Entendendo os 41 MP da Nokia

Há poucos dias, a Nokia surpreendeu a todos com o lançamento de um smartphone com uma câmera de 41 MP. Não se trata de um erro de digitação, ou de algum truque, realmente estão usando um sensor de 41 MP em um smartphone! À primeira vista, isso pode parecer uma insanidade, afinal, outros fabricantes estão mais concentrados em usar sensores de 5 ou 8 MP que produzem imagens mais nítidas que nas gerações anteriores, qual seria a vantagem de ter imagens lavadas de 41 MP, só para ocupar mais espaço no cartão?

Para ter ideia melhor do que são 41 MP, vale lembrar que quase todos os smartphones do mercado são ainda equipados com sensores de 5 ou 8 MP e mesmo entre as câmeras dedicadas, é raro encontrar modelos com mais de 16 MP. De fato, mesmo entre as DSLRs, poucos modelos chegam aos 30 MP, com mesmo a recém-anunciada Nikon D800, que usa um sensor enorme, de 35mm, possui “apenas” 36 MP, menos do que o Nokia 808:

A diferença chama mais uma vez à atenção para a diferença entre as câmeras dedicadas e as incluídas nos smartphones. O sensor da D800 mede 24x36mm, quase do tamanho de uma foto 3×4 e a luz é canalizada até ele por um conjunto poderoso de lentes, que resultam em fotos extremamente nítidas.

O Nokia 808 por sua vez usa um sensor 1/1.2″ (10.8 x 7.5 mm), que é grande se comparado a outros smartphones (2.5x maior que o do N8, por exemplo) e competitivo em relação aos sensores usados na maioria das câmeras compactas, mas que ainda assim é pequeno se comparado com o da D800. Ele é equipado com lentes Carls Zeiss, que são novamente superiores às usadas na maioria dos smartphones, mas novamente bem inferiores às lentes usadas em DSLRs.

A imagem abaixo (cedida pela Wikipedia) mostra um comparativo entre alguns formatos populares. A maioria dos smartphones de baixo e médio custo usam sensores de 1/3.2″ (4.5 x 3.4mm) que ficam fora da escala, bem menores até mesmo que o 1.23″. O sensor da Nokia ocuparia uma posição intermediária entre o 2/3 e o CX da Nikon, enquanto o sensor da D800 é um 35 mm “full frame”, mais de 10 vezes maior:

Com um sensor pequeno e lentes relativamente modestas pouca teríamos originalmente imagens lavadas, com muito ruído. A Nokia sabe disso melhor do que ninguém e por isso adotou uma estratégia surpreendentemente sana com o Nokia 808, criando uma tecnologia que usa a maior resolução do sensor de forma inteligente, em vez de simplesmente aderir ao hype, lançando um aparelho com uma câmera de 41 MP que seria só para aumentar o tempo de upload das fotos.

Por default, o Nokia 808 captura fotos a apenas 5 MP, o que remedia as críticas de que a Nokia cedeu à corrida dos megapixels. Dentro desse raciocínio, eles apenas teriam mudado a estratégia em relação a como conseguir obter imagens de 5 MP mais nítidas, usando mais pixels para fazer oversampling e em seguida reduzindo o tamanho da imagem para obter uma imagem com menos imperfeições. O software permite reduzir o oversampling, capturando até os 38 MP utilizáveis, mas nesse caso as deficiências do sensor saltam à vista.

Como bem sabemos, reduzir o tamanho de uma imagem para 1/4 ou 1/8 da densidade original permite obter uma imagem visualmente bem mais nítida e com bem menos ruído, já que a redução elimina falhas introduzidas por pixels retornando valores imprecisos e normaliza o ruído da imagem como um todo. Tanto é assim que muitos investem em câmeras com uma contagem de pixels mais alta apenas para redimensionar as imagens depois de capturadas e mesmo nos aparelhos com os piores sensores as imagens capturadas parecem muito boas quando vistas na própria tela (que possui uma resolução em mais baixa).

A Nokia publicou um arquivo com algumas imagens capturadas pela câmera, teoricamente sem retoques. Ao manipulá-las é possível entender qual é o plano. Recortando um pedaço pequeno da imagem em zoom de 100%, temos uma imagem lavada, similar à que temos em câmeras de aparelhos low-end:

Entretanto, ao ver a imagem completa, reduzida a uma imagem de 5MP ou 3MP, que são os tamanhos que a maioria de nós usa (já que com mais do que isso é muito demorado postar as imagens ou mesmo enviá-las por e-mail), elas se tornam surpreendentemente nítidas para um smartphone:

Um ponto realmente positivo da tecnologia é que ela permite o uso de zoom digital sem uma degradação tão significativa da qualidade da imagem. Como bem sabemos, o que os fabricantes chamam de “zoom digital” é apenas um truque barato, que consiste em recortar um pedaço da imagem e em seguida ampliá-lo, gerando uma imagem borrada. Tudo é feito via software, exatamente como você faria usando um editor de imagens qualquer. Isso contrasta com o zoom óptico, que consiste em usar lentes para ampliar a imagem antes que ela chegue ao sensor.

No caso do PureView a Nokia chegou a uma solução criativa para o problema. Em vez de recortar e ampliar, gerando uma imagem borrada, o sistema simplesmente abre mão do oversampling, obtendo diretamente um pedaço da imagem enviada pelo sensor. Naturalmente, perdemos os benefícios do oversampling, mas o resultado final é bem superior ao que teríamos usando zoom digital em um sensor menor.

Considerado estes benefícios é de se esperar que outros fabricantes desenvolvam tecnologias similares ao PureView, passando a também incluir sensores de maior resolução em seus aparelhos, aproveitando a evolução nas técnicas de fabricação e aumento na densidade dos pixels. Já chegamos ao ponto em que simplesmente espremer mais pixels em sensores do mesmo tamanho pra obter JPGs borrados de 8 ou 10 MP não faz sentido. Entretanto, a partir do momento em que sensores de maior resolução podem ser usados para obter imagens de 3, 5 ou 8 MP mais nítidas, a evolução volta a fazer sentido.

Apesar de poderoso na parte de fotografia, o Nokia 808 é em essência um smartphone simples, baseado em um processador ARM11 de 1.3 GHz rodando o Symbian Belle. Fora o sensor e o flash de xenônio, a única característica realmente interessante na parte de hardware é o processador de sinais usado pela Nokia, que é capaz de não apenas processar e redimensionar as imagens de 41 MP capturadas pelo sensor, mas também capturar vídeos 1080p a 30fps realizando downsampling das imagens do sensor, a uma taxa de mais de 1 bilhão de pixels por segundo.

O uso do Symbian deixa uma outra peça de informação clara: a Nokia ainda vê o Symbian como o sistema “seguro”, deixando o Windows Phone com o status de “experimental”. Embora estejam desenvolvendo muitos novos aparelhos baseados no Windows Phone, quando decidem lançar uma tecnologia nova e potencialmente arriscada, como no caso do PureView preferem lançá-la em um aparelho com o Symbian, para não arriscar muitas mudanças ao mesmo tempo.

Em resumo, o Nokia 808 pode ser considerado mais uma “câmera com smartphone” do que um “smartphone com câmera”. Ele oferece uma qualidade de imagem realmente competitiva em relação às câmeras compactas de baixo custo, mas em compensação foi lançado com um preço salgado (450 Euros) e é um pouco barrigudo em relação a outros aparelhos atuais, com 18 mm de espessura na área da câmera. Entretanto ele sinaliza para o lançamento de outros aparelhos com melhores especificações e câmeras similares, que irão forçar os demais fabricantes a também entrarem na briga e melhorarem suas próprias câmeras.