A câmera de seu celular não é tão boa o quanto você pensa

Quando o Visualphone VP210 chegou ao mercado em 1999, ele anunciava um recurso nunca antes visto: uma câmera. Com apenas 0,11 megapixels e armazenamento para 20 fotos, o Visualphone é uma relíquia em comparação com os dispositivos modernos que possuem três câmeras distintas, cada uma com até 100 vezes mais resolução. Mas, embora essa tecnologia tenha melhorado drasticamente no século XXI, os engenheiros estão rapidamente se aproximando de um limite rígido na qualidade das câmeras dos celulares.

Para entender esse limite, primeiro precisamos saber como as câmeras dos celulares funcionam. Assim como qualquer outra câmera digital, quando seu celular tira uma foto, a luz entra pela lente.

Essa lente focaliza a luz em um sensor de imagem coberto por uma grade de fotossítios, sensores de luz microscópicos aproximadamente 100 vezes menores que um grão de areia.

Existem milhões desses sensores, e cada um é coberto por um filtro vermelho, verde ou azul, permitindo medir a quantidade dessa cor presente na luz que incide sobre ele.

Em seguida, essas medições são simplificadas, arredondando-as para números menos detalhados. Essa etapa sacrifica alguns dados, reduzindo a qualidade das imagens finais, mas é essencial para o processador da câmera.

Este computador interno só consegue processar uma quantidade limitada de informações, pois decifra os três conjuntos de dados de cores para montar uma recriação digital da imagem.

Embora a qualidade da foto final dependa de todos os componentes da câmera, nada determina a aparência de uma imagem digital mais do que o sensor de imagem.

E os engenheiros avaliam a qualidade dos sensores de imagem com base em seu desempenho em três áreas.
A primeira é a resolução, ou nível de detalhe.

Sensores com maior número de fotossítios oferecem melhor resolução, pois a câmera pode coletar dados de luz mais granulares.

O segundo e o terceiro são a faixa dinâmica e o ruído. A faixa dinâmica é o intervalo entre claro e escuro em uma única foto, e o ruído é a granulação que pode ser causada por iluminação ruim, longos tempos de exposição ou superaquecimento da câmera.

Ambos os fatores podem ser melhorados com o uso de fotosítios maiores, que podem capturar mais luz no geral. Essa faixa mais ampla de dados ajuda os processadores a medir melhor a intensidade da luz incidente, adicionando contraste e reduzindo o ruído.

Ou seja, para fabricar câmeras digitais melhores, você precisa de sensores de imagem com um número maior de fotossítios maiores.

Os engenheiros sabem disso. Na verdade, foi basicamente assim que eles criaram as melhores câmeras que a humanidade possui: telescópios gigantes que tiram fotos do espaço profundo.

Mas os celulares nem sequer têm tanto espaço para sensores quanto uma câmera DSLR padrão, muito menos a área de superfície de um telescópio enorme. Na verdade, a maioria dos sensores de câmera de celular não é maior que uma ervilha.

Felizmente, esses dispositivos têm um truque tecnológico para compensar o tamanho minúsculo de suas câmeras: processadores potentes.

Quando você tira uma foto com seu celular, este computador de bolso começa a executar algoritmos complexos, que geralmente começam tirando secretamente uma sequência de fotos em rápida sucessão.

Os algoritmos então manipulam essas fotos, usando matemática para alinhá-las perfeitamente e identificar suas melhores partes antes de combiná-las em uma única foto de alta qualidade.

O resultado final é uma imagem com menos ruído, maior alcance dinâmico e resolução mais alta do que seus sensores deveriam ser capazes de alcançar.

Essa abordagem é conhecida como "fotografia computacional", e os avanços nessa área provavelmente serão a forma como as empresas de telefonia continuarão a anunciar câmeras cada vez melhores sem aprimorar seus sensores de imagem.

Hoje, esses algoritmos frequentemente utilizam o aprendizado de máquina, onde os celulares aprendem a aprimorar suas fotos com base em padrões encontrados em enormes bancos de dados de fotos.

Por exemplo, o modo noturno prioriza o alcance dinâmico e a redução de ruído, enquanto o modo retrato instrui o celular a focar em um objeto central e desfocar o fundo.

O aprendizado de máquina também permite que nossos celulares façam o oposto, desfocando rostos para capturar fotos espontâneas rápidas.

E programas mais recentes podem até ajudar a remover elementos indesejados da fotografia por completo.

Então, com a ajuda do software, até mesmo celulares com as menores câmeras podem tirar fotos nítidas e detalhadas de pessoas queridas, vistas espetaculares e, claro, muita, muita comida.

Em suma, ainda não atingimos os limites do hardware das câmeras dos celulares. Mas, ao mesmo tempo, parece que estamos entrando em uma era de retornos decrescentes.

É por isso que, atualmente, a fotografia computacional surgiu como um diferencial, tornando o processamento baseado em IA tão importante quanto o hardware. De fato, está se tornando tão difundido que até mesmo dispositivos de médio porte são cada vez mais capazes de produzir imagens de nível profissional.

No entanto, a dependência de métodos computacionais tem suas desvantagens: normalmente, essas fotos altamente processadas parecem excessivamente artificiais, às vezes, produto de uma IA bizarra.

Infelizmente, não é possível criar uma foto fabulosa apenas com software; você também precisa do hardware subjacente para fornecer dados brutos suficientes. Eu tenho uma DSLR Nikon de 14 megapixels e não há foto de celular que a supere.

Também não gosto do processamento baseado em IA, pois essencialmente você está pedindo ao computador para inventar os detalhes com base em sua imaginação algorítmica. Isso pode parecer bonito, mas não é fotografia, não é realidade.

Portanto, é do interesse de todos nós que os atuais experimentos de produção dos fabricantes deem frutos. Assim, eventualmente, hardware e software poderão voltar a se unir e nos levar a um futuro novo e brilhante para a fotografia em smartphones. Esperamos, pelo menos...