foto perfecta.

En los teléfonos inteligentes, HDR es aún más interesante porque está integrado de serie en los teléfonos inteligentes. No es necesario pasar por un software de edición de fotos, el procesador del teléfono inteligente calcula la representación de forma nativa.

Por lo general, los teléfonos inteligentes tomarán varias fotos seguidas, cada una con una exposición diferente. Problema, el renderizado a veces puede ser borroso, la cámara puede moverse de una toma a otra, al igual que los sujetos de la foto. Para remediar esto, HMD Global ha integrado cinco cámaras que toman la misma foto al mismo tiempo en su Nokia 9 PureView.

Modo nocturno, un modo HDR +++++++++

En los últimos años, los fabricantes han comenzado a integrar un modo nocturno en la aplicación fotográfica de los teléfonos inteligentes. Se encuentra por ejemplo en el Huawei Mate 20, P30 o P30 Pro, pero también en Xiaomi, OnePlus o especialmente en Google con sus Pixels.

Una foto del Galaxy S9 con poca luz

Concretamente, se pueden utilizar varias tecnologías para este modo de disparo nocturno. En Samsung, por ejemplo, para el modo “Super Low Light” del Galaxy S9, el teléfono inteligente simplemente subiría a la sensibilidad ISO y capturaría 12 imágenes diferentes. Luego, el teléfono inteligente se encargó de compararlos para identificar lugares donde podría aparecer ruido digital. Todo lo que tenía que hacer era eliminar los artefactos que solo aparecían en una toma y no las otras 11, luego combinarlos todos para producir una foto con poca luz.

En Huawei, el modo nocturno se parece más a un modo HDR mejorado. El teléfono inteligente abrirá el obturador durante varios segundos para capturar la mayor cantidad de luz posible y, por lo tanto, información. Gracias al software de estabilización AIS, el teléfono inteligente puede analizar el movimiento de su mano y, por lo tanto, cancelar el desenfoque durante el procesamiento de la imagen. Por lo tanto, no es necesario usar un trípode o dejar el teléfono inteligente como es el caso de OnePlus, por ejemplo. Lo mismo ocurre con los sujetos en movimiento, ya que el teléfono inteligente logra mantener solo la primera imagen fija de las personas.

Primera foto: lo que veo
Segunda foto: lo que ve el # Pixel3 en modo nocturno pic.twitter.com/G2nyDmPGBa

- ¿Ulrich Rozier? (@UlrichRozier) 13 de marzo de 2019

Finalmente, del lado de los teléfonos inteligentes Google Pixel, nuevamente el modo Night Sight. es similar a un modo HDR. La idea es capturar múltiples imágenes con diferentes exposiciones según el movimiento y el brillo de la escena, y luego combinarlas no solo para cancelar el ruido digital, sino también para eliminar el desenfoque de la toma final. Finalmente, utilizando el aprendizaje automático, el teléfono inteligente podrá hacer automáticamente el balance de blancos haciendo referencia a imágenes del mismo tipo.

Zoom con lentes de distancia focal fija

Durante dos años, los fabricantes han multiplicado los sensores en la parte trasera de los teléfonos inteligentes, pero también la óptica. Si hemos visto que esta multiplicación de cámaras podría servir para captar más luz gracias a sensores monocromáticos, o para ofrecer un modo retrato, uno de los usos más recientes es la integración de zooms ópticos.

De hecho, los fabricantes pueden ofrecer zooms calificados como x2, x3, x5 o incluso x10, como es el caso del Huawei P30 Pro. Sin embargo, tenga cuidado: tal como está, esta cifra no significa mucho.

Un zoom se define como la diferencia entre la distancia focal más corta y la más larga. En términos concretos, cuanto más corta es la distancia focal, mayor es el ángulo de visión. Por el contrario, una distancia focal larga le permitirá tener un campo de visión más débil y, por lo tanto, ver más lejos.

La gran mayoría de las fotos tomadas con un teléfono inteligente son de gran angular.

Hoy en día, la gran mayoría, si no todos, de los teléfonos inteligentes del mercado ofrecen una cámara principal con lente gran angular, equivalente a 24 a 28 mm. Este gran angular se califica como tal porque ofrece una distancia focal inferior a los 50 mm, la distancia focal definida como estándar. Tenga en cuenta: el gran angular no debe confundirse con el ultra gran angular del que hablamos un poco más abajo.

Además de esta lente gran angular, veremos la aparición de ópticas descritas como "zoom" x2, x3 o x5. Suele ser un zoom que depende de la distancia focal del objetivo principal. Así, en el Samsung Galaxy S10, el zoom óptico x2 es de hecho óptico con una distancia focal equivalente de 52 mm.

Lo mismo ocurre con las lentes ultra gran angular que se pueden encontrar en el Xiaomi Mi 9, el Huawei P30 Pro (fotos de arriba) o el Galaxy S10. Como sugiere el nombre, se trata de ópticas con un ángulo aún mayor y, por lo tanto, una distancia focal más corta que en las cámaras principales. Así, el ultra gran angular del Galaxy S10 permite bajar a una distancia focal equivalente a 13 mm, mientras que el del P30 está limitado a 16 mm. El primero ofrece así un campo de visión de 120 ° mientras que el segundo permite un campo de visión de 107 °.

En general, con muy raras excepciones, como el Samsung Galaxy S4 Zoom, no hay un verdadero zoom óptico progresivo en los teléfonos inteligentes. El nivel de zoom óptico aumenta al cambiar de un objetivo a otro. Todo lo demás es un zoom híbrido. Entre el gran angular y el telefoto, las imágenes serán calculadas, por ejemplo, por el teléfono inteligente para definir la nitidez utilizando los datos de los dos sensores.

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