Todos tomamos fotos con nuestros teléfonos casi todos los días, si no varias veces en un día. Pero, ¿cuántos de nosotros sabemos realmente cómo funciona la cámara de un teléfono inteligente?
La cámara de un teléfono inteligente funciona prácticamente igual que cualquier otra cámara en la forma en que utiliza la luz para crear una imagen. La física de cómo las lentes doblan y dirigen la luz también es bastante similar en todos los ámbitos.
Sin embargo, debido a que las cámaras móviles son parte integral de un dispositivo de bolsillo relativamente delgado que realiza un millón de otras funciones, la cuestión del tamaño entra en juego.
Por diseño, las cámaras de los teléfonos inteligentes tienen que ser muy pequeñas en comparación con otras cámaras digitales . Esto tiene un gran impacto en el funcionamiento de las cámaras móviles y en la calidad de las imágenes que pueden producir .
En este artículo, veremos cómo funcionan las cámaras de los teléfonos inteligentes. Las cosas pueden volverse un poco científicas y técnicas a veces, pero intentaré mantenerlo lo más simple posible.
Al final de esto, deberías tener una idea bastante buena de cómo funciona una cámara móvil. Después de eso, estará en ti aprovechar al máximo la cámara de tu móvil para que puedas tomar algunas fotos con tu smartphone realmente sorprendentes .
Entonces, ¡vamos directo a eso!
como funciona la luz
La luz está a la vanguardia de la fotografía. Tanto es así que incluso está en el nombre. La palabra ‘foto’ significa luz y ‘gráfico’ significa dibujo. Entonces, una fotografía es esencialmente dibujar con luz.
Por lo tanto, para comprender cómo funciona la cámara de un teléfono inteligente, debe comprender los conceptos básicos de cómo funciona la luz.
La luz «blanca» que vemos todos los días del sol en realidad se compone de varios colores diferentes: el color del arco iris.
No vemos estos colores individuales excepto cuando la luz viaja a través de algo como un prisma de vidrio y se divide, creando efectivamente un arco iris. Esto se debe a la forma en que se comporta la luz.
Uno de los comportamientos de la luz se llama refracción. Esto es cuando la luz se desvía a medida que viaja de un medio a otro, como se ve con el prisma.
Esto se debe a que cuando la luz viaja, viaja a través del espacio, viaja en línea recta a una velocidad de alrededor de 300 000 km/h. Pero cuando la luz viaja del aire a un material denso como el agua o el vidrio, disminuye su velocidad. Esta desaceleración de la luz hace que se doble.
Un ejemplo es si clavas un poste en un charco de agua. Notarás que el poste parece doblarse justo donde se encuentran el agua y el aire.
El poste en sí no ha cambiado de forma, pero debido a la densidad del agua en comparación con el aire, el poste parece haberse doblado debido a cómo se refracta la luz.
Así como la luz se ralentiza y se dobla cuando viaja de un medio disperso como el aire a uno denso como el agua, la luz vuelve a acelerar y se dobla cuando se mueve de un medio denso a uno disperso.
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La luz se dobla cuando viaja del aire a un medio denso. Fuente: wikipedia.org
Ahora que hemos terminado con la breve lección de física sobre la luz y cómo funciona, veamos cómo la cámara de un teléfono inteligente usa la luz para crear una imagen.
En su camino para crear una imagen en el sensor de la cámara de un teléfono, la luz tiene que viajar a través de varias partes de la cámara. El primero es…
La lente
Una lente suele ser una pieza redonda de material transparente, como vidrio o plástico, que enfoca la luz para formar una imagen.
Las lentes tienen dos superficies pulidas en cada lado que se curvan hacia adentro o hacia afuera según el tipo de lente. El radio de la curvatura es casi siempre constante.
Una lente simple, como su nombre indica, es solo una pieza de vidrio que se usa en cosas como anteojos, lupas, lentes de contacto, visores, etc.
Por otro lado, una lente compuesta se compone de varios tipos de elementos de lente única combinados, cada uno con un propósito único para corregir problemas ópticos y guiar la luz hacia el sensor. Este es el tipo de lente que se encuentra en las cámaras de los teléfonos inteligentes.
Cómo funciona una lente
El propósito principal de una lente es desviar la luz. Cómo funciona esto es que, como se mencionó anteriormente, la luz viaja de cierta manera dependiendo del medio por el que viaja.
Entonces, cuando los rayos de luz pasan de viajar a través del aire a atravesar el vidrio, dejarán de viajar en línea recta y se doblarán. Esto se debe a que, al igual que el agua, la luz viaja más lentamente a través del vidrio que a través del aire.
Fuente: britannica.com
La dirección en la que se desvía la luz depende de la forma de la lente. Los lentes que tienen un bulto en el centro que se curva hacia afuera se conocen como lentes convexos.
Estos se conocen como lentes convergentes porque cuando la luz pasa a través de ellos, se dobla hacia adentro hacia un plano focal.
Fuente: mammothmemory.net
Un ejemplo de esto es una lupa. Si lo sostiene de cierta manera al aire libre bajo el sol, puede ver la luz pasar a través de la lente de la lupa y converger en un solo punto.
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GANA DINERO con tus fotos móviles usando estas 5 aplicacionesEse es el plano focal y puede quemar bastante porque todos los rayos del sol se enfocan en un solo punto.
Otra forma en que una lente puede cambiar la dirección de la luz es divergiéndola o extendiéndola hacia afuera en lugar de hacia adentro. Se sabe que las lentes cóncavas doblan la luz de esta manera. A diferencia de las lentes convexas, las lentes cóncavas se curvan hacia adentro en el medio.
Cómo funciona un sistema de lentes compuestos
Una imagen capturada con una sola lente no suele ser lo suficientemente buena para la fotografía. Y es por eso que la lente de la cámara del teléfono inteligente se compone de más de una sola lente.
La unidad de lente contiene una serie de lentes convexas y cóncavas de varias densidades que trabajan juntas para dirigir la luz a través del sensor para crear una imagen.
La lente está diseñada de esta manera para que la cámara pueda crear una imagen lo más precisa posible. Desea que sus fotos se vean perfectamente nítidas por todas partes, incluso en los bordes y no solo en un área.
Hay toda una ciencia detrás de cómo funciona exactamente esto, pero está más allá del alcance de este artículo. En pocas palabras, los rayos de luz que entran por la cámara pasan por una serie de divergencias y convergencias hasta que finalmente llegan al sensor.
La calidad y el posicionamiento de estos elementos de la lente son de suma importancia; de lo contrario, las imágenes resultantes podrían sufrir problemas como aberración cromática, desenfoque y contraste reducido.
Distancia focal y ángulo de visión del objetivo
Hoy en día, los teléfonos móviles suelen tener más de una cámara . En la mayoría de los casos, estas cámaras tienen lentes con diferentes distancias focales . Esto significa que las imágenes tomadas por cada cámara son diferentes.
La distancia focal, que se expresa en milímetros (mm), es básicamente una indicación de la cantidad de una escena que puede cubrir una lente en particular.
Especificaciones de la cámara del Samsung Galaxy S10+ 5G. Fuente: gsmarena.com
Si visita un sitio como GSM Arena y observa las especificaciones de la cámara móvil de un teléfono con múltiples cámaras , notará que tienen la distancia focal de la lente de cada cámara, por ejemplo, 26 mm.
Y luego, entre paréntesis, verás escrito, ancho, ultra ancho o teleobjetivo. Esto se refiere al ángulo de visión de cada lente.
Cuanto más corta es la distancia focal, más amplio es el ángulo de visión. Cuanto mayor sea la distancia focal, más ampliada será la imagen y, por lo tanto, más estrecho será el ángulo de visión.
Para comprender mejor la relación entre la distancia focal y el ángulo de visión, y cómo afectan sus fotos, le sugiero que lea este artículo detallado sobre la distancia focal .
Zoom
Cuando acerca un sujeto con una cámara DSLR, los elementos de la lente dentro del cilindro de la lente se mueven para cambiar la distancia focal de la lente y ampliar el sujeto.
Esto se conoce como zoom óptico porque los elementos de la lente se mueven.
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4 formas de imprimir fotos desde tu teléfonoZoom digital
Durante mucho tiempo, los teléfonos inteligentes con una sola cámara no podían hacer zoom óptico . Eso es porque tenían una lente que tenía una distancia focal fija.
En otras palabras, las lentes no tenían partes móviles que pudieran acercar un sujeto. En cambio, las cámaras móviles solían depender del zoom digital, que era una forma inferior de zoom.
Con el zoom digital, cuanto más se acerca, más recorta la cámara la imagen y la amplía digitalmente para llenar el marco. Esto da como resultado imágenes de muy mala calidad.
Zoom óptico
Cuando se introdujeron los teléfonos inteligentes de doble cámara hace algunos años, las compañías de teléfonos inteligentes comenzaron a comercializar sus cámaras con un zoom óptico de 2x .
Esto se debe a que las dos cámaras tenían lentes con diferentes distancias focales. Uno tenía una lente gran angular y el otro tenía un teleobjetivo.
Cambiar entre las dos cámaras haría que pareciera que usted amplió ópticamente el doble de la distancia focal de la lente gran angular sin perder calidad como lo haría con el zoom digital. Sin embargo, en la mayoría de estos casos, si no en todos, no se trata realmente de un zoom óptico.
La forma en que esto funciona en la mayoría de los casos es que cuando hace zoom, la cámara interpola o mezcla los píxeles de los sensores de las dos cámaras y crea una imagen híbrida. Entonces, en esencia, no hay partes móviles en este tipo de zoom como en el zoom digital.
La única diferencia es que este tipo de zoom híbrido conserva una mejor calidad de imagen debido al teleobjetivo de la segunda cámara.
zoom de periscopio
El zoom de periscopio cambia las reglas del juego porque funciona de manera completamente diferente a la forma tradicional de hacer zoom de una cámara móvil.
Debido a su posicionamiento lateral dentro del cuerpo del teléfono, la cámara de periscopio tiene una lente de zoom bastante grande que no sobresale de la parte posterior del teléfono.
Y debido a que la lente del zoom es relativamente grande para la cámara de un teléfono, en realidad puede hacer zoom óptico con ella. En otras palabras, a medida que acerca y aleja el zoom, los elementos de la lente dentro de la lente del zoom del periscopio se mueven físicamente.
Vale la pena señalar que, independientemente del tipo de zoom que utilice, deberá mantener la cámara fija para evitar tomas borrosas . Cuanto más se acerque, más aparente será el movimiento de la cámara y eso conduce a fotos no deseadas.
Enfocar
El posicionamiento de los elementos de la lente también afecta el enfoque. Cuando acercas y alejas, necesitas ajustar tu enfoque si estás disparando en modo Manual . De lo contrario, su teléfono puede ajustar automáticamente el enfoque por usted. Las cámaras de los teléfonos inteligentes emplean diferentes métodos para enfocar una imagen automáticamente.
El método más popular en el momento de escribir este artículo es el enfoque automático de doble píxel. Pero parece que una nueva tecnología llamada 2×2 OCL está empezando a ganar terreno .
No importa qué método de enfoque automático use la cámara de un teléfono, los principios de cómo funcionan los elementos de la lente para lograr el enfoque correcto son prácticamente los mismos.
Una vez que haya seleccionado dónde desea enfocar en el marco, el ISP de la cámara (que veremos más adelante) realiza algunos cálculos y envía los datos de enfoque correctos al motor de enfoque. Este motor luego alinea los elementos de la lente a un punto donde el enfoque se establece donde desea que esté.
Te puede interesar:
Apertura de teléfono: qué es y cómo funcionaEntonces, como puede ver, hay muchas cosas que suceden con la lente. Y por una buena razón. Sin la lente, la luz que entra por la cámara no tendrá dirección. Sí, una cámara puede tomar fotos sin lente, pero no obtendrá una imagen nítida.
Lo siguiente en el proceso de convertir la luz en una imagen es un área que controla exactamente cuánta luz puede pasar al sensor.
Abertura
La apertura se refiere a la apertura que determina cuánta luz puede llegar al sensor. En una lente DSLR tradicional, la apertura es ajustable. Cuanto mayor sea la apertura, más luz pasa a través.
La apertura se expresa en f-stops. Cuanto mayor sea el f-stop, más estrecha será la apertura y, por lo tanto, entrará menos luz. Cuanto más bajo sea el f-stop, más luz pasa.
Por ejemplo, configurar su apertura en f/2.2 permitiría que entre más luz que si lo configura en f/8.
Esto ayuda cuando necesita ajustar su exposición para adaptarse a varias situaciones de iluminación, pero también afecta la profundidad de campo.
¿Cómo funciona la apertura en los teléfonos móviles ?
Sin embargo, en los teléfonos inteligentes las cosas son diferentes. Las cámaras móviles tienen una apertura fija y, por lo tanto, no se pueden ajustar para diferentes condiciones de iluminación. En el caso de las cámaras de los móviles, cuanto mayor sea la apertura, mejor.
Debido a que las cámaras de los teléfonos inteligentes son tan pequeñas, necesitan toda la luz posible. La apertura de los teléfonos móviles se ha ido haciendo cada vez más grande a lo largo de los años.
La apertura más amplia en una cámara móvil actualmente es f/1.4, que es bastante amplia para un teléfono. Esa es una de las cosas que debe tener en cuenta al comparar las cámaras de los teléfonos inteligentes.
A partir del Galaxy S9, Samsung introdujo una apertura variable en sus cámaras insignia. Esto permitió al fotógrafo cambiar entre f/1.5 y f/2.4.
No muchos otros fabricantes de teléfonos siguieron su ejemplo y Samsung terminó el experimento comenzando con el Galaxy S20 .
Puedes leer más sobre la apertura aquí .
Una vez que ha pasado la cantidad de luz necesaria a través de la apertura, está en camino hacia el sensor para ser procesada en una foto. Pero primero, la luz tiene que pasar por un proceso importante.
La estabilización de imagen es muy importante si desea capturar imágenes nítidas sin sacudidas ni desenfoques.
Esto se logra haciendo que la lente o el sensor se muevan en un sistema de giroscopio que contrarresta cualquier movimiento menor y nerviosismo. Esto se conoce como estabilización de imagen óptica u OIS.
También hay estabilización de imagen electrónica, pero está más orientada a las aplicaciones de filmación y video que a la fotografía móvil.
La estabilización de imagen en las cámaras de los teléfonos inteligentes se logra mediante el uso de un sistema de estabilización de imagen óptica basado en un sensor que mueve el sensor de imagen de la cámara para contrarrestar el movimiento del teléfono.
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Explicación de los megapíxeles de la cámara del teléfonoMientras hace esto, puede ajustar la distancia focal entre el sensor y la lente. El resultado es una toma estable que no tiene borrosidad.
Sin embargo, la estabilización de imagen óptica no puede compensar los grandes movimientos de la cámara. Por esa y muchas otras razones, es mejor que uses un sistema de soporte de cámara para mantener tu teléfono estable .
Un trípode es un buen ejemplo porque viene en diferentes formas y tamaños y se puede transportar fácilmente.
Obturador
Lo que hace que la estabilización de imagen óptica sea necesaria en las cámaras de los teléfonos inteligentes es el obturador y la velocidad a la que funciona .
En cámaras más grandes y dedicadas, antes de que la luz pueda llegar al sensor, tiene que pasar por un aro más: el obturador. Este es un dispositivo mecánico que se coloca frente al sensor y bloquea la luz para que no llegue al sensor.
Cuando se presiona el botón del obturador para tomar una foto, el obturador mecánico se abre y expone el sensor a la luz durante un período determinado y luego se vuelve a cerrar. La cantidad de tiempo que el obturador permanece abierto se conoce como velocidad de obturación .
Cuanto más rápido se abra y se cierre el obturador, menos borrosas serán las tomas. La desventaja es que sus imágenes se verán considerablemente oscuras sin la iluminación adecuada.
Una velocidad de obturación lenta permite que el sensor se exponga a la luz durante un período prolongado. Esto funciona bien para iluminar la imagen en condiciones de poca luz. Sin embargo, la contrapartida es que cuanto más lenta sea la velocidad de obturación, más probable es que tenga imágenes borrosas.
Y aquí es donde ayuda la estabilización de imagen. Le permite disparar a una velocidad de obturación razonablemente lenta sin estropear su foto. Sin embargo, cuanto más lento vaya con la velocidad de obturación, más difícil será para la cámara móvil OIS mantenerse al día. Entonces, nuevamente, debe admitir la cámara del teléfono para evitar el desenfoque.
Las cámaras móviles no tienen obturadores mecánicos. Funcionan electrónicamente activando y desactivando el sensor durante un tiempo determinado.
Entonces, en las cámaras de los teléfonos inteligentes, tan pronto como la luz atraviesa la apertura y se ha estabilizado, prácticamente ha llegado a la ciudad sensora de destino. Sin embargo, no se registrará hasta que se active el sensor.
Al igual que con el obturador mecánico, la cantidad de tiempo que el sensor permanece activado se conoce como velocidad de obturación. A pesar de su diferencia física, estos dos tipos de obturador afectan la imagen de la misma manera.
Para obtener más información sobre los obturadores de las cámaras móviles, cómo funcionan exactamente y cómo usar la velocidad de obturación de manera creativa, consulte Todo lo que necesita saber sobre la velocidad de obturación de la cámara de un teléfono inteligente .
Entonces, ahora que nuestra luz finalmente llegó al sensor, veamos cómo se convierte en una imagen.
el sensor
He escrito un artículo completo dedicado a discutir el sensor que se encuentra en las cámaras móviles y cómo funciona, por lo que no entraré en muchos detalles al respecto aquí. Puedes leer el artículo sobre los sensores de las cámaras de los smartphones aquí .
El sensor es básicamente la columna vertebral de la fotografía digital porque ahí es donde ocurre la imagen.
Está formado por millones de píxeles (o fotositos como los llaman otros) que conforman el número total de megapíxeles de la cámara .
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Al tomar una foto y el sensor se activa y desactiva, estos píxeles se encienden y apagan y capturan la luz entrante.
Los fotones de luz que inciden en los fotositos se convierten en una señal eléctrica cuya intensidad varía según el número de fotones capturados en cada fotosito. Estos datos luego se procesan y se convierten en una imagen.
Primer plano de la superficie de un sensor de imagen.
Sé que esto puede ser un poco confuso para que algunos lo entiendan. Si desea comprender mejor cómo funciona el sensor, asegúrese de consultar el artículo que mencioné anteriormente .
Vale la pena señalar que el procesamiento de una imagen a partir de los datos eléctricos de los fotositos da como resultado una imagen monocromática, no una con color.
Esto se debe a que el sensor por sí solo solo puede determinar cuántos fotones de luz ha recolectado. No puede decir de qué color son los fotones.
Matriz de filtros de color
Para que una cámara móvil capture imágenes en color, se requiere un filtro de color. La matriz de filtros Bayer es la más popular en muchos sensores.
Este es un filtro de color que se coloca sobre cada sitio de fotos para determinar el color de la imagen. Actúa como una pantalla que solo permite que entren fotones de un determinado color en cada píxel.
Fuente: wikipedia.org
El filtro Bayer se compone de filas alternas de filtros azul/verde y rojo/verde. El filtro azul captura la luz azul, el filtro verde captura la luz verde y el filtro rojo captura la luz roja. La luz que no coincide con el filtro se refleja.
Debido a que se refleja tanta luz en el filtro (alrededor de dos tercios), la cámara tiene que calcular cuántos de los otros colores hay en cada píxel.
La medición de las señales eléctricas de los fotositos vecinos se utiliza para determinar esto y, en última instancia, el color de toda la imagen.
El artículo sobre sensores de teléfonos inteligentes también cubre el funcionamiento interno del filtro Bayer. Compruébelo si está interesado en los detalles de cómo una imagen en escala de grises se convierte a color.
Procesador de señal de imagen
El sensor no es donde termina la creación de una imagen. La imagen creada en los pasos anteriores es simplemente latente.
Esto significa que, aunque se captura la imagen, aún no se ha desarrollado por completo. Todavía queda algo de trabajo de procesamiento por hacer, y luego se crea la imagen final.
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¿Puedo usar la cámara de un teléfono con un dron?De esto se encarga el procesador de señal de imagen (ISP) . El ISP es el cerebro de una cámara móvil. Es un procesador especial que toma los datos de imagen sin procesar del sensor de la cámara y los convierte en una imagen utilizable.
El procesador de señal de imagen realiza una serie de tareas para llegar a crear la imagen final. El primer paso se conoce como demostración.
Este es el proceso ya mencionado anteriormente donde el procesador, que conoce el color del filtro en cada fotosito, analiza las señales eléctricas de los fotositos vecinos para determinar el color de cada píxel.
Fuente: ok.ctrl.titech.ac.jp
Una vez hecho esto, el procesador de señal de imagen continúa aplicando más correcciones a la imagen sin procesar.
Otras correcciones incluyen cosas como la reducción de ruido, la corrección de la sombra de la lente y la corrección de píxeles defectuosos.
El ISP también realiza ajustes en parámetros como el balance de blancos, el enfoque automático y la exposición. Y debido a que el trabajo del procesador de señales de imagen depende en gran medida de los algoritmos, también es responsable de cosas como HDR , modo nocturno, EIS , compresión de imágenes , etc.
Una vez que los datos de la imagen capturados por el sensor han pasado por la tubería de procesamiento, tiene una imagen final que puede editar, guardar en su teléfono, compartir en línea o incluso imprimir para enmarcar y mostrar .
software de la cámara
Por supuesto, nada de lo anterior sería de utilidad si no tiene forma de acceder a la cámara. Para poder tomar fotos con la cámara de su teléfono, necesita una aplicación que le permita comunicar sus comandos al módulo de la cámara del teléfono.
Desde la aplicación, puede elegir la resolución que desea que tengan sus fotos, dónde desea que se guarden y si desea guardar las fotos como archivos RAW o jpeg (siempre que su cámara pueda hacerlo).
Por supuesto, hay otras cosas que puede hacer desde la aplicación de la cámara, como cambiar de cámara, aplicar filtros, activar HDR, cambiar la configuración de la aplicación y más.
Todos los teléfonos con cámara vienen con una aplicación de cámara nativa instalada que generalmente está configurada para tomar fotos en modo automático de forma predeterminada.
Esto le permite simplemente apuntar su cámara a lo que desea capturar y hacer clic. La cámara calcula automáticamente lo que cree que es la mejor configuración para la toma para que no tengas que preocuparte por eso.
Algunas aplicaciones de cámara nativas en teléfonos inteligentes populares le permiten cambiar al modo Manual . Este modo le brinda la oportunidad de tomar el control total de la cámara y ajustar configuraciones como la velocidad de obturación , ISO , balance de blancos y otras usted mismo.
Sinceramente, vale la pena aprender el modo Manual porque puede afectar en gran medida la apariencia de sus fotos de una buena manera .
Si no tiene una aplicación de cámara que tenga un modo manual, hágase un favor y descargue uno . Hay muchos disponibles para que elijas.
Conclusión
Entonces, ahora sabe lo que sucede cuando toca el botón del obturador en su teléfono inteligente. Pero una cosa es saber cómo funciona la cámara de un móvil.
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