Os smartphones têm aberturas ajustáveis?

Aqui está... isto é de um Huawei P9, que tem um sistema de câmera dupla (uma cor, uma monocromática) que eles desenvolveram com Leica. Você pode definir a abertura entre f/0.95 e f/16.

Apenas uma coisa... é um truque de magia. Ou, tecnicamente falando, um truque de software. Eles estão fazendo "mapeamento de profundidade" baseado na análise da paralaxe entre as duas câmeras, e usando software para desfocalizar o fundo enquanto você "abre" a abertura.

Fixed Aperture, e That's a Good Thing

Smartphones realmente não têm aberturas variáveis. O problema fundamental é que os smartphones têm sensores muito pequenos, o que significa pixels muito pequenos, geralmente na faixa de 1.0μm-1.5μm. Pequenos pixels podem muito facilmente resultar em difração. A luz que passa através de uma abertura é dobrada -- difraída -- por essa abertura. E quanto menor a abertura, mais dobra. O que isso significa é que um ponto perfeito de luz não'não aparece no seu sensor como um ponto perfeito de luz, mas como um disco (chamado Airy Disc, depois de George Airy, o cara que primeiro trabalhou a matemática). Uma abertura mais larga difere menos, uma abertura mais estreita difere mais.

Se esse Airy Disc - cujo centro define a característica mínima que a lente pode resolver - for maior do que a sua câmera's tamanho de pixel, a sua câmera não vai efetivamente entregar a resolução estampada na frente, mas algo menos. Isso é chamado de "limitação de difração" - a resolução efetiva é baseada no tamanho da lente e do pixel, ela não está mais relacionada ao número de pixels. É por isso que as câmeras com sensores pequenos não têm ajustes de abertura; suas lentes são fixas. Portanto, basicamente, se você parasse na lente do seu smartphone mesmo que fosse uma única parada, a imagem começaria a ficar desfocada.

Não é só o seu smartphone

Este não é um problema exclusivo dos smartphones. A maioria das câmaras de apontar e disparar não tem ajustes de abertura. E, na verdade, algumas câmeras de ponto e disparo são limitadas por difração fora da caixa. Se você comprar uma câmera de bolso pequena com talvez um zoom de 10:1 ou melhor e abertura máxima de f/3.0-f/3.5, você provavelmente está recebendo cerca de 10-12megapixels de resolução real naquele sensor 1/2.3″, independentemente da resolução do sensor.

Um motivo pelo qual as câmeras de smartphone se pegaram como câmeras é que, ao contrário das câmeras baratas da P&S, elas não têm sido tipicamente limitadas por difração. Eles tendem a andar na borda, então f/2.2 para um sensor de 8 megapixels em um chip de 1/3″, f/1.8 para um sensor de 16 megapixels em um chip de 1/2.6″, tudo bem, mas realmente não superdesenhado.

Por que não fazer o telefone com um sensor maior? Isso aumenta a distância focal necessária da lente para fornecer o mesmo ângulo de visão, e exige uma lente fisicamente maior para provar o círculo de imagem maior necessário para cobrir o sensor. Ambos voam contra a tendência dos telefones finos. A típica lente smartphone tem uma distância focal de 4-5mm, o que é bom para um telefone de 7mm de espessura e uma lente grande angular, que é o que geralmente se obtém. Quando a Apple colocou uma lente de distância focal normal em seu iPhone para o "modo retrato", na verdade eles encolheram o sensor para 1/3.6″, a fim de poder usar uma lente de distância focal mais curta como uma lente de distância normal, em vez de fazer um telefone mais grosso. Todas as fotografias em modo retrato da Apple têm uma difracção limitada, mas uma focagem mais suave nos retratos não costuma ser um problema para fotógrafos casuais.

As câmaras de vídeo profissionais estilo clássico também não têm ajustes de abertura; muitas vezes tinham alguns filtros de densidade neutra incorporados, mas quando está a lidar com três chips de sensor 1/4″ ou 1/3″, qualquer paragem para baixo vai levar a uma difracção limitando a imagem.

Você tem que escalar até uma câmara de sensor 1″ cara como uma Sony RX-100 antes de normalmente encontrar um ajuste de abertura. Em uma câmera Micro Four-thirds, você provavelmente não vai ver efeitos de difração até depois de f/8.0, em uma câmera de quadro completo 35mm, provavelmente depois de f/11. É por isso que a maioria das lentes de 35mm não vão para f/32 e nenhuma vai para f/64. Em uma câmera de grande formato, f/64 é uma opção comum.

Um Exemplo Real

I ganhou recentemente uma "lente" de uma empresa chamada Thingify para o meu sistema Micro Four-thirds. Uma câmera pinhole tem tipicamente uma abertura muito pequena, mas à medida que você faz a abertura menor, a imagem fica mais nítida... ou seria, se não fosse difração.

Aqui é a foto através de uma lente Zuiko 25mm f/1.8 em f/16. Provavelmente há uma pequena desfocagem da difração, mas é bastante nítida.

Aqui está a lente pinhole ajustada para 0.50mm. Esta também é uma lente de 25mm - a distância entre o orifício e o sensor, portanto a abertura é simplesmente 25mm / 0.50mm = f/50. Mas como você verá, o embaçamento é uma coisa de orifício.

Agora eu atirei em um orifício de 0.15mm, para uma abertura de f/166.67. Não é tão nítida como a imagem da lente, mas muito mais nítida. Você também pode notar alguns pontos... Eu tinha um filtro UV na lente pinhole, e uma característica legal das câmeras pinhole é que tudo está em foco. Mesmo o pó no filtro.

Com uma abertura de 0.10mm, que proporciona f/250, estamos claramente a começar a ver mais borrão, apesar de se poder esperar que o orifício mais pequeno proporcione uma imagem mais nítida. É aqui que a difracção começa a dominar. Naturalmente, com uma lente ótica mais nítida e/ou pixels menores, você verá o efeito da difração com aberturas maiores.