Akin
Simdualero de Plata
Disclaimer: No soy óptico, no soy electrónico, no soy especialista en procesado de imagen. Así que tomad esto como una orientación, puedo cometer errores. Y si veis alguno, no dudéis en indicarlo en un comentario y así corrijo el texto.
Dicho lo cual, vamos allá.
La palabra fotografía significa, literalmente, "escribir con la luz". Sería anecdótico, pero resulta que es totalmente cierto, y eso nos da ya una pista: necesitamos luz, mucha luz, toda la luz que podamos.
Tomar una fotografía consta de tres pasos:
1) Coger toda la luz que podamos y concentrarla en un pequeño círculo: de eso se encarga el objetivo (también llamado "lente" por influencia anglosajona ("lens")
2) Convertir esa luz en señales eléctricas ordenadas y estas en un fichero de valores digitales: de eso se encarga el sensor. Toma la luz que el objetivo le suministra, la lleva hacia diminutos fotosensores, y estos convierten la luz que les llega en corrientes eléctricas que serán convertidas en valores digitales para plasmarlos en un fichero Raw.
3) Procesar esos valores primarios de la imagen que capta el sensor y convertirlos en una imagen agradable para los humanos, eso requiere quitar el ruido molesto, corregir colores, corregir defectos que el objetivo pueda generar, etc... De esa parte se encarga un procesador de imagen, que suele ser el software asociado a la función de la cámara.
Explicado esto por encima, vamos a intentar explicar, con algo más detalle, cada uno de los tres elementos.
El objetivo.
¿Alguna vez habéis jugado con una lupa? Una lupa es un cristal, generalmente circular, que os permite aumentar algo y verlo más fácilmente. Cada lupa tiene una distancia exacta a la que amplia esa imagen. En las lupas el centro de la imagen está nítido, y conforme os alejáis del centro, la imagen se deforma. Cuanto más grande es la lupa, más cantidad de superficie central podéis ver nítida.
Un objetivo es, de forma abstracta, una lupa. Son una serie de elementos de vidrio o plástico que se ponden delante del sensor, y que captan la luz de forma que al sensor llegue una imagen nítida, enfocada, y además la luz incida lo más verticalmente posible (esto último podéis olvidarlo)
En fotografía réflex, como podéis ver en la imagen superior, los objetivos pueden ser enormente complejos. En fotografía de móvil se simplifican mucho por dos razones: casi ningún movil tiene un zum óptico, y además los objetivos de móvil tienen su apertura fija.
- El zum óptico permite que, al sensor, llegue una imagen más ampliada o menos ampliada. En los moviles el zum es digital, no amplias la imagen que llega al sensor, sino que recortas una porciión de la imagen que llega al sensor, y después la amplias. En realidad es una funcion irrelevante salvo por cuestiones de velocidad, podrías hacer lo mismo en el post-procesado, y mejor.
- La apertura... Esto requiere algo más de expliación. Voy a soltar algo de rollo teórico, pero tendrá su aplicación práctica final.
En los objetivos de réflex, tienen un "agujero" pro el cual se regula cuanta luz puede entrar, y que puede hacerse más gordo o más pequeñito
Los tamaños mínimo y máximo de ese agujero, son valores importantes para un objetivo. Para un objetivo fijo se dan los valores mínimo (entra más luz) y máximo (entra menos), por ejemplo f2.8-f22. Mientras que para un zum habría que dar el valor mínimo a mínima distancia de zum, el valor míimo a máxima distancia de zum, y el valor máximo que es común a ambos. El valor máximo generalmente es bastante irrelevante y casi nadie lo usa, así que suele obviarse; así que lo que ves en el objetivo es el valor mínimo, o un par de valores mínimos. Por ejemplo: f1.8 o f3.5-5.6
Esos valores se expresan con números f, y tienen la peculiaridad de que el valor mínimo indica el máximo diámetro del agujero por el que entra la luz.
La escala habitual, que admite luego valores intermedios, se expresa del siguiente modo:
f1 - f1.4 - f2 - f2.8 - f4 - f5.6 - f8 - f11 - f16 - f22 - f32
Donde, como digo, el valor más pequeño es el que indica que puede entrar más luz. O, dicho en terminología fotográfica: indica que el objetivo es más luminoso.
Esa escala tiene unos valores muy raros, lo sé, pero lo curioso es que cada paso en esa escala indica que puede entrar el doble de luz que en el paso anterior. ¿Raro verdad? Vaya valores más raros para indicar "se duplica".
La cosa adquiere más sentido si eleváis, más o menos porque no es exacto, esas cantidades al cuadrado:
1 - 2 - 4 - 8 - 16 - 32 - 64 ...
Y si ahora poneis esas cantidades elevadas al cuadrado, como una fracción, la cosa termina de tener sentido:
1 - 1/2 - 1/4 - 1/8 - 1/16 - 1/32
Es decir, con f1 entraría una cantidad de luz, con f1.4 entraría la mitad de luz, con f2 entraría la mitad que con f1.4 y una cuarta parte que con f1, etc...
¿Por qué han puesto raíces cuadradas en vez de enteros? Es un lío, pero tiene raíces históricas. Una pista: la cantidad de luz que puede entrar depende de la superficie del círculo por el que entra, y la superficie del círculo es una función cuadrática del diámetro (ya sabéis, aquello de "árrea del círculo = Pi * Radio^2). Así que viene a ser una relación entre un valor máximo y el diámetro de la apertura.
Quedaos con esa idea porque es la que al final nos interesa. ¿Por qué? Porque ese número f aparece también en nuestros objetivos de móvil.
Mi Axon 7 tiene un objetivo bastante luminoso, es un f1.8, los objetivos más o menos estandarizados suelen ser f2.2
¿Y cual es la importancia de eso? Si hacemos el cuadrado, y divimos los quebrados nos queda una cosa rara: (1/1.8^2)/(1/2.2^2) = 4.84/3.24= 1.49. O lo que viene a ser lo mismo, mi objetivo f1.8 deja pasar, aproximadamente, un 50% más de luz que un objetivo estándar f2.2
Recordad, en fotografía la luz lo es todo, cuanta más luz mejor. Así que el primer valor práctico para evaluar los números de un movil ya lo tenéis: el cuadrado del valor f del objetivo es inversamente proporcional a la cantidad de luz que deja pasar.
En fotografía réflex, como podéis imaginar, los objetivos más luminosos suelen ser los más caros.
Otro importante detalle de los números f, es que cuanto menores, menor es el plano de enfoque. Cuando pones un objetivo fotográfico a f22, prácticamente toda la fotografía está a foco, primer plano y fondo. Cuando lo pones a f1.2 te puedes encontrar que solo el ojo de tu modelo está a foco y todo lo demás está desenfocado, un poco la nariz u orejas, y enormemente desenfocado el fondo hasta no saber qué es.
Esta imagen, por ejemplo, se tomó con un objetivo de 85mm de focal fija y apertura f1.8. Naturalmente, es imposible de hacer con un móvil, salvo que seas un puñetero geniodel post-proceso. ¿Por qué? Porque el grado de desenfoque depende de otros dos valores, el tamaño del sensor y la longitud focal del objetivo. Del tamaño del sensor hablaré después, pero comento otro dato: la longitud focal del objetivo
La longitud focal, eso que he llamado 85mm.
En la fotografía réflex, los objetivos se dividían según su longitud focal: ojo de pez, gran angular, angular, normal, tele corto, gran tele. La división no está clara, pero los ojos de pez solían andar en los 8-12mm, los gran angulares iban de 14-24, los angulares de 24 a 35, los normales de 35 a 50, los teles cortos de 50 a 135, y los grandes teles de 200 en adelante.
¿Y qué indica esa longitud focal? Dos cosas: el grado de ampliación, y, por ende, el ángulo de imagen que captaban. Cuanto más ángulo captaban, más reducían la imagen:
- Un ojo de pez puede captar unos 180 grados, a base de reducir muchisimo la imagen.
- Un supertele es básicamente un telescopio con un regulador de apertura, y capta apenas unos grados de imagen, pero la amplía muchísimo, se usan en fotoastronomía planetaria, o en fotografía de pájaros (sin meterse en sus hábitats...). Por el medio, diferentes grados de ángulo captado y magnificación o reducció. Otro detalle es cuanta más amplificación (más tele) menos cantidad de cosas están a foco y los desenfoques son más acusados, por eso para retratos como el de arriba, se usan teles cortos (en este caso, un 85mm) muy luminosos (en este caso, un f1.8)
En los móviles, como no puedes cambiar objetivos, y no tienes zum óptico en casi ninguno, se suelen poner objetivos fijos de un valor en torno a 28mm. Solo en algún caso he visto que han aprovechado la doble cámara para poner un tele corto (creo que es el Xiaomi Mi A1 qeu tiene una segunda cámara en forma de tele de 52mm y f2.6)
¿Por qué han elegido 28mm? Porque se considera que es el valor mínimo que no genera distorsiones ópticas apreciables en la gran mayoría de las fotos, con un valor inferior, y más en fotografías con ojo de pez las distorsiones son curiosas si es lo que buscas, pero desagradables para fotografías más generales:
Importante
En esta época en que todo se cuantifica con números para ser vendido, el valor f es el único que nos suelen ofrecer, pero ojo, no es lo único que se debería evaluar. Todos los objetivos tienen fallos. Algunos tienen cristales menos nítidos que difuminan la luz hacia las paredes del objetivo, otros generan aberraciones de distinto tipo (por ejemplo, habréis visto líneas violetas en zonas de ato contraste hacia las esquinas de la foto), otros tienen problemas de descentramiento (se ve más nítido en una parte de la foto desplazada del centro de la foto)
En los móviles, muchos de esos defectos se solucionan en parte en el procesado de la foto, al no tener que acoplar distintos objetivos, el módulo de imagen se programa para corregirlos por software (o firmware) y por lo tanto son muy difíciles de medir para evaluadore externos. Eso en fotograría réflex es mucho más sencillo y hay muuuuchas webs dedicadas a analizar objetivos. En fotografía móvil no podemos, pero los defectos están ahí.
Comento eso porque si veis alguna web muy buena hablando maravillas de un objetivo f2 y poniendo verde a un objetivo f1.8, aunque el segundo sea mas luminoso puede ser peor que el primero.
Y comento esto por una nueva cuestión práctica: los accesorios externos para convertir nuestros objetivos de móvil en otras cosas, suelen ser hechos de cristales o plásticos de mala calidad, haciendo que sí, que puedas amplificar a un tele o reducir a un ojo de pez, pero a costa de perder mucha calidad de imagen.
Podría contar muchas cosas de los objetivos, pero lo importante creo que ya está dicho. Si tenéis dudas, preguntad después en los comentarios.
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El sensor.
Bien, hemos hecho pasar la luz por un objetivo, el objetivo capta toda la luz que puede, la enfoca en el plano donde está el sensor, y trata de qeu no haya aberraciones ni cosas raras.
El sensor ha de tomar esa luz, y convertirla en una imagen digital. ¿Como? Bueno, si sois capaces de entenderlo bien, cogéis una máquina del tiempo, y os váis a principios del siglo pasado, os ganaréis un Nobel de física que ya no ganará Albert Eisntein, el primero en conseguir explicar el efecto de forma teórica (de forma práctica había sido descubierto por Hertz).
Grosso modo: la luz se trasmite mediante fotones, cuando un fotón golpea un electrón con suficiente fuerza, lo puede sacar de su órbita, y si le pega con más fuerza aún, el electrón sale despedido con tal fuerza que golpea a otros electrones de otros átomos centrales, y salen todos despedidos. Cuando varios electrones salen despedidos, eso es una corriente eléctrica, que puede ser manipulada y medida.
Un sensor son unos cuantos de miles de sensores fotovoltaicos más una circuitería detrás para medir, limpiar y amplificar las corrientes eléctricas que generan.
¿Sencillo verdad?
Claro, pero ahora vienen las complicaciones:
a) ¿Qué pasa si llega demasiada luz? Pues que la corriente eléctrica que se genera es demasiado intensa y la circuitería que hay detrás no capaz de medirla. Decimos que ese pixel se ha quemado.
b) ¿Y si llega aún más? Pues que no solo se quema ese píxel, sino que la corriente que genera el fotosensor es capaz de generar corrientes parásitas en los fotosensores vecinos, alterando su capacidad de medición. Eso pasa a veces en fotos donde sale el sol en la toma, que por mucho que bajéis la luz la zona del sol sale rarísima, y el sol puede tener una forma no-circular, sino como una mancha amorfa, a veces incluso una parte del sol sí circular pero otra amorfa del todo.
c) ¿Y si llega poca luz? Pues que generamos muy poca corriente y necesitamos amplificarla para poder medirla bien, pero al amplificarla también amplificamos el "ruido" (después hablo de eso), y al amplificar el ruido podemos tener mediciones equivocadas.
d) ¿Y si llega aún menos luz? Pues que es casi imposible separar la señal correcta del ruido y nos encontramos con fotos donde casi todo son falsas mediciones.
Pues bien, al rango de corrientes eléctricas que el fotosensor es capaz de medir claramente, entre la máxima y la mínima, le llamamos rango dinámico. Y su valor es máximo cuando no necesitamos amplificar las corrientes. Y no necesitamos amplificar las corrientes cuando tenemos buena luz (sin saturaciones como el Sol en la toma)
Cuando tenemos menos luz, lo que hace el sensor es: tomo las señales de los fotosensores, intento limpiarles todo el ruido posible, luego las amplifico, y eso es lo que envío a la parte conversora entre la corriente analógica y su valor digital. Si hay poca luz la amplifico en una cantidad, si hay menos he de amplificar más, y si hay muy muy poquita tengo que amplificar mucho. Cuanto más amplfiiquemos, menos gama de colores, menos rango dinámico y más ruido vamos a tener.
A ese proceso de amplificación lo llamamos "subir el ISO". Por eso las fotografías al ISO base (generalmente un valor de 50, 100 o 200) suelen ser mucho mejores que las fotografías con ISOs altos (800, 1600...).
Habría un tercer concepto: cuan diminuta es la diferencia entre una corriente y la siguente para distinguirlas. Es decir si entre una corriente de intensidad X y otra de intesidad 2X, consigo medir solo 4 valores intermedios, tengo 4 gamas de color, pero si consigo medir 16, tengo 16 gamas de color intermedias. Cuando tienes pocas gamas de color te puedes encontrar que la imagen carece de continuidad, lo que llamamos "posterizado" (va una foto con el efecto exagerado):
Pues ya tenemos los parámetros por los que se suele medir la calidad de un sensor:
- Su rango dinámico: cantidad de luz que es capaz de analizar entre un negro puro y un blanco puro.
- Su rango tonal: cantidad de tonos de color.
- Su rango de ISOs utilizable: cuanto es capaz de amplificar la señal de los captores sin generar demasiado ruido.
Y he vuelto a hablar del ruido. Que prometí hablaros de eso. Voy a resurmirlo.
Tenéis una radio analógica en el coche, cogéis emisoras, cuando vais cerca de una emisora el sonido es claro y limpio. Pero a medida que os alejáis de la emisora, aparece más "ruido" junto a la música, un sonido como de crepitar que al principio se olle de fondo, con mucho menos volumen que la música, y apenas molesta, pero cuanto más os alejáis de la emisora, más se acerca en volumen a la propia música, llegando el momento en que es indistinguible.
Pues con los sensores igual, mientras tienen buena luz, la señal que sacan es muy superior al ruido, y este se elimina fácilmente. Tomas la señal, la limpias de ruido, y la pasas al conversor analógico digital que hace una mediciónclara. Pero cuanto menor es la luz, más difícil es diferenciar la señal del ruido, hasta el punto en que en algún momento se confunden, y trasladarás al conversor una señal equivocada. En la foto eso será un pixel blanco, o negro, o azul, o rojo, donde no debería estar.
Bien, todo esto es puramente teórico, porque no creo que encontréis ningún artículo donde se analicen los sensores en detalle. Sin embargo, en páginas como DxoMark sí podéis ver estos tres valores analizados. Esa página al principio era la gran referencia, aunque me da la impresiónd e que últimamente se ha vendido bastante.
Lo fundamental para estos tres valores, es la edad, calidad y tecnología del sensor. Y por ahora parece que Sony > Samsung > Omnivisión > Fabricantes sin nombre. A igualdad de generación claro, porque un sensor Samsung del año pasado será mejor que un Sony de hace 5 años.
Si bien no podéis medir esos valores, hay tres valores que sí es posible encontrar (a veces) y que son significativos:
- Año en que salió el sensor. No es necesario contar mucho más. Indica cuan moderna es la tecnología.
- Tamaño de cada sensor fotoeléctrico individual.
- Tamaño del sensor en conjunto.
Tamaño del fotosensor (sensor fotoeléctrico):
Recordáis que os decía que a mayor superficie de un círculo, mayor luz podía entrar por él. Es evidente. Pues a mayor tamaño de cada fotosensor, más luz puede llegar a él. Los fotosensores más grandes que he visto en móvil tienen 1.55 picómetros, y son del sensor Sony imx378 que calza el Google Pixel; el sensor más común de Sony, el Imx258 que calza el Redmi Note 4x es de 1.12 picómetros. El LG V30 tiene un sensor cuyos captores son de 1.00 picómetros.
Si no me equivoco, estos valores son diámetros del sensor, la superficie (supongiendo que son circulares, que eso creo pero no lo sé) es de Pi*(D/2)^2. Es decir, entre el sensor del Google Pixel y el del LG V30 la diferencia es de 2.4 veces más grande la superficie de cada sensor del primero.
A igualdad de circuitería tras ellos, cada fotosensor de mayor tamaño podrá captar más luz, por lo que no necesitará ser amplificado tanto, por lo que no generará tanto ruido, y no perderá tanta gama tonal. En condiciones de poca luz, eso se nota mucho.
Es por eso que la mayoría de los móviles se siguen vendiendo con resoluciones relativamente pequeñas (12 o 13 megapíxeles) y no con resoluciones grandes (20 o 21): a igualdad de tamaño del sensor, a menor densidad de fotosensores más grandes pueden ser estos y por lo tanto captar más luz.
Tamaño del sensor en su conjunto
Lo anterior sería definitivo si los sensores en su conjunto, fuesen todos del mismo tamaño: a menos megapíxeles más tamaño de fotosensor y tal.
Pero es que en los móvilesl, al contrario que en las cámaras réflex digitales, no hay 3-4 tamaños estándar (en las cámaras es necesario para que los fabricantes de objetivos puedan adaptarlos a cada tamaño, sería un infierno si hubiese 50 tamaños diferentes)
Resulta que en los móviles te puedes encontrar con sensores de 16 megapíxeles cuyo tamaño de fotosensor es mayor que otras con 12 megapíxeles ¿Como? Pues simplemente haciendo el sensor más grande.
Hacer un sensor más grande tiene sus complicaciones, necesita objetivos más grandes, y voluminosos, y esos se salen fuera del telefono proque no hay modo de comprimirlos más. Y por si fuese poco, a mayor tamaño más necesitas depurar procesos de fabricación y necesitas materia prima más grande, así que todo eso lo hace más caro. Así que se necesita un compromiso entre el tamaño del sensor (cuanto más grande mejor) y el tamaño que necesita el diseñador de móvil (cuanto más pequeño mejor)
Los mejores sensores son más grandes, y las diferencias son importantes. Un imx258 mide 5.67 mm (diagonal) mientras que el imx378 mide 7.8mm. Y aquí, aunque los sensores en su conjunto son rectangulares y no circulares, se sigue aplicando la relación cuadrática. un sensor de 7.8mm tendrá, aproximadamente, 1.9 veces más superfice que uno de 5.67.
La relación es obvia: a mayor tamaño, o bien fotosensores más grandes, o más cantidad de fotosensores.
Lo segundo también puede ser útil: en fotografías con mucha luz nos dan más detalle y puedes recortar partes de la imagen sin perder mucha calidad. Pero es que, además, cuantos más megapíxeles más información sobre la que trabajar los programas de post-procesado para eliminar ruido o ajustar rangos tonales.
Encontrar tamaños de sensores, y de sus fotocaptores, no es fácil. En la Wikipedia podéis ver algunos de los de Sony: Exmor - Wikipedia y algunos de lso de Samsung: Samsung CMOS - Wikipedia
Equilibrar todo eso no es fácil, yo prefiero un sensor Sony de 7.8mm con fotocaptores de 1.55 picómetros y de tecnología del año pasado. Pero eso cuesta una pasta. Después ¿Un sensor Samsung moderno de 6.8mm (como el de mi Axon) o un Sony de 5.6 mm de hace dos años (como el imx 258)? Pues francamente no tengo ni idea de cual puede ser mejor. Toca mirar miles de fotos y decidir.
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El postproceso
Aquí ya no me voy a parar porque este mundo sí que es impenetrable. Solo diré que yo lo dividiría en dos partes:
- El postproceso en el propio sensor. Sería más bien firmware, antes de entregar el raw el propio sensor aplica procesos del limpieza de ruido y procesado de la foto de los que poco o nada podremos saber. Por eso cada fabricante de móvil tiene una cámara propia que conecta con esa parte, pero esa información no se entrega a diseñadores de software de terceros, al menos por ahora.
- El postproceso en el software: De como se manipula el fichero Raw. Si se le dan colores más cálidos o fríos, más proceso de enfoque o menos, más eliminación de ruido (que quita detalle) o menos, etc... Este es el único proceso donde podemos mejorar tras haber comprado el móvil, con mejoras paulatinas en los procesos de las cámaras de los móviles, incluso con entradas de sistemas de proceso de terceros. Todo eso trabaja sobre el Raw que sale del postproceso del propio sensor, y sobre el raw se pueden hacer cosas. De hecho, a los fotógrafos nos gusta tener el propio Raw y manipular nosotros mismos esas imágenes, al menos cuando son complejas. Los sistemas automáticos están trabajados con Big Data para gustar a una mayoría de la población, pero los aspirantes (ridículos en mi caso) a artistas preferimos no usar esos procesos y afinar la imagen por nosotros mismos (generalmente a peor), a veces porque creemos que podemos mejorar los automáticos, y otras veces porque queremos llegar a resultados distintos.
Sobre la parte del postproceso, lo único que puedo decir es que si sois buenos con Photoshop, busqueis móviles de los que se pueda sacar el fichero Raw (en mi Axon, con Nougat, se puede, aunque es un tanto confuso el llegar a ello)
Y hasta aquí he llegado. Han sido tres horas tecleando y tengo hambre. Lo dejo publicado y a ver si mañana o pasado le puedo dar un par de repasos. Señaladme todos los errores / dudas / partes confusas que veáis. Cuando escribes de un tirón casi nunca queda nada claro ni bien expresado a la primera.
Dicho lo cual, vamos allá.
La palabra fotografía significa, literalmente, "escribir con la luz". Sería anecdótico, pero resulta que es totalmente cierto, y eso nos da ya una pista: necesitamos luz, mucha luz, toda la luz que podamos.
Tomar una fotografía consta de tres pasos:
1) Coger toda la luz que podamos y concentrarla en un pequeño círculo: de eso se encarga el objetivo (también llamado "lente" por influencia anglosajona ("lens")
2) Convertir esa luz en señales eléctricas ordenadas y estas en un fichero de valores digitales: de eso se encarga el sensor. Toma la luz que el objetivo le suministra, la lleva hacia diminutos fotosensores, y estos convierten la luz que les llega en corrientes eléctricas que serán convertidas en valores digitales para plasmarlos en un fichero Raw.
3) Procesar esos valores primarios de la imagen que capta el sensor y convertirlos en una imagen agradable para los humanos, eso requiere quitar el ruido molesto, corregir colores, corregir defectos que el objetivo pueda generar, etc... De esa parte se encarga un procesador de imagen, que suele ser el software asociado a la función de la cámara.
Explicado esto por encima, vamos a intentar explicar, con algo más detalle, cada uno de los tres elementos.
El objetivo.
¿Alguna vez habéis jugado con una lupa? Una lupa es un cristal, generalmente circular, que os permite aumentar algo y verlo más fácilmente. Cada lupa tiene una distancia exacta a la que amplia esa imagen. En las lupas el centro de la imagen está nítido, y conforme os alejáis del centro, la imagen se deforma. Cuanto más grande es la lupa, más cantidad de superficie central podéis ver nítida.
Un objetivo es, de forma abstracta, una lupa. Son una serie de elementos de vidrio o plástico que se ponden delante del sensor, y que captan la luz de forma que al sensor llegue una imagen nítida, enfocada, y además la luz incida lo más verticalmente posible (esto último podéis olvidarlo)
En fotografía réflex, como podéis ver en la imagen superior, los objetivos pueden ser enormente complejos. En fotografía de móvil se simplifican mucho por dos razones: casi ningún movil tiene un zum óptico, y además los objetivos de móvil tienen su apertura fija.
- El zum óptico permite que, al sensor, llegue una imagen más ampliada o menos ampliada. En los moviles el zum es digital, no amplias la imagen que llega al sensor, sino que recortas una porciión de la imagen que llega al sensor, y después la amplias. En realidad es una funcion irrelevante salvo por cuestiones de velocidad, podrías hacer lo mismo en el post-procesado, y mejor.
- La apertura... Esto requiere algo más de expliación. Voy a soltar algo de rollo teórico, pero tendrá su aplicación práctica final.
En los objetivos de réflex, tienen un "agujero" pro el cual se regula cuanta luz puede entrar, y que puede hacerse más gordo o más pequeñito
Los tamaños mínimo y máximo de ese agujero, son valores importantes para un objetivo. Para un objetivo fijo se dan los valores mínimo (entra más luz) y máximo (entra menos), por ejemplo f2.8-f22. Mientras que para un zum habría que dar el valor mínimo a mínima distancia de zum, el valor míimo a máxima distancia de zum, y el valor máximo que es común a ambos. El valor máximo generalmente es bastante irrelevante y casi nadie lo usa, así que suele obviarse; así que lo que ves en el objetivo es el valor mínimo, o un par de valores mínimos. Por ejemplo: f1.8 o f3.5-5.6
Esos valores se expresan con números f, y tienen la peculiaridad de que el valor mínimo indica el máximo diámetro del agujero por el que entra la luz.
La escala habitual, que admite luego valores intermedios, se expresa del siguiente modo:
f1 - f1.4 - f2 - f2.8 - f4 - f5.6 - f8 - f11 - f16 - f22 - f32
Donde, como digo, el valor más pequeño es el que indica que puede entrar más luz. O, dicho en terminología fotográfica: indica que el objetivo es más luminoso.
Esa escala tiene unos valores muy raros, lo sé, pero lo curioso es que cada paso en esa escala indica que puede entrar el doble de luz que en el paso anterior. ¿Raro verdad? Vaya valores más raros para indicar "se duplica".
La cosa adquiere más sentido si eleváis, más o menos porque no es exacto, esas cantidades al cuadrado:
1 - 2 - 4 - 8 - 16 - 32 - 64 ...
Y si ahora poneis esas cantidades elevadas al cuadrado, como una fracción, la cosa termina de tener sentido:
1 - 1/2 - 1/4 - 1/8 - 1/16 - 1/32
Es decir, con f1 entraría una cantidad de luz, con f1.4 entraría la mitad de luz, con f2 entraría la mitad que con f1.4 y una cuarta parte que con f1, etc...
¿Por qué han puesto raíces cuadradas en vez de enteros? Es un lío, pero tiene raíces históricas. Una pista: la cantidad de luz que puede entrar depende de la superficie del círculo por el que entra, y la superficie del círculo es una función cuadrática del diámetro (ya sabéis, aquello de "árrea del círculo = Pi * Radio^2). Así que viene a ser una relación entre un valor máximo y el diámetro de la apertura.
Quedaos con esa idea porque es la que al final nos interesa. ¿Por qué? Porque ese número f aparece también en nuestros objetivos de móvil.
Mi Axon 7 tiene un objetivo bastante luminoso, es un f1.8, los objetivos más o menos estandarizados suelen ser f2.2
¿Y cual es la importancia de eso? Si hacemos el cuadrado, y divimos los quebrados nos queda una cosa rara: (1/1.8^2)/(1/2.2^2) = 4.84/3.24= 1.49. O lo que viene a ser lo mismo, mi objetivo f1.8 deja pasar, aproximadamente, un 50% más de luz que un objetivo estándar f2.2
Recordad, en fotografía la luz lo es todo, cuanta más luz mejor. Así que el primer valor práctico para evaluar los números de un movil ya lo tenéis: el cuadrado del valor f del objetivo es inversamente proporcional a la cantidad de luz que deja pasar.
En fotografía réflex, como podéis imaginar, los objetivos más luminosos suelen ser los más caros.
Otro importante detalle de los números f, es que cuanto menores, menor es el plano de enfoque. Cuando pones un objetivo fotográfico a f22, prácticamente toda la fotografía está a foco, primer plano y fondo. Cuando lo pones a f1.2 te puedes encontrar que solo el ojo de tu modelo está a foco y todo lo demás está desenfocado, un poco la nariz u orejas, y enormemente desenfocado el fondo hasta no saber qué es.
Esta imagen, por ejemplo, se tomó con un objetivo de 85mm de focal fija y apertura f1.8. Naturalmente, es imposible de hacer con un móvil, salvo que seas un puñetero geniodel post-proceso. ¿Por qué? Porque el grado de desenfoque depende de otros dos valores, el tamaño del sensor y la longitud focal del objetivo. Del tamaño del sensor hablaré después, pero comento otro dato: la longitud focal del objetivo
La longitud focal, eso que he llamado 85mm.
En la fotografía réflex, los objetivos se dividían según su longitud focal: ojo de pez, gran angular, angular, normal, tele corto, gran tele. La división no está clara, pero los ojos de pez solían andar en los 8-12mm, los gran angulares iban de 14-24, los angulares de 24 a 35, los normales de 35 a 50, los teles cortos de 50 a 135, y los grandes teles de 200 en adelante.
¿Y qué indica esa longitud focal? Dos cosas: el grado de ampliación, y, por ende, el ángulo de imagen que captaban. Cuanto más ángulo captaban, más reducían la imagen:
- Un ojo de pez puede captar unos 180 grados, a base de reducir muchisimo la imagen.
- Un supertele es básicamente un telescopio con un regulador de apertura, y capta apenas unos grados de imagen, pero la amplía muchísimo, se usan en fotoastronomía planetaria, o en fotografía de pájaros (sin meterse en sus hábitats...). Por el medio, diferentes grados de ángulo captado y magnificación o reducció. Otro detalle es cuanta más amplificación (más tele) menos cantidad de cosas están a foco y los desenfoques son más acusados, por eso para retratos como el de arriba, se usan teles cortos (en este caso, un 85mm) muy luminosos (en este caso, un f1.8)
En los móviles, como no puedes cambiar objetivos, y no tienes zum óptico en casi ninguno, se suelen poner objetivos fijos de un valor en torno a 28mm. Solo en algún caso he visto que han aprovechado la doble cámara para poner un tele corto (creo que es el Xiaomi Mi A1 qeu tiene una segunda cámara en forma de tele de 52mm y f2.6)
¿Por qué han elegido 28mm? Porque se considera que es el valor mínimo que no genera distorsiones ópticas apreciables en la gran mayoría de las fotos, con un valor inferior, y más en fotografías con ojo de pez las distorsiones son curiosas si es lo que buscas, pero desagradables para fotografías más generales:
Importante
En esta época en que todo se cuantifica con números para ser vendido, el valor f es el único que nos suelen ofrecer, pero ojo, no es lo único que se debería evaluar. Todos los objetivos tienen fallos. Algunos tienen cristales menos nítidos que difuminan la luz hacia las paredes del objetivo, otros generan aberraciones de distinto tipo (por ejemplo, habréis visto líneas violetas en zonas de ato contraste hacia las esquinas de la foto), otros tienen problemas de descentramiento (se ve más nítido en una parte de la foto desplazada del centro de la foto)
En los móviles, muchos de esos defectos se solucionan en parte en el procesado de la foto, al no tener que acoplar distintos objetivos, el módulo de imagen se programa para corregirlos por software (o firmware) y por lo tanto son muy difíciles de medir para evaluadore externos. Eso en fotograría réflex es mucho más sencillo y hay muuuuchas webs dedicadas a analizar objetivos. En fotografía móvil no podemos, pero los defectos están ahí.
Comento eso porque si veis alguna web muy buena hablando maravillas de un objetivo f2 y poniendo verde a un objetivo f1.8, aunque el segundo sea mas luminoso puede ser peor que el primero.
Y comento esto por una nueva cuestión práctica: los accesorios externos para convertir nuestros objetivos de móvil en otras cosas, suelen ser hechos de cristales o plásticos de mala calidad, haciendo que sí, que puedas amplificar a un tele o reducir a un ojo de pez, pero a costa de perder mucha calidad de imagen.
Podría contar muchas cosas de los objetivos, pero lo importante creo que ya está dicho. Si tenéis dudas, preguntad después en los comentarios.
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El sensor.
Bien, hemos hecho pasar la luz por un objetivo, el objetivo capta toda la luz que puede, la enfoca en el plano donde está el sensor, y trata de qeu no haya aberraciones ni cosas raras.
El sensor ha de tomar esa luz, y convertirla en una imagen digital. ¿Como? Bueno, si sois capaces de entenderlo bien, cogéis una máquina del tiempo, y os váis a principios del siglo pasado, os ganaréis un Nobel de física que ya no ganará Albert Eisntein, el primero en conseguir explicar el efecto de forma teórica (de forma práctica había sido descubierto por Hertz).
Grosso modo: la luz se trasmite mediante fotones, cuando un fotón golpea un electrón con suficiente fuerza, lo puede sacar de su órbita, y si le pega con más fuerza aún, el electrón sale despedido con tal fuerza que golpea a otros electrones de otros átomos centrales, y salen todos despedidos. Cuando varios electrones salen despedidos, eso es una corriente eléctrica, que puede ser manipulada y medida.
Un sensor son unos cuantos de miles de sensores fotovoltaicos más una circuitería detrás para medir, limpiar y amplificar las corrientes eléctricas que generan.
¿Sencillo verdad?
Claro, pero ahora vienen las complicaciones:
a) ¿Qué pasa si llega demasiada luz? Pues que la corriente eléctrica que se genera es demasiado intensa y la circuitería que hay detrás no capaz de medirla. Decimos que ese pixel se ha quemado.
b) ¿Y si llega aún más? Pues que no solo se quema ese píxel, sino que la corriente que genera el fotosensor es capaz de generar corrientes parásitas en los fotosensores vecinos, alterando su capacidad de medición. Eso pasa a veces en fotos donde sale el sol en la toma, que por mucho que bajéis la luz la zona del sol sale rarísima, y el sol puede tener una forma no-circular, sino como una mancha amorfa, a veces incluso una parte del sol sí circular pero otra amorfa del todo.
c) ¿Y si llega poca luz? Pues que generamos muy poca corriente y necesitamos amplificarla para poder medirla bien, pero al amplificarla también amplificamos el "ruido" (después hablo de eso), y al amplificar el ruido podemos tener mediciones equivocadas.
d) ¿Y si llega aún menos luz? Pues que es casi imposible separar la señal correcta del ruido y nos encontramos con fotos donde casi todo son falsas mediciones.
Pues bien, al rango de corrientes eléctricas que el fotosensor es capaz de medir claramente, entre la máxima y la mínima, le llamamos rango dinámico. Y su valor es máximo cuando no necesitamos amplificar las corrientes. Y no necesitamos amplificar las corrientes cuando tenemos buena luz (sin saturaciones como el Sol en la toma)
Cuando tenemos menos luz, lo que hace el sensor es: tomo las señales de los fotosensores, intento limpiarles todo el ruido posible, luego las amplifico, y eso es lo que envío a la parte conversora entre la corriente analógica y su valor digital. Si hay poca luz la amplifico en una cantidad, si hay menos he de amplificar más, y si hay muy muy poquita tengo que amplificar mucho. Cuanto más amplfiiquemos, menos gama de colores, menos rango dinámico y más ruido vamos a tener.
A ese proceso de amplificación lo llamamos "subir el ISO". Por eso las fotografías al ISO base (generalmente un valor de 50, 100 o 200) suelen ser mucho mejores que las fotografías con ISOs altos (800, 1600...).
Habría un tercer concepto: cuan diminuta es la diferencia entre una corriente y la siguente para distinguirlas. Es decir si entre una corriente de intensidad X y otra de intesidad 2X, consigo medir solo 4 valores intermedios, tengo 4 gamas de color, pero si consigo medir 16, tengo 16 gamas de color intermedias. Cuando tienes pocas gamas de color te puedes encontrar que la imagen carece de continuidad, lo que llamamos "posterizado" (va una foto con el efecto exagerado):
Pues ya tenemos los parámetros por los que se suele medir la calidad de un sensor:
- Su rango dinámico: cantidad de luz que es capaz de analizar entre un negro puro y un blanco puro.
- Su rango tonal: cantidad de tonos de color.
- Su rango de ISOs utilizable: cuanto es capaz de amplificar la señal de los captores sin generar demasiado ruido.
Y he vuelto a hablar del ruido. Que prometí hablaros de eso. Voy a resurmirlo.
Tenéis una radio analógica en el coche, cogéis emisoras, cuando vais cerca de una emisora el sonido es claro y limpio. Pero a medida que os alejáis de la emisora, aparece más "ruido" junto a la música, un sonido como de crepitar que al principio se olle de fondo, con mucho menos volumen que la música, y apenas molesta, pero cuanto más os alejáis de la emisora, más se acerca en volumen a la propia música, llegando el momento en que es indistinguible.
Pues con los sensores igual, mientras tienen buena luz, la señal que sacan es muy superior al ruido, y este se elimina fácilmente. Tomas la señal, la limpias de ruido, y la pasas al conversor analógico digital que hace una mediciónclara. Pero cuanto menor es la luz, más difícil es diferenciar la señal del ruido, hasta el punto en que en algún momento se confunden, y trasladarás al conversor una señal equivocada. En la foto eso será un pixel blanco, o negro, o azul, o rojo, donde no debería estar.
Bien, todo esto es puramente teórico, porque no creo que encontréis ningún artículo donde se analicen los sensores en detalle. Sin embargo, en páginas como DxoMark sí podéis ver estos tres valores analizados. Esa página al principio era la gran referencia, aunque me da la impresiónd e que últimamente se ha vendido bastante.
Lo fundamental para estos tres valores, es la edad, calidad y tecnología del sensor. Y por ahora parece que Sony > Samsung > Omnivisión > Fabricantes sin nombre. A igualdad de generación claro, porque un sensor Samsung del año pasado será mejor que un Sony de hace 5 años.
Si bien no podéis medir esos valores, hay tres valores que sí es posible encontrar (a veces) y que son significativos:
- Año en que salió el sensor. No es necesario contar mucho más. Indica cuan moderna es la tecnología.
- Tamaño de cada sensor fotoeléctrico individual.
- Tamaño del sensor en conjunto.
Tamaño del fotosensor (sensor fotoeléctrico):
Recordáis que os decía que a mayor superficie de un círculo, mayor luz podía entrar por él. Es evidente. Pues a mayor tamaño de cada fotosensor, más luz puede llegar a él. Los fotosensores más grandes que he visto en móvil tienen 1.55 picómetros, y son del sensor Sony imx378 que calza el Google Pixel; el sensor más común de Sony, el Imx258 que calza el Redmi Note 4x es de 1.12 picómetros. El LG V30 tiene un sensor cuyos captores son de 1.00 picómetros.
Si no me equivoco, estos valores son diámetros del sensor, la superficie (supongiendo que son circulares, que eso creo pero no lo sé) es de Pi*(D/2)^2. Es decir, entre el sensor del Google Pixel y el del LG V30 la diferencia es de 2.4 veces más grande la superficie de cada sensor del primero.
A igualdad de circuitería tras ellos, cada fotosensor de mayor tamaño podrá captar más luz, por lo que no necesitará ser amplificado tanto, por lo que no generará tanto ruido, y no perderá tanta gama tonal. En condiciones de poca luz, eso se nota mucho.
Es por eso que la mayoría de los móviles se siguen vendiendo con resoluciones relativamente pequeñas (12 o 13 megapíxeles) y no con resoluciones grandes (20 o 21): a igualdad de tamaño del sensor, a menor densidad de fotosensores más grandes pueden ser estos y por lo tanto captar más luz.
Tamaño del sensor en su conjunto
Lo anterior sería definitivo si los sensores en su conjunto, fuesen todos del mismo tamaño: a menos megapíxeles más tamaño de fotosensor y tal.
Pero es que en los móvilesl, al contrario que en las cámaras réflex digitales, no hay 3-4 tamaños estándar (en las cámaras es necesario para que los fabricantes de objetivos puedan adaptarlos a cada tamaño, sería un infierno si hubiese 50 tamaños diferentes)
Resulta que en los móviles te puedes encontrar con sensores de 16 megapíxeles cuyo tamaño de fotosensor es mayor que otras con 12 megapíxeles ¿Como? Pues simplemente haciendo el sensor más grande.
Hacer un sensor más grande tiene sus complicaciones, necesita objetivos más grandes, y voluminosos, y esos se salen fuera del telefono proque no hay modo de comprimirlos más. Y por si fuese poco, a mayor tamaño más necesitas depurar procesos de fabricación y necesitas materia prima más grande, así que todo eso lo hace más caro. Así que se necesita un compromiso entre el tamaño del sensor (cuanto más grande mejor) y el tamaño que necesita el diseñador de móvil (cuanto más pequeño mejor)
Los mejores sensores son más grandes, y las diferencias son importantes. Un imx258 mide 5.67 mm (diagonal) mientras que el imx378 mide 7.8mm. Y aquí, aunque los sensores en su conjunto son rectangulares y no circulares, se sigue aplicando la relación cuadrática. un sensor de 7.8mm tendrá, aproximadamente, 1.9 veces más superfice que uno de 5.67.
La relación es obvia: a mayor tamaño, o bien fotosensores más grandes, o más cantidad de fotosensores.
Lo segundo también puede ser útil: en fotografías con mucha luz nos dan más detalle y puedes recortar partes de la imagen sin perder mucha calidad. Pero es que, además, cuantos más megapíxeles más información sobre la que trabajar los programas de post-procesado para eliminar ruido o ajustar rangos tonales.
Encontrar tamaños de sensores, y de sus fotocaptores, no es fácil. En la Wikipedia podéis ver algunos de los de Sony: Exmor - Wikipedia y algunos de lso de Samsung: Samsung CMOS - Wikipedia
Equilibrar todo eso no es fácil, yo prefiero un sensor Sony de 7.8mm con fotocaptores de 1.55 picómetros y de tecnología del año pasado. Pero eso cuesta una pasta. Después ¿Un sensor Samsung moderno de 6.8mm (como el de mi Axon) o un Sony de 5.6 mm de hace dos años (como el imx 258)? Pues francamente no tengo ni idea de cual puede ser mejor. Toca mirar miles de fotos y decidir.
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El postproceso
Aquí ya no me voy a parar porque este mundo sí que es impenetrable. Solo diré que yo lo dividiría en dos partes:
- El postproceso en el propio sensor. Sería más bien firmware, antes de entregar el raw el propio sensor aplica procesos del limpieza de ruido y procesado de la foto de los que poco o nada podremos saber. Por eso cada fabricante de móvil tiene una cámara propia que conecta con esa parte, pero esa información no se entrega a diseñadores de software de terceros, al menos por ahora.
- El postproceso en el software: De como se manipula el fichero Raw. Si se le dan colores más cálidos o fríos, más proceso de enfoque o menos, más eliminación de ruido (que quita detalle) o menos, etc... Este es el único proceso donde podemos mejorar tras haber comprado el móvil, con mejoras paulatinas en los procesos de las cámaras de los móviles, incluso con entradas de sistemas de proceso de terceros. Todo eso trabaja sobre el Raw que sale del postproceso del propio sensor, y sobre el raw se pueden hacer cosas. De hecho, a los fotógrafos nos gusta tener el propio Raw y manipular nosotros mismos esas imágenes, al menos cuando son complejas. Los sistemas automáticos están trabajados con Big Data para gustar a una mayoría de la población, pero los aspirantes (ridículos en mi caso) a artistas preferimos no usar esos procesos y afinar la imagen por nosotros mismos (generalmente a peor
), a veces porque creemos que podemos mejorar los automáticos, y otras veces porque queremos llegar a resultados distintos.Sobre la parte del postproceso, lo único que puedo decir es que si sois buenos con Photoshop, busqueis móviles de los que se pueda sacar el fichero Raw (en mi Axon, con Nougat, se puede, aunque es un tanto confuso el llegar a ello)
Y hasta aquí he llegado. Han sido tres horas tecleando y tengo hambre. Lo dejo publicado y a ver si mañana o pasado le puedo dar un par de repasos. Señaladme todos los errores / dudas / partes confusas que veáis. Cuando escribes de un tirón casi nunca queda nada claro ni bien expresado a la primera.
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