Cuatro píxeles que hacen uno: por qué de noche doce megapíxeles ganan a cincuenta

En la aplicación de la cámara hay un interruptor que promete el cuádruple. Si no lo tocas, el móvil te entrega doce megapíxeles; si pulsas «50 MP», te entrega cincuenta, con archivos cuatro veces más pesados. De día la elección apenas pesa. De noche decide la fotografía, y casi siempre para mal, porque el sensor no ha ganado píxeles. Ha dejado de sumarlos, y esa suma era el mejor favor que te estaba haciendo.

Cuatro fotositos bajo un mismo filtro de color

El mosaico de Bayer de los manuales asigna un filtro de color a cada fotosito y los alterna siguiendo un patrón fijo. Los sensores de altísima resolución de los móviles cambiaron el reparto: los filtros van agrupados en cuadrados de dos por dos, cuatro fotositos bajo un mismo color. Samsung llama Tetrapixel a su versión del asunto, y la ficha pública del ISOCELL JN1 lo explica con claridad suficiente para citarla. Cincuenta megapíxeles de 0,64 micrómetros dentro de un formato de 1/2,76 de pulgada. Cuatro píxeles vecinos trabajando como un único píxel de 1,28 micrómetros y devolviendo una imagen de 12,5 megapíxeles con menos ruido. La resolución completa, añade la misma ficha, sale de un algoritmo de re-mosaic que reordena los píxeles, y entra en juego cuando hay luz de sobra.

Ese último detalle conviene leerlo dos veces. El modo nativo de estos sensores es el sumado: la resolución completa es una reconstrucción por software de un patrón de Bayer que bajo los filtros no existe. Sobre una escena diurna cargada de señal, la reconstrucción sale bien. Sobre un cielo nocturno trabaja con datos flacos, y lo que se inventa no es detalle. Es una suposición.

La cuenta del ruido, hecha con honestidad

Cuatro fotositos convertidos en uno recogen cuatro veces los fotones. El ruido de recuento crece con la raíz cuadrada, así que la relación señal ruido se duplica: dos pasos completos, gratis, sin tocar el tiempo ni la ganancia. Es la misma aritmética que sostiene el apilado, aplicada dentro del chip en lugar de dentro del software.

La objeción es razonable: disparo a cincuenta megapíxeles y reduzco a doce y medio en casa, con calma. Donde manda el ruido fotónico, la objeción se sostiene y los dos caminos acaban empatados. La cuenta cambia en cuanto entra el ruido de lectura, el que añade la electrónica justo al medir la carga. Si los cuatro fotositos se suman como carga antes de leerse, ese ruido lo pagas una sola vez sobre una señal cuadruplicada. Si los lees por separado y promedias después, lo pagas cuatro veces y luego lo divides entre dos. El primer camino es el doble de bueno que el segundo en ruido de lectura, y el cielo nocturno es justo el sitio donde el ruido de lectura importa, porque la señal por píxel da lástima.

Vale la pena ser preciso con lo que se sabe de verdad. Si un móvil concreto suma carga dentro del píxel o promedia valores ya digitalizados dentro del procesador de imagen es algo que los fabricantes rara vez declaran. La diferencia existe, se mide, y es una de las pocas cosas que puedes zanjar tú mismo con dos series de tomas. Mientras tanto, el modo sumado sigue siendo aquel para el que se diseñó el sensor en la oscuridad.

El objetivo no tiene ese detalle que dar

Supongamos que quieres pagar ese detalle extra de todos modos. Tiene que venir de algún sitio, y el objetivo de un móvil tiene un límite físico que ningún sensor esquiva. Una óptica de f/1.8, valor habitual en la cámara principal, produce un disco de Airy de unos 2,4 micrómetros de diámetro a 550 nanómetros, la longitud de onda a la que mejor trabaja el ojo y una elección sensata para echar cuentas. Sobre una rejilla de 0,64 micrómetros ese disco se reparte en casi cuatro píxeles de diámetro. Sobre la rejilla sumada de 1,28 ocupa menos de dos, que es más o menos el muestreo correcto: suficiente para no tirar información y no tanto como para describir el vacío con cuatro decimales.

La difracción es solo el principio. Añade las aberraciones en el borde del campo, generosas en cualquier gran angular de móvil, y añade el movimiento. Sobre un trípode fijo las estrellas empiezan a alargarse a los pocos segundos, y su imagen ya es más ancha que el disco teórico antes de que el sensor la muestree. Cuánto tiempo tienes depende de la declinación y de la focal, y esas cuentas están en otro artículo. La resolución completa promete resolver estructuras más finas de las que la óptica y la mecánica te entregan.

Lo que declara la API y lo que te pasa la aplicación

Desde Android 12 la plataforma trata estos sensores como una categoría propia: existe un modo llamado de resolución máxima junto al modo predeterminado, y la documentación de la cámara contempla una bandera, SENSOR_RAW_BINNING_FACTOR_USED, que indica si el búfer RAW que has recibido venía sumado. Existe porque hace falta. Sin ella, una aplicación no tiene manera de saber qué tiene entre manos.

La consecuencia práctica es tangible. Un RAW a resolución completa puede ser el sensor leído en modo máximo o el producto del re-mosaic, y los dos se comportan de forma distinta al apilarlos. También ocurre al revés: algunos móviles guardan un DNG «de 50 MP» cuyo detalle fino se parece muchísimo a un 12,5 interpolado. Si tu aplicación de captura muestra la bandera, mírala. Si no la muestra, queda la costumbre de siempre, la de comprobar qué hay realmente dentro de un archivo en vez de fiarse de la etiqueta.

La factura llega después

Cuatro veces los píxeles son cuatro veces los datos que escribir, leer, alinear y sumar. En una sesión de trescientas tomas la diferencia no es teórica: es el espacio libre del móvil, son los minutos en que el procesador se calienta mientras tú querrías seguir disparando, y es la temperatura del sensor subiendo justo cuando intentas mantener a raya el ruido térmico. El alineado cobra su propio recargo, porque funciona reconociendo estrellas, y las estrellas débiles en un fotograma a resolución completa están mucho más cerca del fondo.

Cuándo se gana la resolución completa

Dos casos, y es justo nombrarlos. La Luna manda fotones a espuertas y vive en un régimen donde el ruido no decide nada y la resolución lo decide todo: si tu móvil lee el sensor de verdad en modo máximo, puede sobrevivir un cráter más, y la prueba merece la pena. El Sol con un filtro certificado entra en el mismo cajón por los mismos motivos. En todo lo demás, cielo profundo, conjunciones, campos amplios, paisajes nocturnos, la cuenta se da la vuelta y los megapíxeles pasan a ser un coste.

Una sola noche bien aprovechada cierra la discusión. Mismo objetivo, mismo trípode, dos series de cincuenta tomas seguidas, una en modo normal y otra a resolución completa. Luego reduces la segunda serie al tamaño de la primera y miras tres cosas: el grano del fondo de cielo a la misma escala de visualización, la anchura a media altura de una estrella aislada, cuántas estrellas débiles sobreviven al estirado. El veredicto vale para tu móvil y para ningún otro, que es exactamente el tipo de verdad que sirve en el campo.

El número gordo de la ficha técnica se escribió para la tienda. De noche, el sensor ya sabe solo lo que tiene que hacer.