Cómo el Samsung Galaxy S20 Ultra toma excelentes fotografías con Nona Binning

La guerra de los megapíxeles de las cámaras de los teléfonos inteligentes se detuvo durante varios años, pero volvió a cobrar fuerza en 2019. La llegada en 2018 del Huawei P20 Pro (revisar) y el Huawei Mate 20 Pro (revisar) con enormes sensores Quad Bayer de 40MP demostró que los sensores de muchos megapíxeles no eran necesariamente perjudiciales para la fotografía con poca luz. Gracias a la ingeniosa combinación de píxeles 4 en 1 y al potente modo nocturno, los smartphones insignia de Huawei de 2018 pudieron estar cómodamente en el nivel superior en fotografía con poca luz, igualando y en algunos casos incluso superando lo mejor que tenían HDR+ y Night Sight de Google oferta. En 2019, inspirándose en Huawei, los sensores Quad Bayer de alto megapíxeles llegaron a la corriente principal y la mayoría de los principales proveedores de teléfonos inteligentes utilizaron alguna forma de

Sony IMX586 de 48MP, Samsung GM1 de 48MP y GM2, el Samsung ISOCELL GW1 de 64MPy, finalmente, el último Sony IMX686 de 64MP. Xiaomi llevó las cosas a un nivel superior con el lanzamiento del Mi nota 10, que presentaba un Samsung ISOCELL HMX de 108MP sensor primario. El Samsung Galaxy S20 Ultra recién lanzado es el segundo teléfono del mercado que utiliza una cámara principal de 108MP (sin contar la Mi Mix Alfa teléfono conceptual), pero su flujo de trabajo es diferente. Entremos en los detalles.

El Galaxy S20 Ultra es el teléfono insignia de la serie Galaxy S20 de Samsung y tiene las especificaciones y el precio a la altura. Mientras que el Galaxy S20 normal y el Galaxy S20+ utilizan un nuevo sensor primario de 12 MP con un tamaño de píxel de 1,8 micrones, el Galaxy S20 Ultra pasa a un sensor primario de 108 MP. Sin embargo, este no es el mismo sensor que el Mi Note 10. El Galaxy S20 Ultra utiliza un sensor ISOCELL HM1, que es una ligera mejora con respecto al ISOCELL HMX utilizado en el Mi Note 10. Es capaz de grabar videos de 8K a 24 fps, por ejemplo. Más interesante aún, se aleja de la agrupación de píxeles 4 en 1 utilizada en el Mi Note 10 a una nueva agrupación de píxeles 9 en 1 que produce fotografías de 12 MP. Samsung llama a esto nona binning, y es el primer teléfono que utiliza una agrupación de 3x3 píxeles en lugar de una de 2x2 píxeles. El Galaxy S20 Ultra puede cambiar dinámicamente entre un modo de 108MP de alta resolución y un modo de 12MP sin píxeles agrupados.

Para comprender por qué esto es beneficioso, echemos un vistazo a cómo funciona la agrupación de píxeles.

Agrupación de píxeles en sensores Quad Bayer de alta megapíxeles

Antes de 2018, prácticamente todas las cámaras de los teléfonos inteligentes tenían una matriz de filtros de color Bayer. El Huawei P20 Pro y el Huawei Mate 20 Pro fueron los primeros teléfonos en utilizar sensores Quad Bayer. En pocas palabras, un sensor Quad Bayer tiene menos resolución de color que un sensor con un diseño estándar de Bayer. En el IMX586, por ejemplo, los filtros de color físicos del sensor de la cámara sólo tienen una resolución efectiva de 12MP. El ISP de dichos sensores puede lograr un resultado Bayer virtual de 48MP a partir del sensor reorganizando los subpíxeles entre los píxeles lógicos. Debe quedar claro que este enfoque no es tan bueno como utilizar un filtro Bayer estándar. ¿Cuál es la diferencia específica? De acuerdo a anandtech, el IMX586 de 48MP tiene una resolución espacial más cercana a los 27MP, ya que solo puede aumentar la resolución espacial hasta la mitad.

¿Por qué entonces utilizar sensores Quad Bayer? Tienen sentido porque hasta ahora son la única opción en el mercado si un fabricante de dispositivos quiere incorporar un sensor de muchos megapíxeles. Sus aspectos negativos se mitigan mediante el uso de agrupación de píxeles 4 en 1, que combina cuatro píxeles en un píxel a nivel del sensor para reducir el ruido, mejorar el rango dinámico y mejorar los detalles por píxel. Combinar varios píxeles en uno no es una idea nueva; se hizo con el Nokia 808 PureView y el Nokia Lumia 1020 allá por 2012 y 2013. Antes, la idea era combinar varios píxeles ruidosos en un "súper" píxel limpio. La llegada de los sensores Quad Bayer llevó a la popularización de la agrupación de píxeles.

La teoría detrás de la agrupación de píxeles es la siguiente. El sensor personalizado de 40 MP de Huawei en sus buques insignia tiene un tamaño de píxel de 1,0 micras. Los sensores convencionales de 48MP y 64MP tienen un tamaño de píxel aún más pequeño, de 0,8 micrones. Incluso los sensores ISOCELL de 108MP tienen el mismo tamaño de píxel de 0,8 micrones porque el tamaño de píxel se mantiene constante cuando la resolución aumenta simultáneamente con el tamaño del sensor. Cuando se reduce el tamaño de píxel, la calidad de la imagen con poca luz se ve afectada negativamente. Las fotografías con poca luz se ven muy afectadas por la sensibilidad de un píxel a la luz y, por lo tanto, la regla general es optar por un tamaño de píxel más grande, con sensores emblemáticos de 12 MP que se ubican en alrededor de un tamaño de píxel de 1,4 micrones.

En teoría, los sensores Quad Bayer evitan esta limitación optando por la agrupación de píxeles. La agrupación de píxeles 4 en 1 de Huawei da como resultado fotos de 10 MP de forma predeterminada con un "tamaño de píxel efectivo" de 2,0 micrones. Los sensores de 48MP y 64MP utilizan agrupación de píxeles 4 en 1 para fotos de 12MP y 16MP de forma predeterminada con un tamaño de píxel efectivo de 1,6 micrones. El Xiaomi Mi Note 10 utiliza agrupación de píxeles 4 en 1 para fotos de 27 MP de forma predeterminada con un tamaño de píxel efectivo de 1,6 micrones. Esto les permite lograr resultados competitivos en condiciones de poca luz. Por supuesto, la fotografía con teléfonos inteligentes es un campo complicado y el procesamiento de imágenes es un factor igualmente importante, pero Si todos los demás factores son constantes, un tamaño de píxel efectivo de 1,6 micrones debería ser mejor que un tamaño de píxel de 1,4 micrón. Algunos fabricantes de dispositivos tuvieron más éxito que otros en la implementación de sensores Quad Bayer de este tipo de megapíxeles. Samsung, Huawei y Apple optaron por quedarse con sus sensores personalizados, mientras que Google siguió utilizando el relativamente antiguo Sony. IMX363 en el Google Pixel 4, compensándolo con fotografía computacional en forma de HDR+ y Noche mejorados Vista.

Por lo tanto, ahora tenemos un mercado en el que incluso los teléfonos de gama media baja tienen sensores Quad Bayer de 48MP y 64MP, ya que esencialmente tienen pocas desventajas reales sobre los sensores tradicionales de 12MP o 16MP. Al utilizar la combinación de píxeles 4 en 1, las fotos finales tendrán una resolución de 12 MP en la mayoría de las condiciones de iluminación, especialmente en condiciones de poca luz. El beneficio de la alta resolución se presenta a la luz del día, donde algunos teléfonos ofrecen modos de 48MP para aprovechar la mayor resolución espacial.

La "nona binning" del Galaxy S20 Ultra

El Galaxy S20 Ultra es la progresión lógica de la metodología de agrupación de píxeles. Hasta ahora, los teléfonos que utilizan sensores de muchos megapíxeles han utilizado agrupación 2x2 para combinar cuatro píxeles en uno. Esto permite duplicar el tamaño de píxel efectivo, de 0,8 micrones a 1,6 micrones, por ejemplo. Sin embargo, con un sensor de 108MP, existe la posibilidad de agrupar aún más píxeles a la vez. La agrupación de píxeles 4 en 1 dará como resultado un modo agrupado de píxeles de 27 MP, que posiblemente todavía sea demasiado grande para fotografías generales. Además, las fotos de 27 MP con un tamaño de píxel efectivo de 1,6 micrones son buenas, pero ¿qué pasaría si pudieras tener fotos de 12 MP con un tamaño de píxel efectivo de 2,4 micrones?

Samsung logra un tamaño de píxel efectivo de 2,4 micrones mediante el uso de agrupación de 3x3 píxeles, combinando nueve píxeles en un solo píxel a nivel del sensor. "Nona binning" no es más que el término de marketing de la empresa para el binning 3x3. Esto combinará nueve píxeles relativamente ruidosos en un superpíxel grande y limpio, lo que en teoría mejoraría aún más la sensibilidad con poca luz. Un tamaño de píxel efectivo de 2,4 micrones es algo inaudito en las cámaras de los teléfonos inteligentes. El único paralelo es Sensor de imagen OV48C de 48MP de OmniVison, que se lanzó en CES. Produce fotografías estándar de Bayer y tiene un tamaño de píxel de 1,2 micrones que utiliza agrupación de casi píxeles para lograr fotografías de 12 MP con un tamaño de píxel de 2,4 micrones. Si bien tiene excelentes especificaciones, aún no ha llegado a ningún teléfono de envío.

Por lo tanto, el enfoque de Samsung es teóricamente lo mejor de ambos mundos. Según la compañía, el teléfono cambiará dinámicamente entre un modo de alta resolución de 108MP y un modo agrupado sin píxeles de 12MP. A la luz del día, debería poder tomar fotografías de 108 MP de resolución ultra alta para capturar detalles lejanos y realizar recortes más efectivos, si el procesamiento de la imagen está a la altura. En condiciones de poca luz, cambiará dinámicamente al modo de 12 MP, utilizando una combinación de píxeles 9 en 1. La fotografía con poca luz se ve afectada mucho más por el tamaño del píxel que por la resolución. A nivel teórico, la agrupación de 3x3 píxeles en condiciones de poca luz tiene mucho más sentido que la agrupación de 2x2, incluso cuando la resolución se reduce de 27MP (agrupación de 2x2) a 12MP (agrupación de 3x3).

Así, el sensor de 108MP del Galaxy S20 Ultra no tiene ningún punto débil sobre el papel. De hecho, debería convertirse en un nuevo campeón en calidad de imagen tanto con luz diurna como con poca luz. Si bien nos reservamos el juicio hasta que hayamos probado el teléfono nosotros mismos, Samsung ha tomado las decisiones correctas sobre el papel. Personalmente, no tengo ninguna duda de que si la ejecución se lleva a cabo bien, más proveedores que utilicen sensores de 108MP migrarán a la agrupación de píxeles 9 en 1 desde la agrupación 4 en 1 para lograr mejores fotografías con poca luz. El Galaxy S20 Ultra es definitivamente un teléfono interesante y nos da la esperanza de que el rendimiento de la cámara y la calidad de imagen del teléfono inteligente den un paso más este año.

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