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lunes, 30 de noviembre de 2020

¿Qué es una lente de periscopio para cámaras de teléfonos inteligentes?

 

Un diagrama de una lente de periscopio en un teléfono inteligente Oppo.

La competencia de cámaras de teléfonos inteligentes siempre ha sido un juego de números. ¿Qué empresa puede presumir de la mayor cantidad de megapíxeles, cámaras o (cada vez más) zoom? Sin embargo, cuando se trata de las leyes de la física, el zoom óptico y los teléfonos delgados no van de la mano.

En julio de 2020, se rumoreaba  que Apple podría agregar un teleobjetivo de periscopio a un futuro iPhone. Los lentes de periscopio han existido por un tiempo, y esquivan cuidadosamente los problemas de tamaño que tienen los teleobjetivos tradicionales.

Así es como funcionan y lo que esto significa para el futuro de la industria de los teléfonos inteligentes.

En fotografía, el tamaño importa

Los mayores límites de la fotografía siempre han sido físicos, más que tecnológicos. Hay algunas leyes de la óptica que simplemente no se pueden aplicar mediante ingeniería. Es por eso que las lentes de las cámaras DSLR y sin espejo son tan grandes y pesadas. Para proporcionar distancias focales largas y aperturas amplias , las lentes deben tener un tamaño determinado.

Por ejemplo, una lente con una distancia focal de 200 mm y una apertura máxima de f / 2.8 debe tener un elemento de lente frontal de más de 70 mm (o 3 pulgadas) de ancho. Y eso sin incluir consideraciones de fabricación.

Las cámaras de los teléfonos inteligentes tienen las mismas limitaciones, pero a una escala mucho menor. Debido a que tienen sensores más pequeños, obtienen  más aumentos con distancias focales más cortasSin embargo,  este arreglo conlleva muchas compensaciones.

El iPhone 11 Pro, por ejemplo, tiene un teleobjetivo equivalente a fotograma completo de 52 mm, que en realidad es de solo 6 mm. Esto significa que  si quisiera tomar la misma foto con una DSLR profesional, necesitaría una lente de 52 mmDebido a que el sensor de la cámara de telefoto del iPhone tiene un tamaño de 1 / 3.6 pulgadas (alrededor de 5 mm en diagonal), obtienes un aumento equivalente.

Sin embargo, los fabricantes están comenzando a tener problemas. No puede encoger los sensores de la cámara mucho más pequeños sin que las compensaciones se vuelvan inmanejables. Los sensores pequeños funcionan mucho peor con poca luz y tienen más dificultades con resoluciones más altas.

Si Apple quisiera hacer más zoom en el iPhone, podría (en teoría) reducir a la mitad el tamaño del sensor. Sin embargo, probablemente sería caro de producir y terrible de usar.

La mejor opción es aumentar el tamaño de la lente.

Evitando el problema

Una ilustración de las partes internas de la lente de periscopio en un teléfono inteligente Huawei P40 Pro +.

Aumentar el tamaño de una lente también conlleva problemas. El iPhone 11 Pro tiene solo 8.1 mm de grosor. Incluso si un objetivo con una distancia focal de 6 mm no tiene que tener exactamente 6 mm de largo, tiene que estar cerca. Por lo tanto, seguirá ocupando una cantidad significativa del espacio disponible en un teléfono inteligente. Simplemente no hay espacio suficiente para agregar una lente de 12 mm a un teléfono de solo 8 mm de grosor.

A menos que lo hagas de lado.

Una lente de periscopio funciona de manera muy similar a un periscopio en un submarino. La luz entra en el elemento frontal y luego es reflejada 90 grados por un espejo en ángulo. Pasa a través de cualquier otro elemento de la lente antes de golpear el sensor de la cámara y luego se graba como una foto. Al cambiar la dirección en la que viaja la luz, los lentes más largos no tienen que ser tan profundos porque pueden ser anchos.

Para los fabricantes de teléfonos, esta es una gran ventaja. Es mucho más práctico encontrar el espacio necesario para un teleobjetivo más largo horizontalmente que encoger el sensor o hacer un teléfono más grueso.

De esta manera, los fabricantes no se limitan a lentes equivalentes a 50 mm con zoom óptico 2x (o, de un tirón y con un marketing dudoso, 3x). Hace posibles lentes de 100 mm (alrededor de zoom de 5x) o incluso el equivalente a 200 mm (alrededor de zoom de 10x).

Claro, todavía hay compensaciones y la tecnología es nueva, pero omite perfectamente la mayor limitación de agregar zoom óptico a un teléfono inteligente.

Zoom digital versus zoom óptico

Ahora, si estás pensando que tu iPhone ya tiene un zoom de 10x, estarías en lo cierto, pero también muy mal. Hay una razón por la que nos hemos referido principalmente a la distancia focal, en lugar de a los multiplicadores de zoom.

Esto se debe a que existe una distinción importante entre zoom óptico y digital (o mejorado, de superresolución, espacial o asistido por IA). Con el zoom óptico, la ampliación es el resultado de las propiedades ópticas de una lente con una distancia focal más larga. Los objetos distantes realmente parecen más cercanos, como si se vieran a través de un telescopio, sin pérdida de calidad de imagen.

Ejemplo de una imagen de zoom incorrecta de un perro en un iPhone.

El zoom digital, en sus muchas formas, es solo una forma elegante de decir que una foto se recorta para que parezca una imagen ampliada. Por supuesto, el zoom digital ha recorrido un largo camino. Con sensores de megapíxeles altos, “agrupamiento” (varios píxeles tratados como un solo píxel grande) y mejores algoritmos de escalado, los fabricantes obtienen mejores resultados.

Aún así, es realmente lo mismo que tomar una foto y recortarla más tarde. No obtiene un aumento real y siempre habrá una pérdida en la calidad de la imagen a medida que se acerca más.

Por supuesto, no se puede construir una campaña de marketing en torno a esa verdad.

Las lentes de periscopio están disponibles

Apple no será la primera en unirse a la fiesta del periscopio. Los fabricantes chinos (Oppo y Huawei, en particular) han estado jugando con ellos durante varios años. El Huawei P40 Pro + de cinco cámaras tiene un teleobjetivo periscopio de 10x que equivale a un objetivo de 240 mm en una cámara de fotograma completo.

Plano amplio de un río en un cañón.

El Samsung Galaxy S20 Ultra más ampliamente disponible tiene una lente de periscopio telefoto 5x que es aproximadamente equivalente a 100 mm. Sin embargo, el marketing exagerado de Samsung hace todo lo posible para ocultar esta información con algunos multiplicadores realmente ridículos.

Toma de zoom de un hombre con una cuerda trepando por las rocas junto a un río torrencial.
Como tantas otras funciones del teléfono, incluso si Apple no fue el primero, aún causará un gran revuelo cuando ingrese al mercado. Creo que podemos asumir con seguridad que, entre ahora y cuando se lance el eventual iPhone con lente de periscopio, esto se convertirá en una característica mucho más buscada.

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