Mi nueva cámara tiene mucha más resolución ¿Es malo doctor?

Es bastante frecuente la polémica sobre las nuevas cámaras que traen mucha más resolución que las anteriores y los supuestos “problemas” que eso conlleva.
Presciendiendo de cuestiones como espacio de almacenamiento, tarjetas con más capacidad y más rápidas o de si realmente necesitamos tanta resolución o no, una de las cosas que se suele leer es que las nuevas cámaras con tanta resolución “nos obligan” a comprar nuevos objetivos, más resolurivos y caros y otro de los razonamientos habituales es considerar perjudicial que tenga más resolución porque “no necesito tanta resolución para nada y si trajera menos resolución tendría menos ruido”.
¿Pero es esto así?

Trataré de dar respuesta a estas dos cuestiones y razonarlas. Algunas de las explicaciones tendrán un componente técnico, y puede ser discutible (aunque la mayoría de las discrepancias vienen de no haber asumido el planteamiento de partida y el objetivo).

Podemos discutir y matizar los razonamientos, pero por favor, no me vengáis luego con lo de “pero eso es teoría”, “yo es que paso de explicaciones técnicas” o “buenos, es que todo el mundo lo dice y fulanito que es muy pro y lleva 40 años haciendo fotos dice lo que yo”.
Si no os interesan los temas técnicos simplemente ignorarlo, pero tampoco se puede discutir ciertas cosas que son meramente técnicas (ruido, resolución…) sin un mínimo de rigor y salir con lo de que yo es que paso de cosas técnicas (entonces ¿por qué afirmas que vas a tener más ruido o menos rango dinámico si en realidad no te has parado a razonarlo?).

Y quien no se crea las conclusiones, pues puede hacer pruebas (no es fácil puesto que la tecnología de los sensores evoluciona, no sólo aumentan la resolución).

¿Necesito nuevos objetivos más resolutivos?

¿Empeora nuestro objetivo por tener ahora una cámara de mayor resolución?

Pues bien, la respuesta corta es que no, que nuestro objetivo seguirá siendo igual de bueno que antes, y que muchas veces notaremos mejoras en la definición de nuestras imágenes aunque el objetivo no llegue a tener el poder resolutivo nominal que requiere el nuevo tamaño de pixel.

Trataré de explicar esto lo mejor que puedo (aunque para muchos pueda ser evidente, pero es que es frecuente leer este tipo de razonamientos de “necesito nuevos objetivos”).
Si te interesa la explicación “técnica” pues sigue leyendo.

En primer lugar el aumento de resolución lineal no es tan grande como aparenta por aumento en el número de MP.

El doble de resolución en MP implica multiplicar la resolución lineal por raiz de 2 (1,41 o un 41% más en cada dirección).
Así un sensor que pasa de 12 MP (4000x3000 por ejemplo) a 24 MP duplica su resolución en MP pero su resolución lineal “sólo” por 1,41 (5656x4242)

El aumento de resolución de los 16 MO a 26 MP es de 1,625 (62,5% más) en MP que parece mucho, pero en lineal será raiz de 1,625= 1,2747 o 27,5% más.

De 24 a 26 MP que parece un aumento significativo, apens pondrá en aprietos a nuestro objetivo pues sólo será un aumento de resolución lineal de 4,1%.

Aún así si el aumento es significativo, nuestro objetivo puede no llegar a dar esa resolución lineal requerida por la separación entre pixels.

No pasa nada aunque no llegue tu objetivo a dar la resolución que tiene tu cámara (en realidad es algo más complejo, la resolución del objetivo no es un todo o nada, simplemente a mayor densidad de lineas va cayendo el grado de contraste, la resolución de un objetivo en lineas por mm se determina para una relación de contraste dada en el centro del objetivo que es donde alcanza el máximo).
Así que aunque no alcance esa resolución con el contraste de referencia sí que lo hará con un grado de contraste más bajo, por ello aún se notará una mejora.

La mayor resolución de la cámara te asegurará que exprimes al máximo ése objetivo.
Y si (como casi siempre ocurre) en realidad no necesitas tanta resolución porque tus fotos va a acabar a tamaños menores (no impresas a tamaño pared para mirarlas de cerquita o en una super pantalla de 8K para verlas con la nariz pegada a la pantall) pues tu objetivo no será peor que antes de tener la cámara con más resolución, al revés, estarás obteniendo lo máximo que da y podrás notar algún grado de mejora en esa imagen final.

Lo que pasa es que si las vemos al 100% como hacemos siempre para enfocalas, por ejemplo, pues se te puede caer el alma a los pies y pensar que tu objetivo se ha convertido en una basurilla (cómo les mola eso a las marcas para que salgamos corriendo a comprar nuevos objetivos, de ahí que todos se empeñen en meter tanta resolución como puedan).

Pero insisto, tu objetivo no ha empeorado. Si resistimos esa tentación de mirar con todo detalle la imagen al 100%, la enfocamos un poquito y la vemos a los tamaños a las que las vamos a usar, no nos angustiaremos y veremos que al revés: nuestro objetivo incluso puede que haya mejorado (poco o mucho, depende de lo sobrado o justo que vaya) en definición, pero nunca empeorado con respecto a las imágenes que teníamos antes con sensores de menor resolución.

Así que tranquilidad y a no agobiarse.

Otra cosa muy diferente es quien pueda estar suspirando por esa mayor resolución porque la necesite por sus exigencias de tamaño a la que se va a ver la imagen, ahí sí que puede que para llegar a lo que nos da el sensor y que deseábamos, necesitemos un objetivo más resolutivo.

¿Una menor resolución sería mejor para tener menos ruido en la imagen final?

Esta es otra queja frecuente, argumentar que es una barbaridad que la cámara le pongan 48 MP por que realmente no los necesitamos y que si trajera 24 MP tendría mucho menos ruido.

Parece evidente… pero la realidad es que no, que no es así, que una mayor resolución en un sensor no implica más ruido en la imagen final.

Pero antes de hacer esa afirmación hemos de aclarar qué es lo que realmente queremos comparar.

Vamos a pensar aquí en dos hipotéticos sensores idénticos, fabricados con la misma tecnología y época, uno de 12 MP y otro de 48 MP (4 veces más resolutivo y por tanto con el doble de número de pixels en cada lado).
La respuesta inmediata que todo el mundo sabe y que es evidente no habiendo una evolución tecnológica y si aumentamos la resolución y sacamos dos fotos con los mismos parámetros el más resolutivo tendrá más ruido (dos pasos más de ruido) que el menos resolutivo.
Pero esa no es toda la historia, y cuando comparamos las imágenes a igual tamaño (en nuestra pantalla de ordenador ocupando toda la pantalla o impresas ambas a igual tamaño y resolución) nos encontraremos con que el ruido que podemos medir en ellas es el mismo.

Vaya por delante que eso nadie lo niega: el ruido a nivel de pixel en el sensor con mayor resolución si el resto de parámetros es idéntico.

¿Por qué el ruido es menor a nivel de pixel en un sensor con menor resolución?

Pues muy sencillo, los fotositos cuentan fotones. Cuantos más grande es un sensor más fotones caben en él antes de saturarse (proporcional a su superficie).
La señal (voltaje) entregada por el fotosito es proporcional al número de fotones y por tanto proporcional al área del fotosito.

El ruido aleatorio lo genera el calor y las corrientes circulantes a nivel electrónico. No se genera en el fotosito (hay otros tipos de ruido generalmente de menor importancia, aquí de momento sólo tendremos en cuenta el aleatorio) y no depende de la superficie del foto sito, así que el ruido en ambos sensores en principio se mantiene constante (en realidad no es tan así, ya comentaremos eso).
Ese ruido electromagnético generara un voltaje positivo o negativo superpuesto a la señal que desvirtuará dicha señal e introducirá un error.

Cuando se habla de ruido o de rango dinámico lo importante el la relación señal/ruido.
Para un determinado nivel de ruido (voltaje) cuanto más fuerte sea la señal menos se notará el ruido.
Por eso el ruido se acumula en las zonas oscuras de la imagen, donde la señal generada es débil.
Y por eso también una superficie de fotosito mayor nos provoca menos problema con el ruido.

Así si tenemos un nivel de ruido de 10 mv y el sensor de menor resolución (12MP) nos entrega para un determinado nivel lumínico 100 mv su relación señal ruido es de 100 mv/10 mv= 10.
El ruido en el de 48MP será el mismo, 10 mv, pero por tener cuatro veces menos superficie habrá captado 1/4 de fotones y su señal será de 100 mv/4= 25 mv.
La relación señal/ruido del sensor más resolutivo (48MP) será 25 mv/10= 2,5 o sea 4 veces más débil.

En una situación lumínica con mucha más luz, el sensor recibirá más fotones. Supongamos que el de 12 MP se satura a 1000 mv. El ruido seguirá siendo el mismo 10 mv y la relación S/R es 1000/10 = 100 mucho mayor, con lo que el ruido se notará mucho menos.
En el más resolutivo la señal será 250 mv y la S/R = 25.
En ambos casos será mucho menor el ruido apreciado, pero la relación seguirá siendo de 4 a 1 a favor del menos resolutivo (12MP).

Hasta aquí parece dar la razón a quienes dicen que sería mejor tener un sensor menos resolutivo que no necesitamos 48 MP.

Pero eso es así cuando miramos la imagen al 100 % en nuestro monitor o nos fijamos en los valores de ruido a nivel de pixel (de fotosito).

¿Pero es esto lo que nos interesa, el ruido a nivel de pixel?

No conozco nadie que vea las imágenes en su sensor.
Todas las imágenes hay que interpretarlas y mostrarlas a un tamaño dado.

La resolución nos limitará el tamaño máximo a la que podemos mostrar esa imagen (a una densidad de pixels o resolución de impresión dada).
La imagen de mayor resolución nos permitirá mostrar la imagen a mayor tamaño, eso no cabe duda.
Una imagen de 48 MP mostrada a 100% de pantalla corresponde a un poster de varios metros impreso a 300 ppp. Una imagen de 12 MP al 100% corresponde a una ampliación bastante menor.

Pero resulta que no queremos ver esa imagen a tamaño poster, la queremos ver completa en nuestra pantalla.
Por tanto ambas imágenes han de ser reescaladas al tamaño de nuestra pantalla para verse (o para imprimirse a un tamaño dado).

Y resulta que el reescalado reduce el ruido.
Quien lo dude que coja una imagen que vea en grande con bastante ruido y la reduzca a tamaño de icono (300 pixels de lado por ejemplo) y a ver si no le parece que no tiene nada de ruido.

Si cogemos la imagen de mayor resolución (48 MP) y la reescalamos a 12 MP empleando el método más simple que es el promediado de los valores de 4 pixels contiguos, nuestro nivel de ruido aleatorio se verá reducido también en dos pasos (por simple cuestión estadística).
Y en la imagen reescalada volveremos a tener la misma relación S/R que la imagen generada con el sensor de 12 MP.

Por tanto las imágenes generadas con un sensor de mayor resolución no tienen mayor nivel de ruido que con un sensor de menor resolución, aún siendo ambos iguales en tecnología y época.

Aunque en ruido a nivel de pixel sí que es mejor, cuando comparamos las imágenes en igualdad de condiciones, al mismo tamaño, el nivel de ruido es el mismo.

La imagen más resolutiva nos permitirá hacer mayores recortes o ampliaciones más grandes, por encima de lo que nos permita la imagen de menos resolución (12 MP), eso sí asumiendo entonces un mayor nivel de ruido.
O bien podremos reescalar la imagen al mismo tamaño (cuando reducimos la resolución de las imágenes) en cuyo caso nos dará como mínimo el mismo nivel de ruido.

Además los algoritmos de reescalado a la baja nunca son un simple promediado, y por tanto podemos tener una mejora marginal en el nivel de ruido, sobre todos si están especialmente diseñados para reducir el ruido.

Así que en este aspecto una mayor resolución tampoco nos es perjudicial desde el punto de vista del ruido.

Este es el motivo por el en DXOMark en el análisis de sensores podemos ver dos tipos de gráficas de rango dinámico o rendimiento de color: screen (que nos muestra la información medida a nivel de pixel) y print (que tienen en cuenta la resolución y formato del sensor para mostrar la información corregida y llevada a un sensor ideal estandarizado en tamaño y resolución).
Cuando pretendemos comparar el rendimiento y calidad de dos sensores de diferente resolución y tamaño, hemos de utilizar las gráficas corregidas (print).

Bueno en realidad para casi todo tiene más sentido valorarlo sobre la gráfica corregida.
Así no nos llevaremos las manos a la cabeza porque nuestra nueva cámara super resolutiva y de última generación, en la que nos hemos gastado un riñón y parte del otro, no muestra un RD o una realacín S/R mucho mejor que la anterior.

¿Cómo mejoramos el ruido?

Una de las formas de mejorar el nivel S/R es aumentar la señal, lo cuál como hemos visto pasa por captar más fotones y tener pues más superficie. Esto podría ser reduciendo la resolución del sensor o bien empleando un formato más grande.
Si empleamos un formato 4 veces mayor manteniendo la resolución entonces el nivel de ruido en imágenes al mismo tamaño la relación S/R será también 4 veces más.
Eso explica por qué las cámaras FF tienen menos ruido que las aps y las de formato medio menos aún.

Otra forma es reducir el ruido, mejorando la tecnología para que se genere menos calor y menos ruido electromagnético en los circuitos.

Esto es lo que normalmente se va consiguiendo en cada generación de sensor, reduciendo el nivel de ruido.
También se puede mejorar la señal sin aumentar la superficie del fotosito, mejorando la eficiencia de dichos fotositos de forma que puedan captar más fotones y entregar una señal más fuerte.

Esas mejoras son las que permiten ir aumentando la resolución de los sensores (reduciendo la superficie de los fotositos) sin empeorar la relación S/R.

A las marcas les interesa vendernos las cámaras con cada vez más resolución. Uno porque es un gran argumento de marketing que hace que se vendan muy bien, aunque en realidad ya rara vez necesitemos una resolución tan grande para hacer grandes recortes (aunque ya hemos visto que el aumento de resolución puede extraer lo mejor de nuestro objetivo y tener un aumento de nitidez incluso en imágenes reescaladas a tamaños menores, pero superados ciertos límites ya será irrelevante).

Pero nuestra manía de mirar las fotos al 100% impulsará a muchos usuarios a decidir que necesitan nuevos objetivos (ya hemos visto eso, en realidad superados ciertos límites y si vamos a usar la foto en tamaños mucho más reducidos ese aumento de resolución del objetivo ya no nos va a aportar nada, salvo cuando las vemos al 100% buscando esos detalles).

Pero precisamente esa manía de mirar las fotos al 100% hará que el fabricante no se pase poniendo una resolución excesiva, pues entonces veríamos mucho ruido en la imagen al observarla a su máxima ampliación.

Por ello los fabricantes se cuidan de mantener o incluso mejorar algo la relación S/R a nivel de pixel de una generación a otra (no encontraréis muchos ejemplos donde se haya empeorado en eso) y si ofrecen 48 MP en una APSC es por que como mínimo es tan buena como la anteior.
Y aunque no necesitemos esa resolución ya sabemos que en realidad también nos va a implicar una mejora del ruido en la imagen cuando la observemos al tamaño al que normalmente la empleemos.

Desviaciones frente al modelo ideal.

Aquí ya hemos comentado que sólo nos ocupábamos del ruido aleatorio generado por la electrónica fuera del foto sito.

Pero hay otros tipos de ruido , como el fotónico (generado en el fotosito) y ruido que no es completamente aleatorio.
Tampoco el ruido es completamente independiente del tamaño del fotosito, un sensor de mayor resolución requiere procesadores más potentes, mayor consumo y generación de calor y más ruido electromagnético al tener que digitalizar más pixels.
Por ello el ruido aleatorio puede aumentar al aumentar la resolución del sensor (para una determinada generación de sensor) y por otra parte si aumentamos mucho la resolución de forma que la relación S/R se degenere mucho llega un momento que ya no conseguimos mayor grado de detalle al ser el ruido casi del mismo orden que la señal.

Todos estos parámetros y otros (como la potencia de cálculo necesaria para procesar tanta información y la que es capaz de dar el procesador, su incidencia en el número de fotogramas por segundo que pueden procesarse, la velocidad del bus de memoria y procesador y la velocidad del bus de escritura en la tarjeta SD) son los que estudia el fabricante para decidir cuál es la resolución óptima para un sensor y cámara.
Tratará de poner la mayor resolución posible (vende mejor las cámaras y más objetivos), pero sin afectar demasiado a otros parámetros como ráfaga, ruido a nivel de pixel, etc.

Así que la próxima vez que oigamos que tal fabricante va a sacar una cámara APS con 48 MP no nos rasguemos las vestiduras pensando que es una barbaridad, que los resultados van a ser peores, porque no, nunca es así. Generación tras generación los resultados van mejorando, y el fabricante habrá estudiado todo mucho mejor que nosotros.

Otra cosa es pensar que no necesitamos eso y que con bastante menos vamos que chutamos y así el ordenador de proceso no se sobre carga tanto, no ocupan tanto los ficheros editados…
Claro que si realmente no necesitamos eso y no queremos ficheros tan grandísimos y nuestro ordenador no da para tanto, pues tampoco hace falta cambiar de ordenador: podemos empezar por reescalar la imagen a 16 MP por ejemplo (usando un escalado raw que es mucho más efectivo en cuanto a ruido) generar ese tiff y procesar ese tiff.
Si no necesitamos tantísima resolución no estamos obligados a procesar las fotos a esa resolución Salvo si usamos únicamente un revelador no destructivo, claro, todo sobre el raw como pueda ser el darktable o el capture one donde casi podemos terminar nuestras fotos sin pasarlas a tiff.
Claro que para los que no usan PS u otros editores de imágenes el problema de espacio no es tan grande porque no se generan ficheros de varios gigabtyes (debidos a capas y demás).

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