¿Han alcanzado los sensores digitales recortados sus límites máximos de diseño?

muy improbable

En este momento, se está llevando a cabo una gran cantidad de I + D en tecnología de sensores, incluso los ejemplos que brinda son, en el mejor de los casos, engañosos.

• Solo hablas de megapíxeles, hay muchas mejoras que se pueden hacer sin aumentar el número de píxeles. Por ejemplo, simplemente compare imágenes de la cámara de un teléfono celular de 8MP de un modelo nuevo con un modelo de 4 años.

• Los sensores APS-C no se han estancado en términos de su cantidad de megapíxeles: Nikon lanzó recientemente una cámara APS-C de 24MP (la D7100)

• El sensor 7D de 18MP no se actualizó porque el 7D no se actualizó.

• Por otro lado, el sensor de 18MP de la serie Rebel (no sé si este es el mismo sensor que el 7D o no) introducido en 2010 con el 550D se actualizó en 2012 con detección de fase en chip para el 650D (¿cómo es eso? para un ciclo de actualización de 2 años?)

• Sony solo comenzó a producir sensores retroiluminados a precios de consumidor en 2009

• La Nikon D800 con un sensor de 36MP se introdujo en 2012

Por lo tanto, no solo no se detuvo el desarrollo del sensor, sino que ni siquiera se desaceleró. Las nuevas mejoras de sensores se lanzan a un ritmo sorprendentemente alto teniendo en cuenta los gastos de investigación y fabricación necesarios.

Si bien los megapíxeles no están cambiando mucho, eso no significa que los sensores no estén mejorando de otras maneras. Por razones físicas (difracción), a niveles más altos de megapíxeles, comienza a ganar menos en términos de calidad de imagen que con otras mejoras. Además, cuanto más altos son los megapíxeles, menos notables son las mejoras en la resolución, incluso para impresiones bastante grandes. (Una cámara de 24 MP puede hacer cómodamente un retrato de 16 por 20 a 300 ppp).

Esto ha llevado a una pequeña caída en el impulso por un mayor número de píxeles y más impulso hacia otras áreas de mejora. Recientemente se han logrado grandes avances en términos de sensibilidad a la luz baja, reducción de ruido, muestreo más rápido y mejor precisión de color. Todos estos factores tienen más impacto en la calidad visual de un sensor que simplemente aumentar el número de píxeles. También vemos cosas como la integración del enfoque automático de detección de fase en los sensores de imágenes directamente para tratar de dejar de necesitar un sensor y un espejo PDAF dedicados por separado.

En resumen, no, no estamos llegando a un límite máximo de diseño, solo las prioridades y las áreas de avance están cambiando. Es probable que continúen cambiando a medida que la tecnología mejore aún más y busquemos mejores formas de capturar imágenes.

Cuando los desarrollos alcanzan un límite, mueven el límite o encuentran otro para correr. Las cámaras digitales son bastante nuevas, pero es posible que recuerde que se dice esto sobre los componentes de la computadora con regularidad.

Obviamente, los megapíxeles son muy importantes para el marketing, por lo que continúan. Hay cámaras ultracompactas de apuntar y disparar con 20 MP . También hubo varios modelos que tenían de 14 a 16 MP que se actualizaron a uno de 10 o 12 MP para ofrecer una mejor calidad de imagen. Esas fueron ofertas compactas de alta gama de Canon y Nikon y se vendieron bien porque estaban dirigidas a un segmento donde los megapíxeles no lo son todo.

En una entrevista de 2009 , Olympus declaró que 12 MP eran suficientes incluso para sus DSLR. Claramente, los PEN deben estar funcionando en otra cosa;)

Existe un límite físico en el que no se pueden reducir los píxeles debido a la difracción. Por esta razón, ya estamos viendo cámaras con difracción limitada en F/5.6 y muchos modelos de sensores pequeños ya no tienen una apertura física, por lo que siempre disparan completamente abiertos. Sin embargo, la apertura total al final de un zoom de 24-1200 mm es F/6.9 o algo así. Se desliza un filtro ND para reducir la luz que llega al sensor sin causar difracción.

El límite de difracción es relativo al área de captación de luz, por lo que los fabricantes están trabajando para crear áreas más grandes. Los sensores BSI ya son convencionales y también funcionan en mejores microlentes.

Hay muchas más áreas de mejora sin afectar el número de megapíxeles. En mi opinión, el rango dinámico es el más importante. Luego están el color y la sensibilidad a la luz. Todos los principales fabricantes tienen patentes en el área que aún no se han utilizado. Fuji parece haber adoptado un enfoque más audaz que los demás, pero espera ver avances de todos los fabricantes.

Si alguien supiera la respuesta a eso, estaría solicitando las patentes. Tal vez lo sean, simplemente no somos conscientes de ello. Hay varios problemas diferentes involucrados en las diferentes partes de su pregunta.

• En el caso de los teléfonos con cámara, el tamaño del sensor parece ser el factor limitante actual en términos de megapíxeles. Solo puede caber tantos píxeles en un espacio tan pequeño.

• Lo mismo es cierto, en menor medida, para compactos/punta y brotes. La resolución actual de los sensores generalmente excede la capacidad de las lentes frente a ellos. Las mayores oportunidades de mejora se encuentran en el área del rendimiento con poca luz, en lugar de los megapíxeles.

• Las últimas ofertas de DSLR de Canon en todos los segmentos, excepto en el nivel de entrada, han sido cámaras de fotograma completo. Aparte de las actualizaciones de Rebel que usan el mismo sensor, el último modelo APS-C que presentó Canon fue el 60D en 2010 (y más los Rebels usan el mismo sensor que el 7D presentado en 2009). Desde entonces, han introducido modelos de fotograma completo en 1D X, 5D mkIII y 6D junto con APS-H 1D MkIV, cada uno con su propio sensor nuevo. Los rumores de un nuevo sensor APS-C para Canon llevan tiempo circulando. Una vez que esté listo para la producción, me imagino que veremos un reemplazo 7D y 60D con bastante rapidez.¹ El último Rebel, el T5i, debería haber sido realmente el T4iN. Hay tan poca diferencia que muchos de los sitios de revisión ni siquiera lo están evaluando.

• Hay algunos nuevos desarrollos interesantes, como la nueva máscara de color utilizada en los sensores Fuji con un patrón no repetitivo 6X6 de 20 píxeles verdes, 8 rojos y 8 azules en lugar de una máscara Bayer 2X2.

_{¹ El 70D y el 7D Mark II vinieron y se fueron con solo mejoras menores basadas en sensores. No fue sino hasta que se presentó la 80D en 2016 que Canon finalmente presentó un sensor APS-C con mejoras significativas sobre el sensor APS-C de 18MP presentado con la 7D original en 2009.}

Este es el tipo de respuesta que les encanta a los votantes negativos. Afortunadamente, tener una "repetición" que aumenta suavemente no es algo muy significativo, así que, espera... :-)

Asi que

Pregunta : ¿Han alcanzado los sensores digitales recortados sus límites máximos de diseño?

respuesta : no

A riesgo de caer en la arrogancia y sufrir la torre de Babelitis, es razonablemente razonable concluir que siempre será posible hacer las cosas mejor y más baratas al mismo tiempo. La pregunta principal suele ser cuánto tiempo llevará descubrir cómo hacerlo.

P:
¿Cómo se lograrán estos cambios?
¿Qué forma tomarán?
¿Qué "leyes de la física" relevantes y limitantes existentes eludirán (nunca "romperán") para hacerlo?

R:
No sé.
Y nadie más lo hace con certeza durante más de un año o dos en el futuro.
La "próxima gran cosa" ya está patentada, probada y evaluada y actualmente está siendo optimizada por los ingenieros. no se que es

Invariablemente hay puntos difíciles en el camino, ya que, por ejemplo, alguna ley de la física interpone lo que se considera un límite duro natural. En algunos casos, el límite estricto puede ser lo suficientemente difícil como para que se necesiten siglos para encontrar la "regla real de la física" a la que la antigua era una aproximación. Lo más probable es que las leyes que rigen la limitación de la difracción sean seguras durante siglos y posiblemente milenios.
Lo más probable es que, en el año 2525 , si el hombre todavía está vivo , la limitación de la difracción en cámaras con sensores pequeños y similares no será un concepto significativo.

Las meras limitaciones físicas tienden a ser eludidas. Muy pocas personas en estos días se preocupan por el tamaño de grano alcanzable de las imágenes con base de plata, o la inflamabilidad y longevidad de la nitrocelulosa.
O si 2,62 megapíxeles son realmente suficientes para 'buenas' fotos de boda

¡¡¡Guau!!!

Nikon D1
2.62Mp.
"Han ido tan lejos como pueden ir..."

Versión más grande :-}

La investigación de sensores sigue siendo fuerte, y es muy poco probable que los sensores que compramos hoy sean los mejores que puedan existir.

Es muy posible que la carrera de megapíxeles disminuya por un tiempo; los sensores más pequeños (tamaño de teléfono celular) ya están en el límite de difracción.
Los sensores más grandes, DX y FX, podrían duplicar o cuadriplicar su cantidad de megapíxeles antes de que el límite de difracción se convierta en un problema, pero los beneficios reales de aumentar aún más la resolución del sensor parecen estar limitados por las lentes.

Pero hay muchas otras formas de mejorar la calidad de la imagen, desde mejoras iterativas para reducir el ruido y aumentar la eficiencia cuántica (el porcentaje de luz que llega al sensor que se convierte en electricidad para que pueda grabarse) hasta diseños de sensor completamente nuevos.

Dos ejemplos de diferentes diseños de sensores, uno ya en el mercado y otro en la etapa inicial de investigación:

• Sensor Foveon de Sigma : captura todos los colores en cada píxel (en lugar del típico sensor Bayer que captura solo un color por píxel). El resultado es una mayor resolución para el mismo número de píxeles . Un inconveniente actual es el rendimiento muy bajo de ISO alto, pero podría haber formas de mejorarlo.
• Primer prototipo de Panasonic : omite los filtros de color Bayer (que bloquean 2/3 de la luz entrante antes de que llegue al sensor) y los reemplaza con "divisores de color". El efecto debería ser de 2 a 3 veces más luz que llegue al sensor, o una mejora de 1 a 1,5 pasos en el rendimiento de ISO alto .

El tiempo dirá cómo resulta. Pero no tengo ninguna duda de que los sensores seguirán mejorando, aunque es posible que las mejoras no se materialicen en más megapíxeles.

Límites de difracción: ¿Cuántos Mpx se necesitan para tener un límite de difracción?

• Sensor de efectos: 96 Mpx @ f/5.6; 394 Mpx @ f/2.8
• Sensor DX: 43 Mpx @ f/5.6; 175 Mpx @ f/2.8
• Sensor de 1": 13 Mpx @ f/5.6; 53 Mpx @ f/2.8
• Sensor de 1/3,2" (iPhone): 7,1 Mpx a f/2,8; 13 Mpx a f/2

Celulares:

• El iPhone 5 (8 Mpx) tiene una lente af/2.4 y tiene una difracción limitada a f/2.8.
• Samsung Galaxy S4 (13 Mpx) tiene lente af/2.2 y tiene difracción limitada a f/2.

Así que los sensores de los teléfonos móviles ya están chocando contra el límite de difracción.

(El Nokia 808 Pureview metió 41 Mpx en un teléfono celular, pero era un sensor mucho más grande - 1/1.2", 5-6 veces más grande que el sensor del iPhone/Samsung y no mucho más pequeño que el 1" del sistema Nikon 1 - y af/2.4, por lo que estaba cerca del límite de difracción pero no lo excedía).

Sensores de 1":

• La Sony RX 100 (20 Mpx) tiene una lente af/1.8-4.9 y tiene una difracción limitada a f/4.
• Nikon 1 V2 (13 Mpx) tiene lentes entre f/1.8 y f/5.6 y tiene una difracción limitada en f/5.6.

Estos también están cerca del límite de difracción de sus respectivas lentes. Pero podría decirse que esto es tanto una cuestión de disponibilidad de lentes. Por ejemplo, si Nikon reemplazara sus zooms f/3.5-5.6 con versiones f/2.8, un sensor de tamaño Nikon 1 podría usar 53 Mpx antes de alcanzar el límite de difracción f/2.8.

Sensores DX y FX:

Estos tienen mucho espacio libre antes de que alcancen sus límites de difracción. Incluso con un f/5.6 relativamente modesto, podríamos duplicar o triplicar la cantidad de megapíxeles que tenemos hoy.

Los límites prácticos parecen deberse principalmente a las lentes: el sensor de 36 Mpx de Nikon (D800) combinado con sus mejores lentes da el equivalente a una resolución de 22 Mpx según las pruebas de DxOMark . El sensor de 23 Mpx de Canon (5D MkIII) combinado con sus mejores lentes también da el equivalente a una resolución de 22 Mpx según las mismas pruebas.

Por lo tanto, es posible que tengamos que esperar mejoras en la óptica antes de ganar mucho al agregar más megapíxeles, y puede tener sentido que los fabricantes de sensores centren sus esfuerzos en otra parte.

Cálculos basados ​​en el diámetro del disco de aire de aquí y suponiendo un límite de difracción cuando el diámetro del disco de aire es de 2,5 píxeles.