¿Por qué y cómo los "píxeles más grandes" hacen una mejor imagen?

Sumario rápido

Sí, los píxeles más grandes mejoran el rendimiento en igualdad de condiciones, y Apple está haciendo algo bueno al centrarse en el tamaño del sensor. Sin embargo, en este caso, el aumento de tamaño es tan leve que la diferencia será insignificante, probablemente no esté a la altura del nivel de mejora que puede esperar de su comercialización.

¿Qué significa píxeles más grandes?

Esto se refiere al tamaño de los fotodetectores, que representan los píxeles, en el sensor de la cámara.

En resumen, cuanta más luz llegue a estos fotodetectores, con mayor precisión podrán medir los niveles de luz, reduciendo así el ruido. Para simplificar las cosas, el ruido suele ser un factor en la fotografía con poca luz o en interiores.

Hay dos formas de obtener fotodetectores más grandes en un sensor:

1. Tener menos píxeles.

2. Haga el sensor más grande.

El primero es una compensación frente a la resolución, que puede o no resultar en una mejora neta, mientras que el segundo es una ganancia general. En el iPhone 5S, se han ido con este último, lo cual es bueno.

Los sensores pequeños, como los de los teléfonos móviles y las cámaras compactas, son los que más sufren por tener píxeles pequeños, porque para la misma cantidad de píxeles, sus píxeles tienen que ser mucho, mucho más pequeños que los de las DSLR y otras cámaras profesionales o de prosumidor.

La carrera de los megapíxeles

El deseo de meter más y más píxeles en los sensores de las cámaras tiene rendimientos decrecientes en la resolución y ha comenzado a dañar, o ha dejado de mejorar, la sensibilidad de los pequeños sensores en los teléfonos celulares y las cámaras compactas.

Desafortunadamente, fue impulsado por la mentalidad de que "más píxeles = mejor cámara", ya que el recuento de megapíxeles es muy fácil de comercializar su cámara. En realidad, los rendimientos decrecientes aseguran que cuantos más píxeles agregue, menos importante es agregar más, y estamos llegando al punto en que muchos sensores, particularmente los pequeños dentro de los teléfonos celulares, ni siquiera pueden resolver la resolución suficiente. para justificar el recuento de megapíxeles de todos modos, debido a las propiedades de la lente utilizada y la imagen más nítida que pueden producir en el sensor.

Los avances en la tecnología de sensores, como las microlentes y la retroiluminación, junto con algoritmos de reducción de ruido más avanzados, han contribuido a compensar la sensibilidad perdida debido al mayor número de píxeles en un sensor tan pequeño, pero no lo suficiente: las cámaras de los teléfonos celulares de hoy en día son siguen siendo ruidosos en interiores y con poca luz debido a su pequeña área de captación de luz.

Es muy difícil comercializar su cámara en función de la sensibilidad u otros aspectos de la calidad de la imagen, cuando el recuento de megapíxeles sigue siendo la principal estadística de marketing asociada con las cámaras digitales, aunque sea engañosa.

Entonces, ¿por qué Apple lo comercializa de esta manera?

El público desinformado todavía espera que si una cámara mejora, su número de megapíxeles aumente.

Sin embargo, Apple está lanzando una cámara "mejor" en su teléfono celular, pero sin aumentar el número de megapíxeles.

Técnicamente, esta es una buena idea para la calidad de imagen. Sin embargo, es difícil explicarle a la gente por qué sucede esto, cuando han sido condicionados a creer que el recuento de megapíxeles es la métrica principal para la calidad de imagen.

Comercializar la cámara del iPhone 5S de esta manera es un intento de:

1. Aleje el marketing de los sensores de la cámara del recuento de píxeles y céntrese en la sensibilidad y otros aspectos de la calidad.

2. Distraiga el hecho de que la cantidad de megapíxeles, que muchas personas aún asumen que determina la calidad de la imagen, no ha aumentado.

Desafortunadamente, no son los primeros en intentar esta misma revolución y no serán los últimos. El mito de los megapíxeles está muy arraigado.

Nota: en respuesta a algunos comentarios a continuación, defino el "mito de los megapíxeles" como el mito de que el número de píxeles es el factor principal que determina la calidad de la imagen y que más píxeles es siempre una mejor calidad; no es que el número de píxeles no tenga ningún beneficio. Otro aspecto inherente al problema del mito de los megapíxeles es que distrae de estadísticas importantes como el tamaño del sensor, del que prácticamente nunca se habla en el caso de los teléfonos móviles y las cámaras compactas.

¿Es cierto o es una estrategia de marketing?

Es técnicamente cierto, pero en este caso la diferencia es tan pequeña que resulta insignificante.

Es cierto que mantener el mismo número de píxeles y hacer que cada píxel sea más grande da como resultado una mejor sensibilidad, y eso es lo que han hecho aquí. Esto debería dar como resultado un ruido más bajo (o, si la cámara puede usar velocidades más rápidas como resultado, posiblemente menos desenfoque de movimiento con poca luz). Su afirmación real de que "píxeles más grandes = mejor imagen" es una simplificación de esto y podría confundir a las personas haciéndoles pensar que sus imágenes de luz diurna al aire libre también podrían mejorarse, lo cual no es el caso. Pero en escenarios con poca luz, la sensibilidad mejorada proporcionará un beneficio.

Sin embargo , no los han hecho mucho más grandes. Con solo un aumento del 6,6 % en el tamaño del sensor, cualquier aumento resultante en la sensibilidad será minúsculo: tan pequeño que será insignificante. Para ponerlo en perspectiva, una DSLR tiene un sensor que es aproximadamente del 500 al 900 % del tamaño de una cámara compacta. Eso daría como resultado una ganancia de sensibilidad significativa de múltiples pasos f. Un aumento del 6,6% es muy insignificante. Representa aproximadamente una sexta parte de un f-stop.

Así que es una especie de estrategia de marketing también. Para obtener ganancias significativas, tendrían que aumentar mucho más el tamaño del sensor. También es una estrategia de marketing porque anteriormente su marketing se enfocaba en la cantidad de megapíxeles y, sin embargo, ahora han cambiado la forma en que comercializan porque han optado por no aumentar la cantidad de megapíxeles y todavía quieren poder presumir de que han mejorado la cámara. .

En teoría, tener más píxeles pequeños es mejor que tener menos píxeles grandes.

Un píxel pequeño capturará menos fotones y, por lo tanto, su salida es más ruidosa, pero al tomar más muestras, el ruido se promedia, con un simple remuestreo puede simular el resultado de un sensor con menos píxeles más grandes.

Pero puede hacerlo mejor que simplemente hacer coincidir el resultado de píxeles más grandes. Más píxeles pequeños juntos capturan más información. Los píxeles grandes le permiten saber cuántos fotones cayeron en un área de 5 µm x 5 µm. Los píxeles pequeños también indican cuántos fotones cayeron en esa misma área, pero también pueden revelar cuántos cayeron en la región superior izquierda de 25 µm x 25 µm, en la región inferior derecha de 25 µm x 25 µm, etc. Esta información adicional se puede usar para un remuestreo más inteligente para producir menos ruido. imágenes más detalladas con la misma resolución que una cámara con píxeles más grandes y sensibles.

En la práctica, las cosas nunca son del todo iguales. Cuando se tiene en cuenta el ruido de lectura, leer los valores de 4 píxeles más pequeños significa tomar la penalización por ruido de lectura cuatro veces, lo que genera un mayor ruido en las sombras y una DR reducida. Esto no debería ser un problema con los últimos sensores Exmor de Sony con ruido de lectura ultra bajo, pero puede ser la razón por la que Canon no ha producido un cuerpo con más de 22MP a partir de 2013).

Los píxeles no son entidades planas. Por lo general, la parte fotosensible está en la parte inferior con los componentes electrónicos circundantes en las capas superiores. Esto hace que los píxeles se parezcan un poco a un pozo. Cuando haces píxeles muy, muy pequeños, la proporción del área fotosensible disminuye y la profundidad del pozo como proporción de su ancho se vuelve mucho más grande, lo que reduce la cantidad de ángulos desde los que puede recibir luz y, por lo tanto, la sensibilidad.

Aquí es donde están los sensores de la cámara del teléfono, no pueden aumentar la cantidad de píxeles sin sacrificar seriamente la fracción de relleno y la eficiencia angular, por lo tanto, para tratar de atraer a los consumidores, están reduciendo la cantidad de píxeles. La mejor solución es hacer que el sensor sea más grande, pero eso requeriría una lente más grande y no permitiría un cuerpo súper delgado que vende muchos teléfonos.

También hay desventajas de tener menos píxeles grandes. La frecuencia de muestreo reducida conduce a un mayor muaré, lo que requiere filtros anti-aliasing más potentes, lo que exacerba el problema de la resolución reducida. Una tasa de muestreo más baja también conduce a más errores de demostración.

Lamentablemente, el mantra "pequeños píxeles malos" se aplica a todos los tamaños de formato y está causando que los fabricantes de cámaras se muestren reacios a impulsar la calidad aumentando el número de píxeles, ya que la "sabiduría convencional" es que es una mala idea y hace que las imágenes sean más ruidosas, más propensas a la cámara. tiembla y requiere mejores lentes (todos estos puntos son falsos).

La idea principal aquí es que un sensor más grande produce una mejor imagen (si los sensores usan la misma tecnología). Lo que Apple ha hecho es aumentar el tamaño del sensor y, al mantener la misma cantidad de píxeles, cada píxel tendrá una mayor relación señal-ruido, lo que dará como resultado una mejor imagen.

Se trata de captar la luz que entra con la mayor precisión posible.

Es bastante simple, con una superficie más grande (por píxel) captará más luz y podrá hacer una representación más precisa de esa luz en el resultado final.

Es cierto que las fotos serán mejores, pero solo un 15% por píxel no es espectacular. Así que también es marketing. Nokia ha hecho algo similar con su PureView. Reducir la resolución de 41 megapíxeles a 5-10 megapíxeles también reducirá drásticamente los niveles de ruido. PureView de Nokia será superior a esto si me preguntas.

Hay dos ventajas principales al hacer píxeles más grandes:

1. los píxeles más grandes recogen más luz, por lo que el sensor es más sensible. Esto significa que en condiciones de poca luz puede disparar con ISO bajo y, por lo tanto, con poco ruido.

2. con aperturas grandes (p. ej. f/2.2) y sensor pequeño ocurre que muchos rayos de luz interactúan aleatoriamente con diferentes píxeles desenfocando tu imagen. Y esto baja la resolución.

Sin embargo, incluso si estamos desacreditando el conocido mito de los megapíxeles, estamos generalizando la verdad de "cuanto más grande, mejor" sobre los sensores. Por supuesto, lo dicho anteriormente es cierto, pero el rendimiento de una cámara depende de muchos otros factores. Para proyectar una imagen en un sensor más grande manteniendo una distancia corta entre la lente frontal y el sensor (como tiene que hacer un iPhone) necesitas más lentes, y si la calidad de una de estas lentes no es buena, todo el rendimiento de la el sistema será peor. Por lo tanto, "píxeles más grandes = mejor imagen" es más un eslogan que una ley.