¿Un sensor grande mejora la calidad de imagen en los smartphones?

En el mundo de la fotografía móvil, el tamaño del sensor de la cámara se ha convertido en un punto crucial. Marcas como Honor, Oppo, Vivo y Xiaomi han hecho uso de sensores grandes, conocidos como de «1 pulgada», en las cámaras de sus smartphones. Pero, ¿realmente un sensor grande ayuda a mejorar la calidad de imagen?

Para empezar, lo que llamamos un «sensor de 1 pulgada» no se refiere realmente a un sensor que mida una pulgada. Este término está relacionado con los días en que se filmaba video a través de tubos que medían 1 pulgada de diámetro exterior y tenían una diagonal de 16 mm.

Los fabricantes suelen expresar el tamaño del sensor de los teléfonos como una fracción de un tubo de cámara de video de 1 pulgada.

Algunos fabricantes no especifican el tamaño del sensor de la cámara del smartphone, pero si conocemos el número de píxeles y el tamaño de los mismos, es posible estimar el tamaño del sensor. Por ejemplo, para una cámara de 48 MP y un tamaño de píxel de 1,22 µm, la fórmula para estimar el tamaño del sensor sería 48 MP x 1,22 µm x 1,22 µm = 71,44 mm² (área del sensor).

Es importante tener en cuenta que un sensor grande no siempre significa una mayor cantidad de píxeles o mejor resolución. Lo que realmente afecta a la calidad de la imagen es el tamaño de los píxeles en el sensor. El balance entre la resolución deseada y la calidad de imagen es crucial, ya que cuanto más pequeño sea el píxel, menor será la relación señal-ruido y, por lo tanto, menor será la calidad resultante.

En los últimos años, los fabricantes de smartphones han estado aumentando el tamaño del sensor para mejorar la sensibilidad a la luz. Por ejemplo, Apple ha duplicado el tamaño de la superficie sensible a la luz entre el iPhone 12 Pro Max y el iPhone 15 Pro Max, lo que equivale a un aumento de un paso (en términos fotográficos) en la calidad.

Si observamos las cámaras de smartphones insignia lanzadas en 2023, el Oppo Find X6 Pro también tiene el doble de área en comparación con el iPhone 15 Pro Max, lo que también equivale a un paso.

📸 ¿Qué es un paso en fotografía

Los pasos son el incremento o reducción de luz en la exposición de las fotografías. Subir un paso significa doblar la entrada de luz y bajar un paso, por el contrario, significa dividir por la mitad la entrada de luz.

Beneficios y limitaciones de un sensor grande

Los usuarios de smartphones a menudo expresan su frustración con las imágenes y videos en condiciones de poca luz. Una de las áreas clave para mejorar en todas las cámaras de smartphones sigue siendo el rendimiento en condiciones de poca luz.

En la fotografía con luz baja, los sensores grandes tienen una mayor superficie expuesta a la luz, lo que les permite capturar más fotones. Más fotones significan más señal, incluso en condiciones de poca luz. Por lo tanto, aumentar el tamaño del sensor permite, en igualdad de condiciones, un mejor rendimiento en condiciones de poca luz. La fotografía nocturna es una situación en la que tener un sensor grande puede ayudar a mejorar la calidad de imagen.

Por otro lado, mientras que un sensor grande emparejado con una lente de gran apertura puede ser ideal para retratos e imágenes con poca luz, puede no ser ideal para fotos que requieran una gran profundidad de campo, como la fotografía de paisajes o retratos grupales.

Los smartphones modernos utilizan lentes con una gran apertura, con valores que suelen ser inferior a f/2.0. Esto, combinado con sensores grandes, produce una profundidad de campo reducida, que es el rango de distancia en el que una persona u objeto está enfocado. Cuanto más profunda sea la profundidad de campo, más fácil será para el teléfono encontrar el plano de enfoque adecuado. Esto podría afectar la estabilidad del enfoque automático.

Ejemplo de fotografía nocturna

Cómo mejorar la calidad de imagen

Hay formas ingeniosas de optimizar un dispositivo para obtener mejores resultados de imagen. La calibración es el arte de sacar el máximo provecho de todos los algoritmos de procesamiento de imagen disponibles.

Estos algoritmos se encuentran en el chip de procesamiento de señal de imagen (ISP) o en el código de la aplicación de la cámara. Es como cocinar: requiere muchos intentos y errores para encontrar la receta perfecta. Hay una receta para cada tipo de escena.

Hay varios factores que los fabricantes de cámaras pueden usar para optimizar los resultados de imagen:

Aumentar el tamaño del sensor

Esto aumenta directamente el flujo de fotones y, por lo tanto, la relación señal-ruido. Los tamaños de sensor de los dispositivos insignia lanzados en 2023 suponen una diferencia de un paso respecto a los más económicos. Como vimos, la desventaja de los sensores más grandes es una profundidad de campo más pequeña.

Aumentar la apertura del objetivo

Esto se caracteriza por un bajo número f. Aumenta directamente el flujo de fotones y, por lo tanto, la relación señal-ruido. A día de hoy, todos los smartphones ya tienen una apertura muy grande (número f pequeño). Una gran apertura también viene con la desventaja de una menor profundidad de campo.

Usar estabilización óptica de imagen (OIS)

Gracias a la OIS, es posible compensar los movimientos de la mano, lo que permite un mayor tiempo de exposición y, por lo tanto, una mayor relación señal-ruido. La OIS ofrece un potencial de ganancia entre 0 y 2 pasos (cuadruplicando el tiempo de exposición sin desenfoque debido al movimiento de la mano). Por otro lado, viene con desenfoque de movimiento cuando hay movimiento en la escena.

Integrar soluciones de fotografía computacional, como la fusión de imágenes

Esta solución utiliza información de varios fotogramas, lo que aumenta la relación señal-ruido, al igual que un mayor tiempo de exposición. Por ejemplo, para limitar el desenfoque de movimiento, la cámara podría reconstruir una imagen con detalles nítidos y poco ruido tomando varios fotogramas a un tiempo de exposición corto en lugar de uno solo largo. El inconveniente es un artefacto llamado «fantasmas», que puede ser visible en la imagen si varios de los fotogramas no se fusionan correctamente, especialmente si hay movimiento en la escena.

Mejorar algoritmos de reducción de ruido

Consiste en diseñar algoritmos complejos de procesamiento de imagen para limpiar digitalmente la señal del ruido. Durante los últimos 20 años, se han logrado grandes avances en esta área, lo que hace que esta solución sea el mayor proveedor de ganancia virtual en sensibilidad. Por supuesto, todo depende de la calibración para controlar los posibles efectos secundarios.

Conclusión

Los sensores grandes en las cámaras de los smartphones pueden proporcionar ventajas significativas en situaciones como la fotografía con poca luz. Pero no son la única respuesta. Un software inteligente y bien calibrado a veces puede compensar un sensor más pequeño. La calibración adecuada es esencial se pretende que un dispositivo aproveche al máximo su hardware de alto rendimento.

Ahora bien, un sensor grande también trae desafíos para ciertas situaciones, como el manejo de la profundidad de campo, que puede hacer que algunos elementos de la imagen no estén enfocados.