La revolución del píxel se acerca, pero aun está lejos

Hace poco pudimos ver una breve explicación de lo que era un UltraPixel. Cada vez hay más y mejores sensores que buscan lograr una imagen más clara, con mejor rango de luz y con menores artefactos fotográficos.

Por ejemplo, el sensor que está desarrollando el MIT para móviles permite que la interpretación de la luz en el sensor sea interpolada, para tener más información y generar un look más profesional de las fotos tomadas con smartphones y tabletas.

También encontramos trabajos como los de Rambus, que creó un sensor binario que permite capturar imágenes de alto rango dinámico (emulando un poco el efecto HDR digital) mediante la reinterpretación de los rangos de luz. Por último, está el sensor UltraPixel de HTC, que al agrandar el tamaño de la celda de captura permite que llegue más luz al fotodiodo que genera la información del pixel.

Recientemente Canon realizó una rueda de prensa para mostrar un sensor dedicado a video. En un principio, el sensor parece igual a otro sensor de 35mm de una DSLR, sin embargo lo sorprendente fue cuando en el video se presentaron los siguientes ejemplos:

Con los tres ejemplos podemos ver un avance impresionante en la captura de video. Las tres escenas son espacios de condiciones casi nulas en luz, y sin embargo en las tres se logra capturar una buena cantidad de información. Probablemente las más impresionantes son las del hombre iluminado con un incienso y la escena del edificio a media noche que parece en una tarde. ¿Cómo lo logra hacer Canon?

La empresa japonesa ha desarrollado un sensor que captura Full HD y se compone de las mismas 1.920 por 1.080 fotoceldas que capturan la luz. La diferencia es que cada pixel tiene un tamaño de 16 micras, lo que permite mucha más luz entrar por pixel. Si tenemos en cuenta que el pixel normal es de 2 micras, y el ultrapixel es de 4 micras, este nuevo pixel tiene 8 veces el tamaño del estándar, y por ende puede capturar 4 veces más luz que estos. Es el mismo principio del ultrapixel.

Las ventajas de los nuevos sensores

Con estas nuevas tecnologías estamos entrando a una era que busca terminar de llevar los dispositivos digitales a acabar con lo poco que queda de lo análogo. Hasta el momento, el récord de iluminación de películas con condiciones de luz baja era la película de Stanley Kubrick Barry Lyndon, en la cual el director filmó todos los interiores sólo con iluminación de velas (muy poca luz) con película de ISO 100.

Con estos avances podemos acercarnos más a obtener imagenes de video y fotografía con mucha información. No solo es bueno para quienes hacen fotografías de forma aficionada, que podrán tomar fotos donde se vea detalle de luz a sombra de los paisajes y fotos de piscina. También los profesionales tendrán opciones distintas para buscar alternativas a los HDR por medio del bracketing, y buscar imagenes menos artificiosas que las que ofrece hoy el software actual, con mucho detalle de todas las zonas de luz.

Junto al procesador del MIT puede incluso que lleguemos a tener imágenes de smartphone que se vean más nítidas y que se puedan ampliar mucho en comparación con las actuales, y que tengan el look y la calidad de las imágenes tomadas con una DSLR básica. Y si se incluye la aplicación del sensor de Canon, el potencial de la fotografía nocturna y de larga exposición va a crecer de maneras impresionantes. Será posible hacer fotografía nocturna de alta velocidad con nitidez y poco ruido.

Todo este progreso apunta a que estamos buscando poder ver la noche de nuevas maneras. Pero estas búsquedas implican sacrificios.

Los costos que exige la luz

Obtener imagenes más claras y de mejor calidad es el ideal a alcanzar, en especial en las cámaras de dispositivos móviles y cámaras compactas. Pero los móviles tienen que seguir siendo pequeños. Se necesitan lentes de mayor grosor para tener más luz, y se necesita un cuerpo grande para soportarlos y aprovechar su potencial. Los aparatos móviles, al ser móviles, están limitados en las posibilidades ópticas para poder hacer fotos de mejor calidad.

El lente de estos debe caber dentro de la cámara, y para llegar más lejos debe salir más, y a medida que va saliendo el diametro del lente es más delgado y por ende entra mucha menos luz. Esa construcción es lo que hace que los lentes de las compactas y los lentes estándar tengan aperturas tan cerradas pasado cierto punto (el f5,6 o f6,3). Y por este motivo, los desarrolladores se ven obligados a suplir estos defectos por medio del procesado de la foto en la captura.

Si vemos el sensor de Rambus se puede notar algo inmediatamente: el procesado de luz binario genera que el color sea opacado, por lo que los colores vibrantes se pierden  nada que no se pueda buscar recuperar en Photoshop). Pero a la vez, el sensor genera información falsa: crea bordes y otros artefactos para poder resaltar los volumenes y las texturas.

En el caso del sensor del MIT, el problema es que crear una imagen con un look más profesional es un proceso que requiere más tiempo de captura. Esto implicaría que perderíamos la posibilidad de hacer ráfagas de fotos para fotografías de alta velocidad. El procesar una imagen requeriría que la memoria interna de proceso fuera muy alta, y el peso final de la imagen sería demasiado alto. Por ejemplo, una imagen de 660 x 495 que pesa por lo general entre 100 a 300 KB se transforme en una imagen de 3 a 4 megas. Para poder tener mejor calidad en la foto se está sacrificando espacio y velocidad.

Y finalmente, al ver el nuevo sensor de Canon queda la inquietud del sensor del HTC One: ¿vale la pena perder resolución por ganar información de pixel? Los demos tienen un potencial muy grande, pero dejan ver los grandes defectos de microsensores tan grandes: Primero se pierde color, ya que no son fotodiodos filtrados como un sensor CMOS normal que generan información más amplia de color.

Segundo, el ruido que genera el sensor es menos saturado, pero mucho más notorio. Las condiciones bajas de luz no son lo mismo para una película que para un sensor: en la película, si no se obtenía información quedaba transparente el negativo, y la imagen final era un negro puro. En el sensor digital, esta falta de información se convierte en un pixel falso que se ve como un cubo gris que sale de la nada, lo que destruye mucho la calidad de imagen.

Lo que significa

La evolución de sensores diseñados para cámaras compactas y de móviles sigue en etapa de niñez. Las funciones individuales de cada sensor no presentan un avance significativo. Incluir todos los beneficios en una nueva cámara compacta o de móvil lograría llamar la atención de los usuarios, pero el estado actual de los avances hace que un producto de esas características sea inviable: muy grande, muy costoso y muy pesado.

Estas tecnologías se están creando por la demanda del usuario promedio y del fotografo aficionado que busca mejores imágenes. Y queremos fotografías de mejor calidad, pero no se puede dar nada apresurado. Hay que seguir probando las propuestas actuales, y ver como la demanda del usuario promedio exige un verdadero cambio significativo.