- Kvalitet fotografije više zavisi od veličine senzora i svakog piksela nego od broja megapiksela.
- CMOS i BSI senzori su znatno poboljšali performanse mobilnih telefona u uslovima slabog osvjetljenja.
- Bayerova matrica (RGGB ili RYYB) i grupisanje piksela utiču na to kako se svjetlost hvata i obrađuje.
- Prilikom odabira mobilnog telefona s kamerom, najbolje je dati prednost velikom senzoru, velikim pikselima i dobroj optici u odnosu na prenapuhane brojke rezolucije.
Ako vam je danas mobilni telefon gotovo vaš kamera za uzglavlje krevetaNije to magija. Ne tako davno, kamere na telefonima su bile tek nešto više od brzog rješenja: snimanje mutnih fotografija dokumenta, slanje ružne slike putem MMS-a i ništa više. Sada mnogi ljudi ostavljaju svoje kompaktne kamere kod kuće jer pametni telefoni rade toliko dobro da mogu konkurirati namjenskim kamerama srednje klase, pa čak i nekim srednje i vrhunske klase.
Problem je što nas je marketing naveo da tražimo tamo gdje ne bismo trebali. Godinama nam se govori da je važno megapikseli i broj kameraI mnogi ljudi i dalje biraju mobilni telefon isključivo na osnovu te dvije cifre. Međutim, pravo srce sistema je druga komponenta na koju gotovo niko ne obraća pažnju: senzor slike. Razumijevanje šta on radi, kako funkcioniše i zašto je njegova veličina ključna čini svu razliku između kupovine na osnovu oglašavanja i mudre kupovine.
Zašto megapikseli nisu prava mjera kvalitete
Godinama smo navikli da se prvenstveno fokusiramo na broj megapiksela Sa kamere: što veći broj megapiksela, to bolje... ili se barem tako činilo. Reklame su insistirale na tome da kamera s više megapiksela snima fotografije višeg kvaliteta, a mnogi proizvođači su povećali broj bez diranja onoga što je zaista važno: veličine senzora i veličine svakog piksela.
Senzor se sastoji od miliona sitnih čestica silicijumski poluprovodnici Oni se nazivaju fotodiode ili fotodiode. Svaka od njih transformiše svjetlost (fotone) koju prima u električni signal. U praksi, svaki fotodioda odgovara jednom pikselu u konačnoj slici. Kada govorimo o megapikselima, jednostavno mislimo na ukupan broj ovih tačaka, a ne na njihov kvalitet.
Rezolucija (na primjer, 5472 x 3648 piksela kod kamere od oko 20 megapiksela) nam govori maksimalni nivo detalja i do koje veličine možemo... odštampajte ili izrežite bez raspadanja fotografije. Ali to nam ništa ne govori o šumu, dinamičkom rasponu, performansama u uvjetima slabog osvjetljenja ili tačnosti boja. Sve to uveliko zavisi od fizičke veličine senzora i veličine svakog piksela.
Kao opšte pravilo, ako upoređujemo tehnologije iste generacije, što je veći senzor, to je veća ukupni kvalitet slikePa zašto ne ugrade najveći mogući senzor u sve uređaje? To je isključivo iz inženjerskih razloga: veliki senzori su skuplji, zauzimaju više prostora i zahtijevaju veće objektive, što se kosi s ultratankim telefonima i uskim cjenovnim maržama.
Pored rezolucije, važno je razumjeti dva ključna koncepta: gustoća piksela (koliko megapiksela ima po kvadratnom centimetru senzora) i veličina piksela (koliko je velika svaka slikovna tačka, obično u mikronima). S istom veličinom senzora, manji broj megapiksela znači veće piksele, sposobne za hvatanje više svjetlosti i stoga nude bolji kvalitet slike.
Kako senzor mobilne kamere zapravo funkcionira
Kamera vašeg mobilnog telefona koristi istu osnovnu tehnologiju kao i digitalni fotoaparat Tradicionalno. S jedne strane je optički blok (skup sočiva) koji je odgovoran za "organizovanje" i usmjeravanje svjetlosti bez prevelikog izobličenja ili hromatske aberacije. Ova svjetlost prolazi kroz sočivo kada sistem otvori dijafragmu i ide direktno do senzora.
U analognim kamerama, ta svjetlost je bila fiksirana na hemijski film sa srebrnim solima. U mobilnom telefonu, svjetlost pada na niz fotosenzitivnih ćelijaDigitalni senzor. Svaka ćelija broji koliko je fotona stiglo tokom vremena ekspozicije i generira napon proporcionalan toj količini svjetlosti. Ove informacije, piksel po piksel, zatim se transformiraju u digitalne podatke koje će procesor slike (ISP) telefona interpretirati i obraditi.
Senzori koje nalazimo u mobilnim telefonima i kamerama u suštini su dvije porodice: stariji CCD (Charge-Coupled Device) i predominantni CMOS (komplementarni metal-oksid-poluprovodnik). CCD-ovi su dugo vremena nudili odličan kvalitet slike, ali su bili skupi, prilično su se zagrijavali i zahtijevali su složene i glomazne sisteme hlađenja, što je bilo nepraktično kod tankog pametnog telefona.
CMOS senzori, koji su nastali i usavršeni uglavnom zahvaljujući NASA-inim naporima minijaturizacije, revolucionirali su tržište. Oni integriraju sklopove za očitavanje i digitalizaciju unutar samog čipa, što ih čini efikasnijim. jeftini su za proizvodnju, troše manje energije i generiraju manje topline. Nadalje, omogućavaju dodavanje logike obrade unutar samog senzora i programabilni su, što ih čini idealnim za mobilne uređaje gdje su prostor i energetska učinkovitost ključni.
Na osnovu toga su se pojavile varijacije, kao što su senzori. BSI (senzor sa pozadinskim osvjetljenjem)Ovo je vrlo uobičajeno kod modernih pametnih telefona. Ovdje je struktura reorganizirana tako da svjetlost dopire do fotodioda s manje prepreka, što očito poboljšava performanse u uvjetima slabog osvjetljenja. Rezultat: čistije fotografije s manje šuma kada je osvjetljenje slabo.
Način na koji su ćelije raspoređene u nizu također je važan. Postoje senzori s linearnom, trilinearnom i višenizovnom distribucijom... ali u mobilnim uređajima uobičajena konfiguracija je... Bayerova matrica, koji kombinuje filtere u boji postavljene preko svake fotolokacije kako bi se bijela svjetlost razdvojila na tri komponente.
Bayer Matrix: RGGB, RYYB i borba za hvatanje više svjetlosti
Svjetlost koja ulazi u senzor je bijela, ali je moramo podijeliti na komponente boje kako bismo rekonstruirali sliku. Za to je svaka fotosekcija prekrivena sićušnom filter u boji što propušta samo dio spektra. Uobičajena praksa je odvajanje na crvenu, zelenu i plavu (RGB) ili varijante poput crvene, žute i plave (RYB), te kombiniranje informacija s nekoliko fotolokacija za svaki konačni piksel.
Klasična Bayerova matrica je RGGB: u bloku od četiri fotolokacije imamo jednu crvenu, jednu plavu i dvije zelene. Ova redundancija zelene nije slučajna. Ljudsko oko je osjetljivije na zeleni kanal, a njegovo udvostručenje nam omogućava da postignemo Više detalja i manje šuma na konačnoj slici. Kamera, uz pomoć obrade, kombinuje podatke sa te četiri fotolokacije kako bi generisala jedan piksel u punoj boji.
Huawei je, u saradnji sa Leicom, odlučio da prekine ovu tradiciju kod nekih svojih modela uvođenjem senzora RYYB Super SpectrumU ovom slučaju, matrica ima jedan crveni fotosite, jedan plavi fotosite i dva žuta fotosite, zamjenjujući redundantni zeleni kanal žutim koji omogućava prolaz drugačijem, širem dijelu spektra.
Šta nam ovo govori? To znači da žuti fotonaponi hvataju više svjetlosti od zelenih, tako da senzor, teoretski, Prikuplja više svjetlosnih informacija.Sistem sada funkcioniše više kao svijet CMYK štampe (gdje je razmišljanje o boji suptraktivno) nego kao strogo aditivni RGB model. Da bi se rekonstruisala vjerna slika, obrada mora izvršiti više proračuna: crveni i plavi podaci se kombinuju sa žutim kako bi se dobili konačni kanali, što zahtijeva veću procesorsku snagu i značajnu količinu računarske fotografije.
Ova promjena jasno pokazuje trend u industriji: postoji utrka da se istisne svaki milimetar prostora senzora kako bi se dobilo više svjetla i detalja. Ali, kao što je gotovo uvijek slučaj, nema besplatnih čuda. Ovim senzorima je potrebno... moćni procesori i napredni algoritmi iskoristiti maksimalnu količinu svjetlosti bez narušavanja boje ili povećanja šuma.
Veličina senzora i veličina piksela: evo ključa
Ako bismo iz svega ovoga trebali izvući samo jednu ključnu pouku, to bi trebalo biti sljedeće: s jednakom tehnologijom, Što je senzor veći, to se više informacija može snimitiI, unutar tog senzora, što su veći pikseli (to jest, fotositi), to će kamera bolje raditi, posebno kada je svjetlost oskudna.
Broj fotona koje ćelija može "izbrojati" proporcionalan je njenoj površini. Velika ćelija može akumulirati više naboja prije zasićenja nego mala, što rezultira većim dinamičkim rasponom (bolji detalji u osvijetljenim i sjenovitim dijelovima), manje šuma i stabilnijom reprodukcijom boja. Nije slučajno da ozbiljne tehničke specifikacije spominju veličina piksela u mikronima1,22 μm, 1,4 μm, 1,8 μm, 2 μm… što veći broj, to bolje, sve dok poredimo senzore iste generacije.
Proizvođači rade u vrlo ograničenom fizičkom prostoru: modul kamere mora stati unutar kućišta telefona, ne smije pretjerano stršiti i mora koegzistirati s baterijom, matičnom pločom, zvučnicima i drugim komponentama. Stoga se često prave žrtve. veličina senzora ili piksela povećati rezoluciju u marketingu. Rezultat može biti kamera od 64 ili 108 megapiksela sa vrlo malim pikselima koja, bez softverske pomoći, noću postiže lošije rezultate od kamere od 12 megapiksela sa velikim pikselima.
Da bi ublažili ovaj problem, mnogi senzori visoke rezolucije koriste tehnike "biniranje piksela„ili fuzija piksela.“ Pod trgovačkim nazivima kao što su Quad Bayer, Tetracell ili Light Fusion, senzor kombinuje četiri fizička piksela u jedan „virtualni“ piksel prilikom generisanja slike. Na taj način, senzor od 48 megapiksela proizvodi fotografije od 12 megapiksela sa većim hvatanjem svjetla i manje šuma, koristeći više fotosjeka za svaki konačni piksel.
Ova fuzija se vrši na hardverskom i/ili softverskom nivou i obično se može omogućiti ili onemogućiti iz aplikacije kamere. Ako aktiviramo puni režim od 48 ili 64 megapiksela, dobijamo više detalja za izrezivanjeMeđutim, ovo pogoršava performanse pri slabom osvjetljenju. Ako dozvolimo telefonu da smanji rezoluciju na četvrtinu koristeći spajanje piksela, dobijamo na ukupnom kvalitetu, posebno noću.
U višem segmentu tržišta, već vidimo 1-inčne senzore u nekim naprednim modelima brendova poput Xiaomi i Huawei. Ovi senzori nisu samo fizički veći, već mogu biti i opremljeni... veći pikseliOvo očito poboljšava njihov kapacitet sakupljanja svjetlosti. To ne znači automatski da prave najbolje fotografije na tržištu, ali im daje objektivnu prednost u sirovom materijalu: fotonima.
Senzori, optika i obrada: trio koji određuje konačnu kvalitetu
Kvalitet fotografija ne zavisi isključivo od senzora. Iako je to najvažnija komponenta, dva druga stuba nose značajnu težinu: kvaliteta sočiva i obrada slike. Objektiv lošeg kvaliteta, loše polirane leće ili loš dizajn mogu uzrokovati hromatske aberacije, gubitak oštrine na rubovima i geometrijsko izobličenje koje uništava scenu, bez obzira na to koliko je senzor dobar.
Nakon što je hitac ispaljen, na red dolazi obrada, koja je kod modernih mobilnih telefona usko povezana sa računalna fotografijaInternet provajder i softver proizvođača kombinuju više snimaka, podešavaju šum, podižu sjene, komprimuju istaknute dijelove, ispravljaju boje i primjenjuju selektivno oštrenje. Svaki brend ima svoj prepoznatljivi pečat: neki daju prioritet zasićenijim bojama i visokom kontrastu, dok drugi teže mekšem, prirodnijem izgledu.
Međutim, fizička veličina senzora ostaje važnija od same rezolucije. Veći senzor, čak i sa manje megapiksela, može ponuditi slike višeg kvaliteta (posebno pri slabom osvjetljenju) nego manji prepun sitnih ćelija. To je dovelo do dizajnerskih odluka koje su se sukobile s utrkom megapiksela, poput HTC One M7 sa 4 megapiksela i ogromnim pikselima ili iPhonea koji su godinama "ostajali" na 8 ili 12 megapiksela, ali sa sve većim senzorima.
Na drugoj krajnosti, imamo telefone koji se mogu pohvaliti sa 40, 50 ili više megapiksela, pa čak i senzorima od 41 megapiksela poput legendarne Nokia 808 PureView ili 40,1 megapiksela u Lumiji 1020, koja je koristila više nego dovoljna rezolucija ponuditi zumiranje bez gubitaka i agresivno izrezivanje. Svaki pristup ima svoje prednosti, ali uvijek biste trebali pogledati senzor i veličinu piksela kako biste zaista razumjeli šta kupujete.
Vrste senzora i njihova uloga u trenutnoj mobilnoj fotografiji
Moderni mobilni telefon obično nema samo jedan senzor, već nekoliko, od kojih je svaki specijaliziran za određenu upotrebu. glavni senzor Obično je najvišeg kvaliteta (i često najvećeg), jer obrađuje većinu korisnikovih fotografija i videa. Njegove performanse pri slabom osvjetljenju, rezolucija i dinamički raspon definiraju cjelokupno iskustvo fotografiranja.
Pored njega se pojavljuje širokougaoni senzorOvaj senzor, odgovoran za proširenje vidnog polja, idealan je za pejzaže, arhitekturu ili grupne fotografije. Žrtvuje dio oštrine rubova, a ponekad i malo svjetla kako bi uhvatio više scene. U vrhunskim modelima, ovaj senzor se također može pohvaliti dobrom optikom i pristojnom veličinom, što ga čini i dalje korisnim u izazovnim situacijama.
El telefoto senzor Ovo dolazi do izražaja kada koristimo optički zum. Za razliku od digitalnog zuma (koji izrezuje i rasteže sliku), telefoto zum nam omogućava da se približimo bez gubitka pravih detalja, budući da se uvećanje postiže specifičnom optikom. Ovdje su ponovo ključni veličina senzora i piksela: vrlo dugi telefoto objektiv sa malim senzorom može loše raditi u sumrak, bez obzira na to koliko se velika brojka uvećanja oglašava.
Kod mnogih mobilnih telefona, ove tri funkcije su dopunjene dodatnim funkcijama kao što su senzor dubine (za poboljšanje zamućenja portreta), senzori temperature boje (za bolje podešavanje balansa bijele boje) ili čak namjenski makro senzori. Njihova funkcija je da dopune glavni senzor, iako se neke od ovih uloga često mogu simulirati softverom korištenjem samog glavnog senzora.
Stabilizacija slike, bilo optička (OIS) ili elektronska (EIS), također se mora uzeti u obzir. Iako nije dio senzora, radi ruku pod ruku s njim kako bi... smanjiti tremor i vibracijeOvo je ključno za maksimalno iskorištavanje svjetla u noćnim scenama bez mutnih fotografija i za snimanje glatkih videa.
Kako odabrati mobilni telefon s kamerom prema vašim stvarnim potrebama
Prilikom kupovine telefona imajući na umu fotografiju, nije stvar u zanemarivanju megapiksela, već u njihovom stavljanju u kontekst. Ako obično uživate u svojim fotografijama na ekranu telefona, na društvenim mrežama ili na Full HD televizoru, onda... nekoliko megapiksela dobro iskorišteno A sa velikodušnim senzorom, imat ćete više nego dovoljno. U tim slučajevima, veliki senzor od 12 ili 16 megapiksela može vam dati bolje rezultate u svakodnevnoj upotrebi nego senzor od 64 megapiksela sa sićušnim senzorom.
Međutim, ako često štampate na velikom papiru, skloni ste agresivnom rezanju ili radite poluprofesionalno, onda se svakako isplati imati jedan. senzor visoke rezolucijePod uslovom da cijeli budžet nije potrošen na trpanje sitnih piksela u smiješno mali senzor. Tu senzori od 40, 50 ili više megapiksela, zajedno s dobrom fizičkom veličinom i robusnom obradom, imaju smisla.
Bez obzira na vašu situaciju, vrijedi sebi postaviti tri jednostavna pitanja: U kojim uvjetima osvjetljenja najčešće snimam? Šta radim sa svojim fotografijama nakon toga? I da li glomazniji modul kamere vrijedi dodatnog kvaliteta? Odgovori na ova pitanja pomoći će vam da odredite prioritete. veliki senzor i veliki piksel nasuprot astronomskim rezolucijama koje u praksi nećete iskoristiti u potpunosti.
Konačno, ne zaboravite da stvarne performanse također ovise o generaciji senzora i procesora. Besmisleno je direktno porediti moderni, vrhunski BSI senzor sa starijim od prije mnogo godina, čak i ako su iste veličine. Prilikom poređenja modela, pokušajte to učiniti između uređaja iste generacije. isto doba i rasponI uvijek obratite pažnju na: veličinu senzora, veličinu piksela, otvor blende objektiva i da li ima optičku stabilizaciju slike.
U konačnici, iza svake dobre fotografije snimljene telefonom krije se delikatna ravnoteža između optike, senzora i softvera. Megapikseli vam govore koliko piksela će slika imati, ali to je Senzor odlučuje koliko svjetla, detalja i dinamičkog raspona treba imati. Moći ćete to iskoristiti. Razumijevanje njegove važnosti omogućava vam da pogledate dalje od reklamnih tvrdnji i mudro odaberete sljedeći pametni telefon s fokusom na kameru koji ćete staviti u džep.
