Los procesadores de imagen son los responsables de obtener una imagen digital a partir de los datos del sensor de la cámara. Diseñados originalmente para implementar un mínimo de tareas, hoy en día son capaces de realizar funciones más avanzadas gracias a su capacidad de cálculo cada vez mayor. La mayoría de ellos están basados en los procesadores de la familia Milbeaut.

Los procesadores de imagen Maestro II están basados en la familia de procesadores Milbeaut, un diseño original de Fujitsu © Leica
Los procesadores de imagen Maestro II están basados en la familia de procesadores Milbeaut, un diseño original de Fujitsu © Leica

En su momento –ver Procesadores de Imagen– analizamos estas tareas comunes a todos los procesadores de imagen, como es la interpolación cromática, la reducción de ruido o la corrección de nitidez. Sin embargo, gracias a una tecnología de miniaturización cada vez más avanzada, estos procesadores disponen de una capacidad de cálculo que crece vertiginosamente, y en los últimos años los fabricantes de cámaras digitales han ido incluyendo funciones y algoritmos cada vez más complejos.

Curiosamente, antes del lanzamiento de la M9, el proyecto «Maestro» era uno de los más bien guardados de Leica, y hay quien pensaba incluso que se trataba del nombre de una cámara; nada más lejos: era el nombre del procesador de imagen que venían usando en distintas versiones y nombres…

Todo ello es aplicable, por supuesto, a los módulos de cámaras que encontramos en los dispositivos móviles como los smartphones y tablets; de hecho, es especialmente aplicable a estos últimos casos, donde la falta de potencial del sensor en sí –debido a su pequeño tamaño– tiene que ser compensada a posteriori mediante software.

Así pues, a medida que la tecnología avanza, los procesadores son capaces de procesar mayores cantidades de datos en menor tiempo, lo que se traduce en mayores ráfagas (fps) e imágenes de mayor resolución. Al mismo tiempo, la miniaturización permite reducir el consumo del chip, lo que –por su parte– permite aumentar la autonomía global del dispositivo. Este último aspecto de es especial importancia para los módulos utilizados en dispositivos móviles.

Interior del iPhone 6s, el último smartphone de Apple © Apple Inc.
Interior del iPhone 6s, el último smartphone de Apple © Apple Inc.

Los fabricantes de smartphones hacen un especial esfuerzo en su procesado de imagen digital para compensar los sensores de pequeñas dimensiones que suelen utilizar.

Funciones cada vez más avanzadas

Gracias al aumento de prestaciones de los procesadores, los algoritmos de imagen son capaces de gestionar cada vez más parámetros. Es el caso del conocido como módulo 3A (AWB/AE/AF), que incluye los algoritmos de ajustes de balance de blancos automático, exposición automática y autoenfoque, que cada vez son más avanzados y permiten obtener mejores resultados, al igual que los sistemas de asistencia de autoenfoque contínuo para imagen y vídeo.

Los algoritmos de procesamiento de imagen son también capaces de compensar y corregir aberraciones cromáticas y distorsiones ópticas, así como de realizar todo tipo de transformaciones –rotaciones– o conversiones de resolución –zoom digital–. También recientemente se incluyen algoritmos anti-vibraciones para compensar los movimientos indeseados de forma electrónica.

Aplicación del algoritmo de corrección de distorsión óptica © Fujitsu
Aplicación del algoritmo de corrección de distorsión óptica © Fujitsu

Paralelamente, la demanda de sistemas de reconocimiento de objetos ha dado lugar a algoritmos que permiten no solo ajustar los parámetros de la cámara en función de la escena, sino también de reconocer caras para poder precisar el enfoque de la captura.

Anuncio publicitario que usó Nikon para mostrar su sistema de reconocimiento de cara en la Coolpix S60 © Nikon
Anuncio publicitario que usó Nikon para mostrar su sistema de reconocimiento de cara en la Coolpix S60 © Nikon

Los fabricantes de cámaras integran estas soluciones paulatinamente, pero los algoritmos de procesado de imagen existentes permiten ya todo tipo de soluciones –como reconocer objetos de una forma definida y contarlos– que se irán implementando en función de las necesidades.

Contar objetos es posible mediante los algoritmos de reconocimiento adecuados © Mathworks
Contar objetos es posible mediante los algoritmos de reconocimiento adecuados © Mathworks

Un procesador para casi todos…

A pesar de la diversidad de soluciones existentes –prácticamente cada fabricante dispone de la suya– la mayoría de los procesadores de imagen para cámaras están basados en el Fujitsu Milbeaut (Nikon EXPEED, Pentax PRIME o Leica MAESTRO), que cada fabricante personaliza luego a su gusto a partir de un diseño base. Es también el caso de la mayoría de los smartphones, aunque es difícil encontrar información al respecto, tal como señala la propia Fujitsu en un comunicado años atrás, donde se remarcaba que controlaba más del 50% del sector de los procesadores de imagen para cámaras digitales.

Desde su lanzamiento en el año 2000, los procesadores de la familia Milbeaut han sido adoptados pues por gran cantidad de fabricantes de cámaras y smartphones. Diseñados como un ASSP (Application Specific Standard Product), contienen normalmente un procesador ARM y un DSP (Digital Signal Processor) con módulos específicos para la interpolación cromática, la compresión/descompresión de imagen y demás funciones de procesamiento de imagen.

Diagrama de bloques funcional de los procesadores de imagen de Milbeaut de cuarta generación © Fujitsu
Diagrama de bloques funcional de los procesadores de imagen de Milbeaut de cuarta generación © Fujitsu

Actualmente, muchos de los procesadores que encontramos en nuestras cámaras están basados en la séptima generación de Milbeaut, lanzada en septiembre 2013 por Fujitsu. Basado en un ARM Cortex-A5 MP, está diseñado para procesar imágenes de alta resolución, con una velocidad de procesado equivalente de 12 fps a 24 Mpx. Dispone de nuevos algoritmos de procesado de imagen mejorados y hace especial hincapié en las funciones orientadas a la gestión de vídeo, debido a la alta demanda de los fabricantes de cámaras en este aspecto.

Desde 2015, los procesadores Milbeaut están en mano de Socionext, compañía fundada en marzo 2015 en Yokohama (Japón), resultado de la fusión de las divisiones de LSI (Large Scale Integration) –circuitos integrados con decenas de miles de transistores– de Fujitsu y Panasonic. Socionext sigue pues el desarrollo de procesadores de imagen de la serie Milbeaut, y de hecho acaba de lanzar al mercado, hace apenas un mes, el MB86S27, que representa la octava generación de la serie.

Procesador de imagen Milbeaut MB86S27 de última generación basado en chip ARM © Socionext
Procesador de imagen Milbeaut MB86S27 de última generación basado en chip ARM © Socionext

Basado en dos procesadores ARM Cortex A5, está diseñado para ofrecer vídeo de alta calidad e incluye un codec H.264 para vídeo 4K de bajo consumo, así como la corrección de distorsión de 360º para imágenes panorámicas y multi-imágenes. Se orienta pues a cámaras de vigilancia, drones y cámaras de acción, un sector muy en boga últimamente.

Las reducidas dimensiones del último módulo de cámara MB86S29 "MH-1" para smartphones © Socionext
Las reducidas dimensiones del último módulo de cámara MB86S29 «MH-1» para smartphones © Socionext

En cuanto a procesadores diseñados específicamente para smartphones, encontramos el recién módulo de cámara MB86S29 «MH-1», que permite procesar imágenes de 16 Mpx a 30 fps. A pesar de que las variante móviles de los procesadores de imagen sean menos potentes que sus homólogos para cámaras digitales, la tendencia general es igualar cada vez más ambos mundos, con especial hincapié en el consumo de estos circuitos integrados.

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