Comprender la resolución de la cámara y los megapíxeles (Guía fácil)

Los fabricantes de cámaras comercializan principalmente sus productos con sus megapíxeles.

De hecho, la resolución media de una cámara digital aumenta constantemente.

Encontrarás sensores de 20MP en los teléfonos inteligentes. Con la Sony A7R IV, incluso puedes tomar fotos de 240 MP mediante el cambio de sensor.

Pero, ¿qué significa para ti la resolución de la cámara? ¿Necesita un alto número de megapíxeles? Hoy lo descubriremos.

Una cámara grande y una cámara pequeña se enfrentan

¿Por qué es importante la resolución de la cámara?

Tratemos de ver a través de los eslóganes de marketing. Los megapíxeles y la resolución de la cámara se han convertido en palabras de moda.

De hecho, es genial que incluso tu teléfono pueda tomar fotos de 20MP. Pero, ¿cómo se traduce eso en detalles reales? No tan bien.

Y lo que es más importante, ¿lo necesitas?

Una respuesta muy general es no; Probablemente no.

Hay dos aplicaciones en las que necesita alta resolución: recorte extensivo (zoom digital) e impresión grande. E incluso en esas situaciones, necesitas detalles , no necesariamente megapíxeles altos.

¿Qué es el conteo de píxeles?

La resolución de la cámara no es igual al número de píxeles, aunque a menudo se confunden y se usan indistintamente. La película también tiene una resolución: se refiere al nivel de detalle que puede resolver.

Los píxeles son el componente más pequeño del sensor de una cámara digital. Absorben la luz. Hay millones de ellos, uno tras otro, y forman una imagen coherente.

Tu número es importante, pero no dice todo sobre la resolución de una cámara.

El número de píxeles se da en megapíxeles. Un megapíxel (MP) es un millón de píxeles. Entonces, cuando alguien dice que una cámara tiene una resolución de cámara de 20MP, se refiere a los 20 millones de píxeles en su sensor.

De hecho, el número de píxeles pone un límite a lo detallada que puede ser una imagen. Pero en sí mismo no especifica un nivel mínimo de detalle. No significa nada hasta que sepamos otros factores.

Lo único que ciertamente promete un alto número de píxeles es menos muaré.

Cálculo del tamaño de la imagen en píxeles

Los sensores de la cámara son rectangulares. Los píxeles que contiene no están dispersos al azar, están en una cuadrícula.

Las dimensiones de los dos lados son comparables. Su relación de aspecto varía de 1:1 (cuadrado) a 16:9 en algunas cámaras orientadas a video.

Las relaciones de aspecto más utilizadas son 3:2 y 4:3.

Por ejemplo, mi Canon 5D MkIII tiene una relación de aspecto de 3:2. Su sensor mide 5760 píxeles en el lado largo y 3840 píxeles en el lado corto.

Puede multiplicar los dos lados para obtener el recuento total de píxeles. 5760×3840 equivale a 22 118 400. (Entonces, el 5D MkIII tiene un sensor de 22.1 MP).

Todavía puedo lograr diferentes relaciones de aspecto, pero solo recortando. La cámara también hace esto si configuro una relación de aspecto diferente en el menú. Recortar reduce la resolución.

imagen de píxel azul
Imagen de hongkha en Pixabay

¿Qué es la resolución de la cámara?

Cuando decimos resolución en el contexto de cámaras, nos referimos a resolución espacial. Ese es el término técnicamente correcto, pero probablemente sea la primera y la última vez que lo leas.

La resolución de la cámara nos dice cuán detalladas pueden ser las cámaras. En otras palabras, es la «capacidad de la modalidad de imágenes para distinguir dos objetos» ( Wikipedia ).

La resolución depende de varios factores.

Si la superficie de grabación es una película, está determinada por:

  • tamaño de la película Obviamente, con un tamaño más grande viene más detalle
  • niveles de grano.Las películas ISO más bajas generalmente tienen menos grano y, por lo tanto, producen una imagen más limpia y detallada.
  • nitidez de la lente. Por grande y silenciosa que sea una película, si la cámara usa una lente inferior, la resolución de la cámara seguirá siendo baja.
  • Difracción.El valor de la apertura relativa (stop) limita cuán pequeña puede ser la unidad de detalle más pequeña. Sin embargo, siempre está ahí, en diversos grados.

En la era de los sensores digitales, esto cambia ligeramente a:

  • espaciado de píxeles.La densidad de píxeles en un sensor. También da una medida bastante precisa del tamaño de píxel;
  • tamaño del sensor,
  • ISO
  • nitidez de la lente,
  • y difracción.

Además, las circunstancias externas también influyen en la claridad de una imagen.

  • Enfocar. Si la imagen está mal enfocada, no será tan detallada como podría ser.
  • Movimiento de la cámara y desenfoque de movimiento.Dependiendo de la velocidad de obturación que elijas, en la foto pueden aparecer desenfoques o incluso temblores. Reduce la resolución, especialmente en distancias focales de teleobjetivo y con un alto número de píxeles.
  • Desenfoque atmosférico. Al fotografiar un sujeto desde una gran distancia, la propia atmósfera afecta negativamente a los detalles. Este efecto es más notable en las tomas con teleobjetivo. La niebla, la lluvia y otros fenómenos meteorológicos también tienen su efecto.
  • estado del equipo. Es posible que tenga la lente más nítida del mundo, pero si no la mantiene limpia, no funcionará de la mejor manera. Incluso después de cambios bruscos de temperatura, la lente tiende a formar condensación. Esto da como resultado una imagen borrosa.

Vamos a discutir algunos de ellos en detalle.

Espacio entre píxeles y tamaño de píxel

No hace falta decir que los píxeles más pequeños exigen una mejor calidad óptica de una lente.

Un píxel de 8 μm (micras) tiene cuatro veces el área y el doble de paso de píxel que un píxel de 4 μm.

Es decir, si la lente es lo suficientemente nítida para proporcionar detalles para los píxeles de 8 μm, no proporcionará suficiente nitidez para los píxeles de 4 μm.

Ahora, ¿dónde encuentras los píxeles pequeños?

En dos lugares:

  • Sensores grandes con recuentos de píxeles muy altos. Una Canon 5Ds R tiene un tamaño de píxel de unos 4 µm. Es una cámara de fotograma completo de 51 MP.
  • Sensores más pequeños con un recuento de píxeles normal.Un iPhone XR tiene una cámara de 12 MP. Pero su sensor es tan pequeño que los píxeles miden solo 1,3 µm. Por lo que sus píxeles son nueve veces más pequeños que los píxeles de la 5Ds R.

La Canon 5D (la original), por otro lado, tiene un recuento de píxeles de 12MP en un sensor de fotograma completo. El paso de píxeles es de 8 µm. ¡Sus píxeles son 36 veces más grandes que los píxeles del iPhone!

Los píxeles más pequeños también significan que cae menos luz sobre un solo píxel.

Sin embargo, tanto los píxeles grandes como los pequeños deben estar al mismo nivel. De lo contrario, la imagen formada por pequeños píxeles sería mucho más oscura.

Esto introduce más ruido porque cuando aclara una imagen, también aclara su ruido.

Con píxeles más pequeños, la difracción también es más pronunciada. Comienza a notarse en aperturas bajas, a veces tan bajas como f/2.8.

Pero, ¿qué es la difracción?

Entender la difracción

Es difícil explicar la difracción sin ser muy científico. Si eres un experto en física, perdona mi simplificación.

Probablemente estés familiarizado con la difracción en el agua. Si coloca una barrera con un pequeño orificio en el camino del agua, el flujo se curvará cerca del orificio. Cuanto más pequeño es el agujero, más se dobla.

Esto también sucede con la luz. En aperturas más pequeñas (f-stops más altos), la difracción afecta la nitidez y la resolución.

Debido a la difracción, existe un límite de resolución física muy medible. No importa cuán bueno sea su lente, siempre es cierto. Se da con esta fórmula:

p = (1.22λA) / 2

Aquí p es el píxel más pequeño que puede recibir información a nivel de píxel de la lente.λ es la longitud de onda de la luz incidente y A es la apertura.

Calculemos con la cámara del iPhone XR. Abrimos la apertura a f/1.8 para obtener la menor difracción.

La longitud de onda de la luz visible es de aproximadamente 0,5 µm.

p = (1,22 * 0,5 µm * 1,8) / 2

La p resultante es 1,1 µm .

Esto significa que el iPhone XR (con su paso de píxeles de 1,3 µm) está muy cerca del límite de difracción.

Entonces, incluso si la lente es ópticamente perfecta, libre de todas las aberraciones, está en su punto máximo. No puede acomodar píxeles más pequeños.

Toma otro ejemplo.

En f/16, la p resultante es de 7,3 µm. Esto significa que las cámaras con un tamaño de píxel en torno a este valor solo se ven afectadas por la difracción por encima de f/16.

El 5D original con un tamaño de píxel de 8 µm tiene una difracción limitada solo después de f/16.

Eso está de acuerdo con mis experiencias. Cuando uso el viejo 5D, tiendo a salirme con la f/16 sin perder nitidez. En el 5D MkIII y MkIV es más como f/11 y f/9.

Mira esta ilustración que tomé con la lente macro Canon 5D MkIV y Canon 100mm f/2.8L. Ambos planos están perfectamente enfocados; el reblandecimiento se debe a la difracción.

GIF animado que muestra el efecto de la difracción en la resolución
El efecto de la difracción en la resolución.

¿Cómo afecta la nitidez de la lente a la resolución?

Para que la difracción no ponga en peligro la resolución de la imagen, la mayoría de las cámaras requieren que se mantenga en o por debajo de f/8.

Sin embargo, las aperturas amplias también pueden afectar negativamente a la nitidez, especialmente en lentes más baratos, pero las lentes generalmente no funcionan mejor con la apertura amplia.

Tenga en cuenta que solo estoy hablando de nitidez aquí y no de otros aspectos de la estética de la imagen. La nitidez es una propiedad importante de una lente, pero no un factor determinante principal, al menos para mí.

Una gran medida de la nitidez de la lente son los gráficos MTF. Le muestran la resolución de una lente, independientemente del tamaño del sensor y el número de píxeles.

Pero también puede comprobar sus lentes en uso real. Al final, si son lo suficientemente picantes para ti, estás listo para ir.

El límite superior de la nitidez de la lente es la nitidez a nivel de píxel. Esto significa que una lente es lo suficientemente nítida para resolver los datos de la imagen hasta cada píxel individual sin afectar al píxel vecino.

Esto no solo depende de la lente, sino también del tamaño de píxel de las cámaras en las que lo use.

Mi lente de 85 mm f/1.8 es lo suficientemente nítida como para lograr una nitidez a nivel de píxeles en la Canon 5D de 12 MP.

No tanto en la Canon 5D MkIV de 30MP, pero todavía funciona decentemente allí. Y me encanta esta lente de todos modos.

También demuestra que los píxeles más pequeños exigen más de las lentes.

Tenga en cuenta que si observa ambas imágenes del mismo tamaño (por ejemplo, en su monitor), no notará ninguna diferencia. Solo lo verás si haces zoom sobre él.

¿Qué causa el desenfoque atmosférico?

Todos sabemos que la luz se refracta al pasar a través del vidrio. Pero esto no es solo un poder sobrenatural del vidrio.

La luz se refracta en todas las sustancias, incluido el aire.

No lo notas a distancias cortas. Se hace evidente al fotografiar sujetos distantes con un teleobjetivo.

Mira esta foto. Lo disparé a f/8 con una lente de 400 mm f/2.8 (un poco exagerado para la tarea, lo sé). Los edificios más cercanos están a 5 km (3 millas) de distancia para que todo esté enfocado. Pero observe la diferencia entre los edificios en primer plano y las colinas en el fondo.

El primer plano es agradable y nítido. Está lo suficientemente cerca como para no verse afectado significativamente por el desenfoque atmosférico.

Las colinas están más de tres veces más lejos de la cámara. A esta distancia, la luz comienza a dividirse. Diferentes longitudes de onda se desplazan de manera diferente. Este cambio provoca desenfoque

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