“MEGAPIXELES” EN MI DRONE, LA FORMA PERFECTA DE HACER QUE PAGUES MAS POR LO MISMO
Creators: name: Messino, Ronald
Publisher: name: figshare
Year: 2021
Subjects: subject: Aerospace Engineering
subject: FOS: Mechanical engineering
subject: FOS: Mechanical engineering
subject: 90105 Avionics
subject: 90901 Cartography
subject: FOS: Environmental engineering
subject: FOS: Environmental engineering
subject: 90501 Civil Geotechnical Engineering
subject: FOS: Civil engineering
subject: FOS: Civil engineering

description: “MEGAPIXELES” EN MI DRONE, LA FORMA PERFECTA DE HACER QUE PAGUES MAS POR LO MISMO<br>Por: Ing Ronald Messino Del Castillo.<br>En la competencia de sensores ópticos equipados en los distintos drones de uso civil (especialmente en aplicaciones de fotografía aérea y fotogrametría) uno de los parámetros más preguntados y definitivamente menos comprendidos por los profesionales del campo es el recuento de megapíxeles o resolución de la cámara; en términos sencillos esta es simplemente el tamaño de la imagen que pueda tomar y no una métrica de la calidad de la imagen. Es por eso que 12-13 MP es lo suficientemente grande para los propósitos más prácticos.Lo que pasa con rellenar más píxeles en un pequeño sensor de cámara incorporado al drone es que el tamaño de los píxeles individuales se reduce. Por ejemplo, el tamaño de cada píxel del sensor de una de las marcas de drone más comercializadas en el mercado es de solo 0,8 micrones que en casos de campo podría resultar en una pérdida de detalles y rango dinámico, especialmente en condiciones de poca luz.Los sensores de 48MP que vemos en algunos drones e incluso en teléfonos hoy tienen un filtro cuádruple Bayer, o en términos más simples, han sido diseñados para disparar imágenes de 12MP, pero permiten el derecho de fanfarronear de 48MP.<br>¿Qué es un filtro Bayer?Comencemos desde el principio: un filtro Bayer es un mosaico colorido de filtros rojo, verde y azul que permite que un sensor digital capture fotos en color. Los píxeles de los semiconductores no “ven” el color, solo capturan la cantidad de luz que los golpea, por lo que sin un filtro obtendrá una foto en blanco y negro. El filtro Bayer asegura que la luz que llega a cada píxel sea de uno de los tres colores primarios.La forma en que funciona es que un sensor de 12MP, por ejemplo, tiene 6 millones de píxeles que se ven en verde y 3 millones de píxeles cada uno para el rojo y el azul. El verde obtiene más píxeles porque el ojo humano es el más sensible a ese color. Se utiliza un algoritmo llamado demosaicing para interpolar una imagen con una resolución completa de 12MP.Un filtro Quad Bayer es un nombre poco apropiado, ya que en realidad es lo mismo que un filtro Bayer normal. Lo que realmente cambia no es el filtro, sino el sensor detrás de él: estos nuevos sensores colocan cuatro píxeles detrás de cada cuadrado de color en lugar de solo uno.Entonces, realmente estos sensores Quad Bayer de 48MP no pueden ofrecer muchos más detalles que un sensor de 12MP. Tanto los fabricantes de sensores como los de drones le dirán que los algoritmos de demostración más inteligentes pueden capturar más detalles, pero nuestra experiencia es que la ganancia es muy pequeña, si es que se puede obtener una ganancia por lo que realmente es una tecnología muy apropiada para atrapar incautos. Pero no todo es malo analicemos los pros y los contras de esta tecnología<br>Lo que puede hacer un sensor Quad BayerComo dijimos, la verdadera fuerza de un Quad Bayer está en otra parte: puede tratar un grupo de cuatro píxeles que comparten un cuadrado de filtro de color como uno o como sensores separados.Desde el principio, estos son algunos de los sensores más grandes jamás instalados en un teléfono. Por ejemplo, el Sony IMX586, el primer sensor de 48MP y uno de los más populares, mide 8 mm en diagonal. El IMX363 (usado en el Pixel 3) y el Samsung S5K2L4 (usado en los teléfonos S10) miden 7.06 mm en diagonal. Eso es aproximadamente un 30% de ganancia en superficie.Sin embargo, los tamaños de píxeles son muy diferentes, 0,8 µm para los sensores de 48 MP y 1,4 µm para los sensores tradicionales. Todo el material de marketing sobre los sensores de 48MP se jacta de que pueden utilizar la agrupación de píxeles para funcionar como si tuvieran píxeles de 1,6 µm. <br>Esto crea una imagen de 12MP. El número de “1,6 µm” se repite con frecuencia, pero no debería recibir todo el crédito por mejorar el rendimiento del sensor con poca luz. El ruido es un proceso aleatorio y si el píxel grande de un sensor tradicional captura ruido en lugar de señal, hay poco que hacer (aparte de cubrirlo interpolando datos de píxeles vecinos).Sin embargo, si uno de los cuatro píxeles en un sensor Quad Bayer captura ruido, eso es solo el 25% de la información perdida, una reducción de ruido 4x que no disminuye la nitidez de la imagen.Alternativamente, el sensor se puede dividir en dos sensores lógicos: uno que captura una exposición corta y otro, una exposición larga. Se utiliza a la luz del día para la captura HDR en tiempo real.Puede hacer reducción de ruido y HDR con un solo sensor Bayer no cuádruple tomando dos (o más) fotos una tras otra y combinándolas. Eso es lo que hacen los teléfonos Pixel y son bastante buenos en eso.Pero hay un problema: los objetos en movimiento cambian de posición entre exposiciones secuenciales. Un filtro Quad Bayer toma dos fotos al mismo tiempo, por lo que no es necesario usar IA para corregir los artefactos causados por objetos en movimiento. La forma más sencilla de pensar en un filtro Quad Bayer es que permite que el software de la cámara capture dos fotos al mismo tiempo. Esto permite el procesamiento de imágenes (HDR y modo nocturno), que es la verdadera razón por la que los teléfonos inteligentes modernos capturan imágenes de gran calidad: el hardware no es tan diferente.Y lo que no puede hacerA diferencia de una pantalla LCD, que tiene subpíxeles R, G y B para cada píxel, un sensor de imagen clásico tiene solo un subpíxel por píxel. Pero pueden salirse con la suya reclamando la resolución que tienen porque estos píxeles están muy juntos y la demostración en su mayoría hace un trabajo sólido al reconstruir la imagen originalEn un filtro Quad Bayer, los píxeles de diferentes colores están más separados, por lo que la demostración es menos efectiva (a pesar de lo que afirman los fabricantes). Por lo tanto, definitivamente no obtiene 4 veces el detalle en el modo de 48MP que en el de 12MP. De hecho, dado que el HDR y otros modos de procesamiento de imágenes están desactivados en 48MP, las fotos de 12MP a veces salen con mejores detalles (y un tamaño de archivo mucho más pequeño, ganar-ganar).La ejecución del algoritmo de demostración en los datos sin procesar de 48MP puede dar como resultado una imagen más nítida, pero cambia de un teléfono a otro y de una escena a otra. Si los niveles de detalle son críticos para una toma en particular, hemos descubierto que la mejor estrategia es disparar en ambos modos y luego elegir la que resulte mejor. La mayoría de las veces, sin embargo, es mejor que se ciña al modo de 12MP.<br>Sin mencionar que leer la imagen completa de 48MP también esta más allá de las capacidades de algunos sensores y conjuntos de chips, por lo que simplemente obtuvieron la imagen de 12MP y la ampliaron; esto es solo una pérdida de almacenamiento.Una de las ventajas mencionadas con más frecuencia de los sensores Quad Bayer es el zoom superior. Hablando de teléfonos por ser el caso mas conocido entre la población , el Nokia 808 PureView tenía un zoom impresionante, sus enormes sensores de 41MP tenían un filtro Bayer clásico. Como se mencionó anteriormente, Quad Bayer puede ofrecer solo una ganancia limitada en nitidez (si es así), por lo que realmente no es diferente a hacer zoom digital en sensores de 12MP.Los departamentos de marketing realmente quieren que creas que está obteniendo un sensor de imagen de calidad superior, pero la realidad es que el filtro Quad Bayer es solo una forma inteligente (y efectiva) de obtener tomas de 12MP de mejor calidadY eso que por el dia de hoy no he mencionado el tema de la óptica en la que no entraré en detalles, pero estas cámaras de alta resolución suelen tener una difracción limitada, lo que significa que el punto de luz más pequeño no se puede enfocar en un área más pequeña que el píxel. Puede leer acerca de los discos Airy para obtener detalles sobre el modo. En pocas palabras, existe un límite impuesto por la física a la resolución máxima que pueden tener las ópticas y los sensores pequeños.Finalmente espero que este resumen tomado y adaptado de distintas fuentes sumado a experiencias de laboratorio ayude a los profesionales en la toma de mejores decisiones en lo que respecta al criterio de calidad de imagen, garantizando nuestro compromiso de siempre ser completamente transparente con nuestros clientes.<br>