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Cómo las lentes de periscopio podrían aumentar el zoom de las cámaras del iPhone

En la batalla constante para ofrecer a los consumidores la mejor cámara para teléfonos inteligentes, un área que Apple Todavía tiene que innovar es el zoom óptico, que podría utilizar una llamada “lente de periscopio”. Explicamos qué hace la tecnología y cómo podría aumentar potencialmente el rango de zoom en el iPhone y otros productos con capacidades de imagen.

A lo largo de los años, los fabricantes de teléfonos inteligentes han trabajado arduamente para brindarles a los consumidores una experiencia de usuario óptima, y ​​parte de esto se encuentra en el campo de la fotografía. Las mejoras en los sensores de la cámara han llevado a mayores tamaños de resolución para fotografías, junto con ganancias de rendimiento con poca luz y estabilización de imagen óptica.

La guerra de las cámaras de los teléfonos inteligentes también se ha centrado en gran medida en la fotografía computacional, donde los algoritmos integrados y, potencialmente, el uso de múltiples sensores de cámara pueden producir una imagen mucho más detallada o mejor que la que podría lograr una sola cámara por sí sola.

Sin embargo, un elemento de la fotografía es un problema que los productores de teléfonos inteligentes están trabajando arduamente para conquistar: mejorar la distancia que un usuario puede hacer zoom ópticamente.

Espacio, o la falta de él

El problema clave con el que tienen que lidiar los fabricantes de teléfonos inteligentes es que permitir que la lente de una cámara haga zoom ópticamente requiere una combinación de elementos de lente y espacio. Para que la lente de una cámara proporcione una variedad de niveles de zoom, generalmente denominados distancias focales, esos mismos elementos de la lente también deben moverse y, potencialmente, ocupar aún más espacio.

El problema aquí es que smartphones no suelen tener tanto volumen interno para empezar.

Su teléfono inteligente promedio tiene solo alrededor de un tercio de pulgada de grosor, o específicamente para el iPhone 12 Gama Pro, 7.4 mm (0.29 pulgadas). Para empezar, no hay mucho espacio para jugar, pero ese espacio debe compartirse con otros componentes.

Incluso teniendo en cuenta el golpe adicional de la cámara, simplemente no hay suficiente espacio para arreglos elaborados de teleobjetivos en la delgada carcasa de un iPhone

El vidrio, la carcasa, el ensamblaje de la pantalla y cualquier número de otros componentes ocuparán parte de ese grosor, dejando solo lo suficiente para agregar un sensor de cámara delgado. Apple maximiza la cantidad de espacio al agregar grosor adicional en forma de un golpe de cámara, pero eso no da mucho espacio para el sensor.

El conjunto de lentes en la parte superior del sensor simplemente no tiene espacio para tener componentes móviles, o para usar una disposición avanzada de elementos de lentes para proporcionar niveles de zoom lejanos, por lo que se usa un conjunto de lentes fijos. A veces, el movimiento es posible, como para enfocar o estabilizar la imagen óptica, pero no hay suficiente espacio para mejorar un zoom óptico.

Para evitar la necesidad de proporcionar una función de zoom, los fabricantes de teléfonos inteligentes utilizan múltiples sensores de cámara en la parte posterior, equipados con diferentes conjuntos de lentes para cubrir imágenes de telefoto, gran angular y ultraancho. Al cambiar el sensor que se está usando y, a su vez, qué lentes está usando ese sensor, el teléfono inteligente puede cambiar el nivel de zoom en ese momento.

Para brindar a los usuarios alguna forma de zoom ajustable, los fabricantes de teléfonos inteligentes aumentan el zoom óptico con zoom digital. Esto generalmente implica manipular la imagen que salió del sensor para recortar la toma y luego cambiar el tamaño de la imagen para cumplir con la resolución esperada por los usuarios.

Si bien es lo suficientemente útil para los fabricantes de teléfonos inteligentes y permite el uso de una variedad de distancias focales, no es una gran solución. Los zooms digitales suelen crear una imagen peor que la que puede producir un zoom óptico del mismo nivel, simplemente porque es una manipulación de datos para crear más píxeles.

Las técnicas modernas de zoom digital aún permiten a los fabricantes de teléfonos inteligentes comercializar sus dispositivos como capaces de hacer zoom a rangos mucho más altos, lo cual es excelente para fines publicitarios.

Por ejemplo, el iPhone 12 Pro Max tiene un rango óptico de 2.5x hacia adentro a 2x hacia afuera. Agregue el elemento de zoom digital y es capaz de un zoom de 12x.

Para los productores de teléfonos inteligentes, la pregunta sigue siendo: cómo agregar más de ese zoom óptico de mejor calidad.

Intentos tempranos de mejora del zoom

Algunos temprano smartphones logró solucionar el problema de varias maneras, con distintos niveles de éxito.

El Nokia Lumia 1020 siguió el camino de simplemente comenzar con un sensor de imagen masivo. Su 41.3El sensor de megapíxeles fue una gran ventaja en su lanzamiento en 2013, lo que le dio mucho más margen de maniobra a la hora de hacer zoom en una escena.

El Nokia Lumia 1020 utilizó su sensor de alta resolución para proporcionar zooms de alta calidad.

El Nokia Lumia 1020 utilizó su sensor de alta resolución para proporcionar zooms de alta calidad.

En lugar de ser un zoom óptico puro, la cámara aprovechó su gran resolución para simplemente recortar la imagen del sensor, de modo que la imagen final coincidiera con el nivel de zoom que deseaba el usuario, en lugar de escalar o interpolar la imagen para cambiar su tamaño. .

La imagen resultante todavía tenía resoluciones muy útiles, incluso después de aplicar un recorte considerable.

Otra forma temprana de resolver el mismo problema fue tomar prestado el mecanismo de zoom clásico de las cámaras compactas. Dispositivos como el Samsung Galaxy S4 Zoom, nuevamente de 2013, incluyó un sistema de cámara en el que las lentes podían salir telescópicas del cuerpo de la cámara, cambiando la posición de los elementos de la lente y permitiendo un zoom óptico extendido.

Si bien el sistema funcionaba, proporcionaba un zoom óptico de 10x en un sistema bastante convencional. 16-sensor de megapíxeles, solucionó el problema del espacio pero a costa de la estética. Los consumidores querían más delgados smartphones, no lo que podrían considerarse cámaras compactas con capacidades de teléfono inteligente.

El Samsung Galaxy S4 Zoom tomó prestado el zoom telescópico de las cámaras compactas.

El Samsung Galaxy S4 Zoom tomó prestado el zoom telescópico de las cámaras compactas.

Crear espacio de esta manera funcionó, pero no de una manera amigable para el consumidor. Lo que necesitaban los proveedores era desarrollar una forma de administrar el espacio, pero sin sacrificar la apariencia del dispositivo.

Introduzca lentes de periscopio

Conocido por el término “lentes de periscopio” o “lentes plegables”, la idea es aumentar la cantidad de espacio que un lente puede hacer dentro de un área confinada, aprovechando cómo se refleja la luz. Esto es algo similar a los principios utilizados para el periscopio de un submarino, pero simplemente para alterar la trayectoria de la luz de un teléfono inteligente.

En lugar de simplemente apuntar un sensor de cámara directamente hacia la parte posterior de un teléfono inteligente, la idea es que el sensor se pueda colocar de lado dentro del pequeño espacio restante del grosor de un teléfono inteligente. Si bien los proveedores no pueden hacer mucho con respecto al grosor general de un teléfono inteligente, pueden administrar sus componentes internos para darle al sensor de la cámara más espacio interno lateral para usar.

Las lentes se colocan frente al sensor de la cámara como de costumbre, pero luego se usa un espejo o prisma para dirigir la luz a través de una apertura en la parte posterior del teléfono inteligente. En efecto, la cámara está tomando una imagen desde una esquina, utilizando el poder del reflejo.

Una configuración de cámara plegada o de periscopio monta el sensor y las lentes principales en su lado y refleja la luz usando un prisma o espejo. [Image via Huawei]

Una configuración de cámara plegada o de periscopio monta el sensor y las lentes principales en su lado y refleja la luz usando un prisma o espejo. [Image via Huawei]

Dado que el sistema puede generar espacio entre el sensor y el elemento reflectante, esto significa que hay más libertad para usar diferentes elementos de lente de lo que normalmente se usaría en la cámara de un teléfono inteligente. Esto, combinado con el espacio que permite una gama más amplia de distancias entre elementos, significa que los diseñadores pueden crear conjuntos y arreglos de lentes más óptimos.

Como hay espacio para jugar entre los elementos de la lente, incluso puede ser factible que los productores de componentes incluyan la capacidad de cambiar esos elementos. Esto podría permitir que las lentes proporcionen más control sobre dónde enfoca la cámara y permitir niveles de aumento aún mayores.

Piense en esto como algo similar al lente de zoom de una cámara DSLR o sin espejo. En muchos casos, cambiar la distancia focal puede alterar la longitud de la lente en sí, extendiendo el cilindro de la lente para espaciar los diferentes elementos.

Una lente de periscopio sería capaz de realizar hazañas similares dentro de las limitaciones del espacio disponible.

Comercialización inicial

Apple ciertamente no sería el primero en ofrecer un teléfono inteligente con una cámara de periscopio, ya que algunos de sus competidores ya han enviado modelos que utilizan la tecnología.

Huawei fue uno de los primeros en comercializar un teléfono inteligente insignia que emplea un sistema de cámara de periscopio, con el P30 Pro equipado con lo que se comercializó como una lente SuperZoom. El arreglo proporcionó lo que Huawei facturó como un zoom híbrido de 10x y se jactó de la posibilidad de tomar algunas imágenes con un zoom de 50x.

Una vista explosionada del Huawei P30 Pro, que muestra la orientación diferente de la lente del periscopio a las cámaras convencionales.

Una vista explosionada del Huawei P30 Pro, que muestra la orientación diferente de la lente del periscopio a las cámaras convencionales.

Sin embargo, la implementación de Huawei de la idea no fue perfecta. Para empezar, si bien incluía un sensor de cámara gran angular de 40 megapíxeles y un 20-Versión ultra gran angular de megapíxeles, el sensor utilizado en la cámara plegable era simplemente 8 megapíxeles de resolución.

Si bien el sensor más pequeño se benefició de un zoom óptico, lo hizo con un aumento de hasta 5x. Para alcanzar el zoom híbrido de 10x, Huawei combinó la imagen de la cámara de periscopio de 8MP con una foto recortada del sensor de 40MP, fusionando los dos para crear una imagen de 10x muy detallada.

El zoom de 50x se basó en más técnicas de zoom digital, incluido el recorte y la ampliación de la imagen, respaldadas por mejoras algorítmicas.

AppleEl principal rival, Samsung, intervino con su propia versión en el Galaxy S20 Ultra en febrero de 2020. Apodado “Space Zoom”, el sistema de lentes de periscopio se combinó con un sensor de 48 megapíxeles más alto.

Samsung Galaxy S20 Ultra colocó su conjunto de lente plegado en la base del tope de la cámara

Samsung Galaxy S20 Ultra colocó su conjunto de lente plegado en la base del tope de la cámara

Esta vez, el sistema habilitó un zoom óptico de 4x, un zoom de “óptica híbrida sin pérdidas” de 10x que utilizaba técnicas como el recorte del sensor y la agrupación de píxeles, y técnicas de zoom digital más típicas para su función de zoom de 100x.

Los dos lanzamientos mostraron el potencial de usar un sistema de lentes de estilo periscopio, con un zoom óptico mucho mejor de lo que normalmente es posible en un teléfono inteligente sin sacrificar el estilo físico del dispositivo.

¿Zoom de iPhone mejorado?

Por el momento, parece que Apple no incluirá ningún tipo de zoom de periscopio en la próxima ronda de lanzamientos de iPhone, aunque es posible que no haya que esperar tanto.

Un informe del analista Ming-Chi Kuo en noviembre de 2020 presentó la idea de que Apple sacará un sistema de este tipo en el iPhone 2022. Sin embargo, en marzo de 2021, Kuo revisó la previsión para poner su debut en 2023.

Lejos de las especulaciones de los analistas, otros informes han afirmado Apple está preparando el trabajo preliminar para obtener una cámara con lente de periscopio en un futuro iPhone.

En noviembre de 2020, Apple Se informó que estaba buscando un proveedor de “cámaras plegadas” para futuros modelos de iPhone. Se dijo que esto era parte de una disposición de triple cámara, donde se usaría la tecnología de zoom.

Para diciembre de 2020, los informes apuntaban a Apple El socio de cámaras LG InnoTek podría recurrir a Samsung en busca de actuadores y lentes para la creación de módulos de cámara plegables. Luego, esos módulos se destinarían a su uso en futuros modelos de iPhone.

Un Apple imagen de solicitud de patente para una lente de periscopio que tiene elementos móviles para OIS y enfoque automático.

Un Apple imagen de solicitud de patente para una lente de periscopio que tiene elementos móviles para OIS y enfoque automático.

Naturalmente, Apple ha presentado múltiples solicitudes de patente en el campo. Uno que apareció en enero de 2021 sugirió el uso de un actuador para mover los elementos de la lente dentro de un sistema de cámara plegada, uno que potencialmente podría proporcionar estabilización de imagen óptica y capacidades de enfoque automático.

Por supuesto, la investigación y el desarrollo no necesariamente terminan en un iPhone, aunque parece una aplicación bastante obvia para el sistema. Es plausible que la tecnología se utilice de otras formas.

La “Apple Car “, el proyecto del que se rumorea a menudo Apple para diseñar y construir su propio vehículo autónomo, posiblemente podría usar lentes de periscopio para impulsar sus sistemas de imágenes de conducción automatizada. La capacidad de administrar cómo se construyen los sistemas de cámaras y lentes podría permitir Apple para crear conjuntos de sensores de imágenes que podrían ocultarse más fácilmente dentro de la carrocería del vehículo.

Todas las señales apuntan ciertamente a Apple empleando lentes de periscopio de alguna manera en el futuro. Solo queda por ver cuando Apple apretará el gatillo e incluirá el componente y hasta dónde puede impulsar la tecnología.

Con sus avances en fotografía computacional junto con un mayor zoom, las lentes de las cámaras de periscopio podrían ayudar a llevar la fotografía del iPhone a nuevas alturas.

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