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¿Por qué sobresale la cámara de mi smartphone?

Muchos nos hemos hecho esta pregunta al ver la parte trasera de nuestro smartphone. También es un tema que se suele repetir cada vez que se presenta un nuevo modelo y es que parece que por mucho que avance la tecnología, da la sensación de que a los fabricantes les cuesta mucho hacer una cámara de calidad que pueda caber dentro del cuerpo de un smartphone.

Estamos acostumbrados a ver que el proceso de miniaturización de muchos componentes tecnológicos avanza a buen ritmo, lo que hace que podamos tener más y/o mejores cosas en el mismo espacio. Sin embargo, parece que con las cámaras de fotos la cosa es más complicada, y es que en parte lo es.

Cuando se habla de la miniaturización de un procesador o una memora flash por ejemplo, las medidas que se suelen mencionar como límite tienen que ver con el tamaño de los átomos del silicio que se utiliza como base para su fabricación o de los electrones que circularán por esas estructuras. Un sensor de una cámara de fotos digital también tiene silicio en su fabricación y también tiene electrones viajando por su estructura pero en este caso el principal límite viene dado por otra medida: La longitud de onda de la luz visible por el ojo humano.

 

Longutides de onda
Longitudes de onda. Fuente de la imagen: Wikipedia

El ojo humano es sensible a ondas que van desde unos 400 nanometros a unos 700 nanometros, como se puede ver en la imagen. Esto hace que no sea posible actualmente hacer sensores de cámaras de fotos con pixels menores que esos 700 nanometros porque no te entraría dentro de ese pixel la longitud de onda del color rojo y por lo tanto ese sensor sería ciego a ese color. Esas medidas tan pequeñas de 14 nanometros y similares que suelo mencionar cuando hablo de procesadores en este caso no son posibles.

Hay un detalle más, y es que en los sensores de las cámaras de fotos digitales los pixels que capturan cada color van por separado. Un pixel no suele capturar más de un color. Bueno, hay excepciones a esto aunque se ven poco, como un pixel que captura color y además el nivel de luz de la escena. Por norma general, se utiliza un reparto de pixels que capturan colores en el sensor conocido como filtro Bayer:

Filtro bayer
Filtro Bayer

En el caso de este filtro podemos ver que hay el doble de pixels verdes que rojos o azules. Esto no tiene que ver con limitaciones tecnológicas sino más bien con la reacción del ojo humano a los diferentes colores y la sensibilidad extra al color verde que tienen nuestros ojos. Como al final cada pixel del sensor de la cámara está especializado en un color por el filtro Bayer que lleva incorporado, hace falta una buena cantidad de pixels para poder sacar una imagen que tenga la información de color con suficiente detalle. En la imagen resultante y en nuestro monitor tenemos la información de los tres colores por cada pixel, cosa que contrasta con la información de un color por cada pixel que se obtiene del filtro Bayer y es que entre medias hay un proceso de interpolación de colores realizado por el ISP de la cámara para rellenar esa información que falta. Cuantos más pixels tenga ese sensor, más información de color de la escena tendrá el ISP para luego hacer una interpolación de los colores que faltan con mejor calidad.

La cantidad de pixels que puedes meter en un sensor no es infinita ya que un smartphone tiene un espacio limitado. Además, los fabricantes de smartphone se enfrentan a otro problema derivado de esta miniaturización. Cuantos más pixels metas en un sensor en el mismo espacio, menos luz le va a llegar a cada pixel y más dificil lo va a tener el sensor para capturar con buena calidad la información de la parte de “luz” de la escena. Esta tendencia se ha visto en los últimos años cómo viene y va en el mundo del smartphone. En un momento dado llegamos a sensores con pixels de 1,13 micrometros (1130 nanometros) como el de la cámara del nexus 4 que tengo por aquí. Esta medida empieza a estar peligrosamente cerca de los 700 nanometros de longitud de onda del color rojo. Si además intentas meter 8 megapixels en un sensor tan pequeño como 1/4″ y con una apertura f/2.4 queda claro que las fotos no van a ser nada especial y que el sensor tendrá que tirar de subidas de ISO para paliar la falta de luz que le llega a cada pixel. Como consecuencia, las fotos saldrán con ruido y al estar los pixels tan juntos, estar tan al límite en las medidas con respecto a longitudes de onda de la luz visible y demás, es probable que también tengas aberraciones cromáticas por dificultar al ISP la interpolación de colores. Eso sí, la cámara del nexus 4 no sobresale. Pero a qué precio.

Llegamos a ese límite, y los fabricantes se dieron cuenta de que ese no era un buen camino a seguir. Dieron un giro de 180 grados y comenzaron a meter sensores con pixels más grandes. Los smartphones de hoy en día suelen contar con pixels de 1,4 o 1,55 micrometros, que es bastante mejor. Además, los sensores también son más grandes y la apertura también es mayor, haciendo que no solo los pixels tengan menos dificultades para trabajar con sus longitudes de onda correspondientes sino que también les llegue más luz a cada pixel. El problema de meter muchos pixels en un sensor y de hacer un sensor grande es que esto va ligado a la medida del eje Z de ese sensor, o sea, la altura del sensor y el sistema de lentes que hace falta para que todo esto funcione. Esto da como resultado, cámaras de fotos de calidad pero que sobresalen del cuerpo del smartphone.

Pero la rueda sigue girando y hay que seguir intentando mejorar la calidad de las fotos que pueden hacer nuestros smartphones. Y aquí empezamos a ver ideas que les van surgiendo a los fabricantes para rodear las limitaciones que se van encontrando. Ya hay en el mercado varios modelos que cuentan con más de una cámara de fotos en la parte trasera que se especializan en un tipo de fotografías. Así puedes tener más opciones de sacar buenas fotos sin exigirle demasiado a un solo sensor y un solo sistema de ópticas. Esto realmente poco tiene que ver con que la cámara sobresalga o no, pero quién sabe si en un futuro especializan sensores por colores haciendo que cada sensor sea más pequeño y pueda dejar de sobresalir de la parte trasera del smartphone. Aunque esto ya son conjeturas mías.

 

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