- Якість фотографії більше залежить від розміру сенсора та кожного пікселя, ніж від кількості мегапікселів.
- CMOS-сенсори та BSI-сенсори значно покращили роботу мобільних телефонів за умов слабкого освітлення.
- Матриця Байєра (RGGB або RYYB) та піксельний бінінг впливають на те, як світло захоплюється та обробляється.
- Вибираючи мобільний телефон з камерою, краще віддати перевагу великому сенсору, великим пікселям та хорошій оптиці, а не завищеним показникам роздільної здатності.
Якщо сьогодні ваш мобільний телефон майже ваш камера для узголів'я ліжкаЦе не магія. Не так давно камери телефонів були не більш ніж швидким рішенням: зробити розмите фото документа, надіслати негарне зображення через MMS та майже нічого більше. Зараз багато людей залишають свої компактні камери вдома, оскільки смартфони працюють настільки добре, що можуть конкурувати зі спеціалізованими камерами середнього класу, і навіть деякими середньо- та висококласними.
Проблема в тому, що маркетинг змусив нас дивитися туди, де не слід. Роками нам казали, що важливо те, мегапікселі та кількість камерІ багато людей досі обирають мобільний телефон, ґрунтуючись виключно на цих двох цифрах. Однак справжнім серцем системи є інший компонент, на який майже ніхто не звертає уваги: датчик зображення. Розуміння того, що він робить, як працює та чому його розмір є критично важливим, визначає різницю між покупкою на основі реклами та розумною покупкою.
Чому мегапікселі не є справжнім показником якості
Роками ми звикли зосереджуватися переважно на кількість мегапікселів З камери: чим більше мегапікселів, тим краще… або так здавалося. Реклама наполягала на тому, що камера з більшою кількістю мегапікселів робить фотографії вищої якості, і багато виробників збільшували цю кількість, не торкаючись того, що дійсно мало значення: розміру сенсора та розміру кожного пікселя.
Сенсор складається з мільйонів крихітних частинок кремнієві напівпровідники Вони називаються фотодіодами. Кожен з них перетворює світло (фотони), яке він отримує, на електричний сигнал. На практиці кожен фотодіод відповідає одному пікселю в кінцевому зображенні. Коли ми говоримо про мегапікселі, ми просто маємо на увазі загальну кількість цих точок, а не їхню якість.
Роздільна здатність (наприклад, 5472 x 3648 пікселів у камері приблизно 20 мегапікселів) вказує нам на максимальний рівень деталізації та розмір, до якого ми можемо роздрукувати або вирізати без розпаду фотографії. Але це нічого нам не говорить про шум, динамічний діапазон, роботу в умовах низької освітленості чи точність передачі кольору. Все це значною мірою залежить від фізичного розміру сенсора та розміру кожного пікселя.
Як правило, якщо порівнювати технології одного покоління, чим більший датчик, тим більша... загальна якість зображенняТо чому ж вони не встановлюють максимально великий сенсор у всі пристрої? Це виключно з інженерних причин: великі сенсори дорожчі, займають більше місця та вимагають більших об'єктивів, що суперечить ультратонким телефонам та обмеженим ціновим різницям.
Окрім резолюції, важливо розуміти дві ключові концепції: щільність пікселів (скільки мегапікселів припадає на квадратний сантиметр сенсора) та розмір пікселя (наскільки великий кожен фотодіоданий елемент, зазвичай у мікронах). За однакового розміру сенсора менша кількість мегапікселів означає більші пікселі, здатні захоплювати більше світла та, отже, забезпечувати кращу якість зображення.
Як насправді працює датчик мобільної камери
Камера вашого мобільного телефону використовує ту саму базову технологію, що й цифровий фотоапарат Традиційний. З одного боку знаходиться оптичний блок (набір лінз), який відповідає за «організацію» та спрямування світла без надмірного спотворення чи хроматичної аберації. Це світло проходить через лінзу, коли система відкриває діафрагму, і потрапляє безпосередньо на сенсор.
В аналогових камерах це світло фіксувалося на хімічній плівці зі солями срібла. У мобільному телефоні світло падає на масив фоточутливих клітинЦифровий датчик. Кожна комірка підраховує, скільки фотонів надійшло протягом часу експозиції, і генерує напругу, пропорційну цій кількості світла. Ця інформація, піксель за пікселем, потім перетворюється на цифрові дані, які процесор обробки зображень (ISP) телефону інтерпретує та обробляє.
Датчики, які ми знаходимо в мобільних телефонах і камерах, по суті, поділяються на два сімейства: старі ПЗЗ (пристрій із зарядовим зв'язком) і переважаючий CMOS (комплементарний металоксид-напівпровідник). ПЗЗ-матриці довгий час пропонували чудову якість зображення, але вони були дорогими, досить сильно нагрівалися та вимагали складних і громіздких систем охолодження, що було непрактичним для тонкого смартфона.
КМОП-сенсори, які з'явилися та вдосконалилися значною мірою завдяки зусиллям NASA з мініатюризації, здійснили революцію на ринку. Вони інтегрують схеми зчитування та оцифрування в сам чіп, що робить їх ефективнішими. дешеві у виробництві, споживають менше енергії і вони генерують менше тепла. Крім того, вони дозволяють додавати логіку обробки в сам датчик і є програмованими, що робить їх ідеальними для мобільних пристроїв, де критично важливими є простір та енергоефективність.
На основі цього з'явилися варіації, такі як датчики. BSI (датчик із заднім підсвічуванням)Такі речі дуже поширені в сучасних смартфонах. Тут структура реорганізована таким чином, що світло досягає фотодіодів з меншою кількістю перешкод, що значно покращує продуктивність в умовах слабкого освітлення. Результат: чистіші фотографії з меншим шумом за слабкого освітлення.
Спосіб розташування комірок у масиві також має значення. Існують датчики з лінійним, трилінійним та багатоматричним розподілом… але в мобільних пристроях звичайна конфігурація — це Матриця Байєра, який поєднує кольорові фільтри, розміщені на кожному фотоділянці, для розділення білого світла на три компоненти.
Матриця Байєра: RGGB, RYYB та боротьба за захоплення більшої кількості світла
Світло, що потрапляє на датчик, біле, але нам потрібно розділити його на кольорові компоненти, щоб реконструювати зображення. Для цього кожен фотодіафрагмент покритий крихітною кольоровий фільтр який пропускає лише частину спектру. Звичайна практика полягає в тому, щоб розділити його на червоний, зелений та синій (RGB) або такі варіанти, як червоний, жовтий та синій (RYB), та об'єднати інформацію з кількох фотосайтів для кожного остаточного пікселя.
Класична матриця Байєра — це RGGB: у блоці з чотирьох фотосайтів у нас є один червоний, один синій і два зелених. Така надмірність зеленого не випадкова. Людське око чутливіше до зеленого каналу, і його подвоєння дозволяє нам досягти Більше деталей та менше шуму на кінцевому зображенні. Камера за допомогою обробки поєднує дані з цих чотирьох фотосайтів, щоб створити один повнокольоровий піксель.
Huawei у співпраці з Leica вирішила порушити цю традицію в деяких своїх моделях, впровадивши датчики. RYYB СуперспектрУ цьому випадку матриця має один червоний фотосайт, один синій фотосайт і два жовтих фотосайти, замінюючи надлишковий зелений канал жовтим, який дозволяє проходити іншій, ширшій частині спектра.
Що це нам говорить? Це означає, що жовті фотоелементи вловлюють більше світла, ніж зелені, тому датчик, теоретично, Він збирає більше світлової інформації.Система тепер працює більше як світ друку CMYK (де кольорове мислення є субтрактивним), ніж як суворо адитивна модель RGB. Щоб реконструювати точне зображення, обробка повинна виконувати більше обчислень: дані червоного та синього кольорів поєднуються з жовтим для отримання кінцевих каналів, що вимагає більшої обчислювальної потужності та значної кількості обчислювальної фотографії.
Ця зміна чітко демонструє галузеву тенденцію: йде гонка за використання кожного міліметра простору датчика, щоб отримати більше світла та деталей. Але, як це майже завжди буває, безкоштовних чудес не буває. Ці датчики потребують потужні процесори та передові алгоритми щоб максимально використати світло, не погіршуючи колір і не збільшуючи шум.
Розмір сенсора та розмір пікселя: ось що важливо
Якби ми мали зробити лише один ключовий висновок з усього цього, то це мав би бути такий: за рівних технологій, Чим більший датчик, тим більше інформації можна зібратиІ в межах цього сенсора, чим більші його пікселі (тобто фотосайти), тим краще працюватиме камера, особливо за умов недостатньої освітленості.
Кількість фотонів, які може «підрахувати» клітина, пропорційна площі її поверхні. Велика клітина може накопичувати більше заряду до насичення, ніж мала, що призводить до більшого динамічного діапазону (краща деталізація у світлих і тінях), меншого шуму та стабільнішого відтворення кольорів. Не випадково в серйозних технічних специфікаціях згадується розмір пікселя в мікронах1,22 мкм, 1,4 мкм, 1,8 мкм, 2 мкм… чим більше число, тим краще, за умови, що ми порівнюємо датчики одного покоління.
Виробники працюють у дуже обмеженому фізичному просторі: модуль камери має поміщатися всередині корпусу телефону, він не може надмірно виступати, і він має співіснувати з акумулятором, материнською платою, динаміками та іншими компонентами. Тому часто доводиться йти на жертви. розмір сенсора або пікселя для збільшення роздільної здатності в маркетингу. Результатом може бути 64- або 108-мегапіксельна камера з дуже малими пікселями, яка без програмної допомоги працює вночі гірше, ніж 12-мегапіксельна камера з великими пікселями.
Щоб вирішити цю проблему, багато датчиків високої роздільної здатності використовують методи «піксельне бінінг«або злиття пікселів». Під торговими назвами, такими як Quad Bayer, Tetracell або Light Fusion, сенсор об’єднує чотири фізичні пікселі в один «віртуальний» піксель під час створення зображення. Таким чином, 48-мегапіксельний сенсор створює 12-мегапіксельні фотографії з кращим захопленням світла та меншим шумом, використовуючи кілька фотосайтів для кожного кінцевого пікселя.
Це об'єднання здійснюється на апаратному та/або програмному рівні та зазвичай його можна вмикати або вимикати з програми камери. Якщо ми активуємо повний режим 48 або 64 мегапікселів, ми отримаємо більше деталей для обрізкиОднак це погіршує продуктивність за слабкого освітлення. Якщо ми дозволимо телефону зменшити роздільну здатність до чверті за допомогою піксельного бінінгу, ми виграємо в загальній якості, особливо вночі.
У вищому сегменті ринку ми вже бачимо 1-дюймові сенсори в деяких просунутих моделях від таких брендів, як Xiaomi та Huawei. Ці сенсори не тільки фізично більші, але й можуть бути оснащені... більші пікселіЦе явно покращує їхню здатність збирати світло. Це не означає автоматично, що вони роблять найкращі фотографії на ринку, але дає їм об'єктивну перевагу в сировині: фотонах.
Датчики, оптика та обробка: тріо, яке визначає кінцеву якість
Якість фотографії залежить не лише від сенсора. Хоча це найважливіший компонент, два інші стовпи мають значну вагу: якість лінз та обробка зображень. Об’єктив низької якості, погано відполіровані лінзи або погана конструкція можуть призвести до хроматичних аберацій, втрати різкості по краях та геометричних спотворень, які псують сцену, незалежно від того, наскільки хороший сенсор.
Після пострілу починається обробка, яка в сучасних мобільних телефонах тісно пов'язана з обчислювальна фотографіяІнтернет-провайдер та програмне забезпечення виробника поєднують кілька знімків, коригують шум, піднімають тіні, стискають світлі ділянки, коригують колір та застосовують вибіркове підвищення різкості. Кожен бренд має свій власний фірмовий штрих: деякі надають пріоритет більш насиченим кольорам та високій контрастності, тоді як інші прагнуть м’якшого, більш природного вигляду.
Однак фізичний розмір сенсора залишається важливішим, ніж чиста роздільна здатність. Більший сенсор, навіть з меншою кількістю мегапікселів, може запропонувати зображення вищої якості (особливо за поганого освітлення), ніж менший, переповнений крихітними елементами. Це призвело до дизайнерських рішень, які суперечили мегапіксельній гонці, як-от HTC One M7 з 4 мегапікселями та величезними пікселями, або iPhone, які роками «залишалися» на 8 або 12 мегапікселях, але зі все більшими сенсорами.
З іншого боку, у нас є телефони, які можуть похвалитися 40, 50 або більше мегапікселями, і навіть 41-мегапіксельними сенсорами, як-от легендарний Nokia 808 PureView або 40,1 мегапікселя в Lumia 1020, який використовував... більш ніж достатня роздільна здатність запропонувати безвтратне масштабування та агресивне кадрування. Кожен підхід має свої переваги, але завжди слід звертати увагу на сенсор і розмір пікселя, щоб дійсно зрозуміти, що ви купуєте.
Типи сенсорів та їхня роль у сучасній мобільній фотографії
Сучасний мобільний телефон зазвичай має не один датчик, а кілька, кожен з яких спеціалізований для певного використання. головний датчик Зазвичай він має найвищу якість (і часто найбільший), оскільки обробляє більшість фотографій і відео користувача. Його продуктивність за умов слабкого освітлення, роздільна здатність і динамічний діапазон визначають загальний досвід фотографування.
Поруч із ним з'являється ширококутний датчикЦей сенсор, що відповідає за розширення поля зору, ідеально підходить для пейзажів, архітектури або групових фотографій. Він жертвує деякою різкістю по краях, а іноді й світлом, щоб захопити більше сцени. У моделях високого класу цей сенсор також може похвалитися хорошою оптикою та пристойним розміром, що робить його корисним у складних ситуаціях.
El сенсор телеоб'єктива Це стає важливим, коли ми використовуємо оптичний зум. На відміну від цифрового зуму (який обрізає та розтягує зображення), телеоб'єктив дозволяє нам наблизитися, не втрачаючи справжніх деталей, оскільки збільшення досягається за допомогою спеціальної оптики. Тут знову ключовими є розмір матриці та пікселя: дуже довгий телеоб'єктив з крихітною матрицею може погано працювати в сутінках, незалежно від того, наскільки високе збільшення рекламується.
У багатьох мобільних телефонах ці три функції доповнюються додатковими, такими як глибинне зондування (для покращення розмиття портрета), датчики колірної температури (для кращого налаштування балансу білого) або навіть спеціальні макродатчики. Їхня функція полягає в доповненні основного датчика, хоча часто деякі з цих ролей можна імітувати програмно, використовуючи сам основний датчик.
Також слід враховувати стабілізацію зображення, оптичну (OIS) чи електронну (EIS). Хоча вона не є частиною сенсора, вона працює пліч-о-пліч з ним, щоб зменшити тремор та вібраціїЦе важливо для максимального використання світла в нічних сценах без розмиття фотографій, а також для запису плавного відео.
Як вибрати мобільний телефон з камерою відповідно до ваших реальних потреб
Купуючи телефон з урахуванням фотографії, важливо не ігнорувати мегапікселі, а розглядати їх у контексті. Якщо ви зазвичай насолоджуєтеся фотографіями на екрані телефону, в соціальних мережах або на телевізорі Full HD, то... кілька мегапікселів добре використано А з потужним сенсором у вас буде більш ніж достатньо. У таких випадках великий 12- або 16-мегапіксельний сенсор може забезпечити кращі результати у повсякденному використанні, ніж 64-мегапіксельний сенсор з крихітним сенсором.
Однак, якщо ви часто друкуєте на папері великого формату, схильні до агресивного різання або працюєте напівпрофесійно, то його наявність безумовно варта уваги. датчик високої роздільної здатностіЗа умови, що весь бюджет не був витрачений на втискання крихітних пікселів у сміховинно маленький сенсор. Саме тут мають сенс 40-, 50-мегапіксельні сенсори, а також хороші фізичні розміри та потужна обробка.
Якою б не була ваша ситуація, варто поставити собі три простих запитання: за яких умов освітлення я найчастіше знімаю? Що я роблю зі своїми фотографіями після цього? І чи вартий громіздкіший модуль камери додаткової якості? Відповіді на ці запитання допоможуть вам розставити пріоритети. великий сенсор і великий піксель порівняно з астрономічними роздільними здатностями, які на практиці ви не збираєтеся використовувати на повну потужність.
Зрештою, не забувайте, що фактична продуктивність також залежить від покоління сенсора та процесора. Немає сенсу безпосередньо порівнювати сучасний високоякісний BSI-сенсор зі старішим багаторічним, навіть якщо вони однакового розміру. Порівнюючи моделі, намагайтеся робити це між пристроями одного покоління. та сама епоха та діапазонІ завжди звертайте увагу на: розмір сенсора, розмір пікселя, діафрагму об'єктива та чи є у нього оптична стабілізація зображення.
Зрештою, за кожною гарною фотографією, зробленою на телефон, стоїть тонкий баланс між оптикою, сенсором і програмним забезпеченням. Мегапікселі показують, скільки пікселів матиме зображення, але це Датчик визначає, скільки світла, деталей та динамічного діапазону потрібно мати. Ви зможете скористатися цим. Розуміння його важливості дозволить вам дивитися далі рекламних заяв і мудро обирати наступний смартфон із камерою, який ви покладете до кишені.
