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ED 084

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No escuro, o celular de 48 megapixels entrega 12

O sensor junta 4 pixels vizinhos em 1 à noite: a foto perde resolução, ganha luz e sai com bem menos grão

Rua noturna fotografada com celular e a grade de pixels do sensor ampliada.

Quatro pixels viram um no escuro

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Cada pixel do sensor guarda a luz que cai só nele. À noite, o celular de 48 megapixels (48 milhões de pontos de imagem) quebra a regra sem avisar: soma a luz de quatro pixels vizinhos e grava o resultado como um ponto só.

Quem fotografa a rua iluminada por postes nem percebe a troca. Aperta o botão, abre a galeria e encontra o céu limpo, as fachadas sem aquele granulado colorido das câmeras baratas de dez anos atrás e os letreiros legíveis.

A troca aparece na ficha do arquivo. Abra os detalhes da foto noturna e procure a resolução: em vez de 8.064 por 6.048 pontos, os 48 megapixels prometidos na caixa, a galeria mostra 4.032 por 3.024. Multiplicando, dá pouco acima de 12 milhões.

O fabricante não escondeu nada. O anúncio fala em 48 megapixels porque o sensor tem esse número de pontos físicos. A foto tem 12 porque o processador decidiu juntá-los, e a decisão melhora a imagem no escuro.

A lógica cabe numa comparação de cozinha. Quatro copinhos de café postos lado a lado na chuva fina juntam, somados, quatro vezes a água de um copinho só. Se o objetivo é medir quanto choveu, despejar os quatro numa caneca dá uma leitura bem mais firme.

Com a luz acontece o mesmo. Um pixel minúsculo, no escuro, recebe pouca luz, e o pouco que recebe varia de um instante para outro. Essa variação aparece na foto como grão. Quatro pixels somados recebem quatro vezes a luz, e o grão perde força.

O preço da troca é o detalhe fino. Um ponto feito de quatro não distingue o que caiu em cada um deles, e a foto perde a capacidade de separar fios de cabelo, letras miúdas e a trama de um tecido.

A primeira seção mostra como os quatro pixels se juntam no sensor, por que o grão cai pela metade e em que situação os 48 megapixels voltam a valer a pena.

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I O Clique de Hoje

Quatro quadradinhos, uma cor só

A imagem do topo mostra uma rua à noite fotografada com celular e, num quadro ampliado, a grade de pixels do sensor.

Cada pixel do sensor é um fotodiodo (a pecinha de silício que transforma luz em carga elétrica). Ele mede só quanta luz chegou, sem saber a cor. Para enxergar cor, o sensor recebe por cima um mosaico de filtros vermelhos, verdes e azuis, um filtro por pixel.

No sensor comum, as cores se alternam ponto a ponto. No sensor de 48 megapixels dos celulares, o mosaico muda de desenho: cada filtro cobre um bloco de 2 por 2 pixels. O arranjo se chama Quad Bayer (Bayer quádruplo, em referência ao inventor do mosaico original).

Somar antes de gravar

Como os quatro pixels do bloco enxergam a mesma cor, o processador pode somar a carga deles e tratá-los como um pixel grande. O agrupamento se chama binning (do inglês bin, caixa: os quatro pontos vão para a mesma caixa).

Nos sensores de 48 megapixels mais comuns, cada pixel mede 0,8 milésimo de milímetro de lado. O bloco de quatro forma um quadrado de 1,6 milésimo, com área quatro vezes maior, e recebe quatro vezes os fótons (as partículas de luz).

Por que o grão cai

A luz chega em fótons, e a contagem varia ao acaso de uma fração de segundo para outra. Essa oscilação cresce com a raiz quadrada da luz recebida: quatro vezes a luz traz só duas vezes a oscilação.

Na prática, a parte firme da imagem quadruplica e a parte trêmula dobra. A proporção entre as duas melhora duas vezes, e o céu escuro, que num pixel isolado sairia salpicado, sai liso.

Há um ganho extra. Cada leitura de pixel acrescenta uma pequena perturbação da própria eletrônica. Alguns sensores somam a carga dos quatro antes da leitura e pagam essa perturbação uma vez só, em vez de quatro.

Quatro pixels somados trocam detalhe por luz.

Quando os 48 voltam

De dia, a luz sobra. Cada pixel pequeno já recebe fótons suficientes para uma leitura firme, e somar quase nada melhora. O processador faz o caminho inverso, o remosaico (a reorganização dos blocos de 2 por 2 no desenho de cores alternadas), e calcula os 48 milhões de pontos.

Numa paisagem ao meio-dia, o modo de 48 megapixels rende: as folhas de uma árvore distante e as letras de uma placa saem separadas, e dá para recortar um trecho da foto sem perder nitidez.

Forçado à noite, o mesmo modo entrega um arquivo quatro vezes maior, com grão visível e quase nenhum detalhe a mais. O detalhe fino que os 48 milhões de pontos poderiam registrar some debaixo do salpicado, e o recorte amplia o grão junto.

II Quem Apertou

O mosaico de um engenheiro da Kodak

Bryce Bayer, engenheiro da Eastman Kodak em Rochester, nos Estados Unidos, desenhou o mosaico de cores usado em quase toda câmera digital.

Bayer registrou a ideia na patente americana número 3.971.065, concedida em 1976 com o título Color imaging array (matriz de imagem colorida). A Kodak ainda vivia de filme, e a câmera digital era um protótipo de laboratório.

Dois verdes para cada vermelho

O desenho dele põe, em cada bloco de 2 por 2 pixels, dois filtros verdes, um vermelho e um azul. O verde dobrado imita o olho humano, mais sensível à faixa verde da luz e mais atento ao detalhe nela.

Cada pixel registra uma cor só, e o processador calcula as outras duas olhando os vizinhos. O cálculo se chama demosaico (a reconstrução da cor completa ponto a ponto) e roda em toda foto tirada com celular.

A reforma da Sony

Em julho de 2018, a Sony anunciou o IMX586, sensor de 48 megapixels para celular com pixels de 0,8 milésimo de milímetro. Ele manteve a proporção de Bayer, dois verdes, um vermelho e um azul, mas cada cor passou a ocupar um bloco inteiro de quatro pixels.

Era o mosaico de Bayer em escala maior. Visto de longe, o desenho de cores repete o de 1976; visto de perto, cada quadrado virou quatro. A soma dos quatro devolve, no escuro, um sensor de 12 megapixels com pixels de 1,6 milésimo.

O quadrado de Bayer só cresceu: cada cor ganhou quatro pixels.

Das caixas ao iPhone

O sensor chegou aos celulares em 2019, e o número 48 passou a estampar as caixas. A Apple adotou o arranjo em 2022, no iPhone 14 Pro, que grava 12 megapixels por padrão e libera os 48 no formato ProRAW (o arquivo bruto da Apple, com menos processamento).

A escolha da Apple confirma a lógica do binning. A empresa podia gravar sempre os 48 milhões de pontos e preferiu deixar o modo comum em 12, reservando a resolução cheia para quem a pede de propósito.

A patente livre

A patente de Bayer valia por 17 anos, como as patentes americanas da época, e expirou no começo dos anos 1990. A partir dali, qualquer fabricante podia usar o mosaico sem pagar à Kodak.

A liberdade explica a reforma de 2018. A Sony redesenhou o quadrado de Bayer sem pedir licença a ninguém, e o mosaico de um engenheiro de Rochester passou a viver, ampliado, nos sensores de centenas de modelos de celular.

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III Real ou Feito

Feito, e a grade com cores trocadas

Feito. A foto da rua no topo nunca passou por um sensor: um programa de inteligência artificial montou a cena a partir de um texto da redação, e três detalhes denunciam a origem.

Primeira pista: os blocos ampliados misturam cores. No quadro ampliado, cada bloco de 2 por 2 traz um vermelho, um azul e dois verdes, o desenho clássico. Num sensor Quad Bayer de 48 megapixels, os quatro pixels de um bloco teriam a mesma cor.

Segunda pista: o grão é igual no céu e nas fachadas. Na foto real, a área escura recebe menos luz e mostra mais grão; a fachada iluminada pelo poste sai mais limpa. Na imagem, o salpicado tem a mesma força em toda parte.

Terceira pista: as letras miúdas do letreiro saem perfeitas. Uma foto noturna de 12 megapixels perde o detalhe fino, como a primeira seção mostra. Na imagem, letras de poucos milímetros aparecem nítidas a dezenas de metros.

A luz amarela dos postes e o céu sem estrelas, por sua vez, batem com uma rua de cidade fotografada no modo automático.

Para conferir o agrupamento no seu próprio celular, bastam um cômodo com pouca luz, um objeto com letras pequenas, como uma caixa de remédio, e a galeria de fotos.

1. Apague a luz do teto, deixe só um abajur fraco aceso e apoie a caixa de remédio a um metro do celular.

2. Fotografe no modo foto comum, sem modo noite e sem zoom.

3. Ative o modo de 48 megapixels (no iPhone Pro, o ProRAW nos ajustes da câmera; em muitos Android, a opção 48M ou 50M no topo da tela) e repita a foto do mesmo lugar.

4. Abra os detalhes de cada foto na galeria e anote a resolução gravada.

5. Amplie as duas no mesmo trecho das letras e compare.

Na primeira foto, a ficha vai mostrar perto de 12 megapixels, e as letras vão sair legíveis, com fundo liso. Na segunda, a ficha mostra perto de 48, o arquivo pesa várias vezes a primeira e as letras chegam cobertas de grão, sem ganho de nitidez.

Se as duas fotos saírem com 12 megapixels, o modo de 48 não foi ativado: alguns aparelhos o desligam sozinhos em pouca luz. Repita a dupla perto de uma janela, de dia, e a ficha passa a mostrar os 48.

No escuro, quatro pixels valem mais juntos.

Teste hoje, ao anoitecer: fotografe a mesma caixa de remédio no modo comum e no modo de 48 megapixels, anote a resolução na ficha de cada arquivo e conte quantas palavras da embalagem você lê em cada uma, esperando 12 megapixels e mais palavras legíveis na foto comum.