Perché i teleobiettivi sui telefoni cellulari hanno un numero di pixel inferiore a quello della fotocamera principale?

L'intera idea di un obiettivo/telecamera più lungo su un telefono è problematica. Considerate che la fotocamera principale del vostro telefono, quella più grande e costosa, ha sempre un obiettivo grandangolare. Le tipiche fotocamere dei telefoni hanno un obiettivo principale di 4mm-5mm, che sarebbe l'equivalente di un obiettivo full-frame o 35mm da 26-28mm, in base al campo visivo.

Questo è in realtà il primo indizio... pensateci. Il tuo telefono è probabilmente spesso solo 7-9 mm. Probabilmente non hai molta più profondità per ospitare la lunghezza focale più lunga di un teleobiettivo, o anche un obiettivo tradizionale "normale", che è quello che hai nella maggior parte dei telefoni come obiettivo per i ritratti.

La soluzione è semplice: se non possiamo far crescere l'obiettivo, possiamo passare a un sensore ancora più piccolo. Quindi forse c'è abbastanza spazio per un obiettivo da 6 mm, e se si passa anche a un sensore da 1/3.6" (la dimensione attuale che Apple usa sulla sua fotocamera "ritratto"), la combinazione consente di ottenere un ingrandimento di circa 2x rispetto alla combinazione fotocamera principale/lente. Il sensore principale dell'iPhone XS, come la maggior parte dei sensori principali, è 1/2,55". La fotocamera ritratto di iPhone ha un'equivalenza full frame di 52mm, un obiettivo normale, non effettivamente un obiettivo telescopico, in equivalenza 35mm.

Huawei P20 Pro ha consegnato una vera fotocamera telescopica, a circa 3x, circa 80mm di equivalenza full frame. Potrebbero aver fatto crescere l'obiettivo solo un po', ma sono anche passati a un sensore ancora più piccolo da 1/4.1". Il sensore principale Huawei è un chip da 1/1.72″ che può comportarsi sia come un sensore da 40 megapixel che da 10 megapixel.

Ridurre questi sensori significa pixel più piccoli, 1.0µm sulla fotocamera ritratto dell'iPhone, ancora più piccoli sulla Huawei, contro 1.4µm sulla fotocamera principale dell'iPhone. Per tenere sotto controllo anche le dimensioni dell'obiettivo, queste lenti più lunghe tendono ad avere aperture più strette: f/2.4 su entrambe le fotocamere per ritratti, contro f/1.8 sulla fotocamera principale. E sì, entrambe le fotocamere per ritratti sono da 8 megapixel, contro i 12 megapixel della fotocamera principale.

Il fatto è che passare a 12 megapixel non farebbe alcuna differenza, poiché la fotocamera sarebbe stata limitata dalla diffrazione, con quell'apertura e pixel ancora più piccoli. Quando la luce passa attraverso una piccola apertura, come il diaframma di una lente, si piega solo un po'. Più stretta è l'apertura, maggiore è la curvatura. Questo definisce l'immagine più nitida che l'obiettivo può formare strettamente in funzione dell'apertura. Un punto di luce perfetto si proietterà sul tuo sensore, grazie a questa diffrazione, come un punto o disco, chiamato disco di Airy da George Airy, il primo a fare la matematica della diffrazione. Se la dimensione del disco di Airy è molto più grande della dimensione dei pixel, la risoluzione effettiva si abbassa, e l'aggiunta di più pixel non fornisce alcuna risoluzione aggiuntiva.

E naturalmente, un obiettivo più lento e pixel più piccoli forniscono meno luce e più rumore. Anche a 8 megapixel, le fotocamere per i ritratti sono utili solo in buona luce. Apple disabilita la fotocamera per i ritratti in condizioni di scarsa luminosità: è troppo rumorosa.