- 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 telefon danas praktično glavna kamera , to nije magično. Ne tako davno, kamere na telefonima su bile tek nešto više od brzog rješenja: snimanje mutnih fotografija dokumenata, slanje ružnih slika putem MMS-a i ništa više. Sada mnogi ljudi ostavljaju svoje kompaktne kamere kod kuće jer pametni telefoni rade toliko dobro da mogu da se takmiče sa namenskim kamerama srednje klase, pa čak i nekim srednje i vrhunske klase.
Problem je što nas je marketing naveo da se fokusiramo na pogrešne stvari. Godinama nam je govoreno da su megapikseli i broj kamera ono što je važno , a 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 reklame i kupovine bistre glave.
Zašto megapikseli nisu prava mjera kvalitete
Godinama smo se navikli fokusirati prvenstveno na broj megapiksela u kameri: što više, 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 taj broj bez da su se pozabavili onim što je zaista važno: veličinom senzora i veličinom svakog piksela.
Senzor se sastoji od miliona sićušnih silicijumskih poluprovodnika koji se nazivaju fotodiode ili fotodiode. Svaka od njih transformiše svjetlost (fotone) koju prima u električni signal. U praksi, svaka fotodioda odgovara jednom pikselu u konačnoj slici. Kada govorimo o megapikselima, jednostavno mislimo na ukupan broj ovih piksela, a ne na njihov kvalitet.
Rezolucija (na primjer, 5472 x 3648 piksela kod fotoaparata od 20 megapiksela) nam govori o maksimalnom nivou detalja i maksimalnoj veličini koju možemo ispisati ili izrezati bez da se fotografija izobliči. Ali to nam ništa ne govori o šumu, dinamičkom rasponu, performansama u uslovima slabog osvjetljenja ili tačnosti boja. Sve to uveliko zavisi od fizičke veličine senzora i veličine svakog piksela.
Kao opšte pravilo, kada se porede tehnologije iste generacije, što je veći senzor, to je veći ukupni kvalitet slike . Pa zašto ne stavljaju 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 ultra tankim telefonima i uskim cjenovnim maržama.
Pored rezolucije, važno je razumjeti dva ključna koncepta: gustinu piksela (koliko megapiksela ima po kvadratnom centimetru senzora) i veličinu piksela (veličina svakog fotosenzora, obično mjerena u mikronima). Sa istom veličinom senzora, manji broj megapiksela znači veće piksele, sposobne da uhvate više svjetlosti i stoga nude bolji kvalitet slike.
Kako senzor mobilne kamere zapravo funkcionira
Kamera vašeg mobilnog telefona dijeli istu osnovnu tehnologiju kao i tradicionalni digitalni fotoaparat . S jedne strane, tu je optička jedinica (skup sočiva) koja je odgovorna za "organizovanje" i usmjeravanje svjetlosti bez prevelikog izobličenja ili hromatske aberacije. Ova svjetlost prolazi kroz sočivo kada sistem otvori otvor blende i ide direktno do senzora.
Kod analognih kamera, ta svjetlost je hvatana na hemijskom filmu koji sadrži srebrne soli. U mobilnom telefonu, svjetlost pada na niz fotosenzitivnih ćelija , digitalni senzor. Svaka ćelija broji koliko je fotona stiglo tokom vremena ekspozicije i generiše napon proporcionalan toj količini svjetlosti. Ove informacije, piksel po piksel, zatim se transformišu u digitalne podatke koje procesor slike (ISP) telefona interpretira i obrađuje.
Senzori koji se nalaze u mobilnim telefonima i fotoaparatima u suštini pripadaju dvije porodice: stariji CCD (Charge-Coupled Device - uređaj sa spregnutim nabojem) i rasprostranjeniji CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor - komplementarni metal-oksid-poluprovodnik). CCD-ovi su dugo vremena nudili odličan kvalitet slike, ali su bili skupi, generisali su mnogo toplote i zahtijevali su složene i glomazne sisteme hlađenja - nešto što je nepraktično kod tankog pametnog telefona.
CMOS senzori, koji su razvijeni i usavršeni uglavnom zahvaljujući naporima NASA-e za minijaturizaciju, revolucionirali su tržište. Oni integriraju sklopove za očitavanje i digitalizaciju unutar samog čipa, što ih čini jeftinijim za proizvodnju, energetski efikasnijim i generirajući manje topline. Nadalje, omogućavaju dodavanje logike obrade unutar senzora i programabilni su, što ih čini idealnim za mobilne uređaje gdje su prostor i energetska efikasnost kritični.
Na osnovu toga su se pojavile varijacije, kao što su BSI (Pozadinsko osvijetljeni senzor) senzori , koji se široko koriste u modernim pametnim telefonima. Ovdje je struktura reorganizovana tako da svjetlost dopire do fotodioda sa manje prepreka, što očigledno poboljšava performanse u uslovima slabog osvjetljenja. Rezultat: čistije fotografije sa manje šuma pri slabom osvjetljenju.
Način na koji su ćelije raspoređene u nizu je također važan. Postoje senzori s linearnom, trilinearnom i višenizovnom distribucijom... ali u mobilnim uređajima najčešći je Bayerov niz , koji kombinira filtere boja postavljene preko svake fotolokacije kako bi se bijela svjetlost odvojila u tri komponente.
Bayer Matrix: RGGB, RYYB i borba za hvatanje više svjetlosti
Svjetlost koja ulazi u senzor je bijela, ali je moramo razdvojiti na obojene komponente kako bismo rekonstruirali sliku. Da bismo to učinili, svaka fotoelektrična ploča je prekrivena malim obojenim filterom koji propušta samo dio spektra. Obično se to radi odvajanjem svjetlosti na crvenu, zelenu i plavu (RGB) ili varijante poput crvene, žute i plave (RYB), te kombiniranjem informacija iz nekoliko fotoelektričnih ploča za svaki konačni piksel.
Klasična Bayerova matrica je RGGB: u bloku od četiri fotosenzora imamo jedan crveni, jedan plavi i dva zelena. Ova redundancija zelene nije slučajna. Ljudsko oko je osjetljivije na zeleni kanal, a njegovo udvostručenje omogućava veće detalje i manje šuma u konačnoj slici. Kamera, uz pomoć obrade, kombinuje podatke sa ova četiri fotosenzora kako bi generisala jedan, kompletan piksel u boji.
Huawei je, u saradnji sa Leicom, odlučio da prekine ovu tradiciju u nekim od svojih modela uvođenjem RYYB Super Spectrum senzora . U ovom slučaju, niz ima jedan crveni fotocit, jedan plavi fotocit i dva žuta fotocit, zamjenjujući redundantni zeleni kanal žutim koji omogućava prolaz drugačijem, širem dijelu spektra.
Šta ovo znači? To znači da žuti fotokanali hvataju više svjetlosti od zelenih, tako da senzor, na papiru, prikuplja više informacija o svjetlosti . Sistem tada funkcioniše više kao svijet CMYK štampe (gdje je boja suptraktivna) 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 mnogo računarske fotografije.
Ova promjena jasno pokazuje trend u industriji: postoji utrka da se istisne svaki milimetar površine senzora za više svjetla i detalja. Ali, kao što je gotovo uvijek slučaj, nema lakih čuda. Ovim senzorima potrebni su moćni procesori i napredni algoritmi kako bi u potpunosti iskoristili dostupno svjetlo bez narušavanja boja ili povećanja šuma.
Veličina senzora i veličina piksela: evo ključa
Ako iz svega ovoga izvučemo jednu ključnu stvar, ona bi trebala biti sljedeća: pod pretpostavkom da su svi ostali uvjeti jednaki, što je senzor veći, to više informacija može snimiti . I, unutar tog senzora, što su veći njegovi pikseli (tj. fotosjeci), to će kamera bolje raditi, posebno pri slabom osvjetljenju.
Broj fotona koje piksel može "izbrojati" proporcionalan je njegovoj površini. Veliki piksel može akumulirati više naboja prije zasićenja nego mali, što rezultira većim dinamičkim rasponom (bolji detalji u osvijetljenim i sjenskim dijelovima), manje šuma i stabilnijom reprodukcijom boja. Nije slučajno da ozbiljne tehničke specifikacije navode veličinu piksela u mikronima : 1,22 μm, 1,4 μm, 1,8 μm, 2 μm... što je veći broj, to bolje, pod uslovom da 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 veličina senzora ili piksela često žrtvuje kako bi se povećala rezolucija u marketinške svrhe. Rezultat može biti kamera od 64 ili 108 megapiksela s vrlo malim pikselima koja, bez softverskih poboljšanja, noću radi lošije od kamere od 12 megapiksela s većim pikselima.
Da bi se ublažio ovaj problem, mnogi senzori visoke rezolucije koriste tehnike spajanja piksela ili fuzije 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 fotolokacija za svaki konačni piksel.
Ovo spajanje se vrši na nivou hardvera i/ili softvera i obično se može omogućiti ili onemogućiti iz aplikacije kamere. Aktiviranje punog režima od 48 ili 64 megapiksela pruža više detalja za izrezivanje , ali pogoršava performanse u uslovima slabog osvjetljenja. Omogućavanje telefonu da smanji rezoluciju na četvrtinu pomoću spajanja piksela poboljšava ukupni kvalitet slike, 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 primiti i veće piksele , što očito poboljšava mogućnosti sakupljanja svjetlosti. To ne znači automatski da prave najbolje fotografije na tržištu, ali imaju objektivnu prednost u smislu sirovine: fotona.
Senzori, optika i obrada: trio koji određuje konačnu kvalitetu
Kvalitet fotografije ne zavisi isključivo od senzora. Iako je on najkritičnija komponenta, dva druga stuba nose značajnu težinu: kvalitet objektiva i obrada slike. Objektiv lošeg kvaliteta, lošeg poliranja ili loše dizajniran objektiv može uzrokovati hromatske aberacije, gubitak oštrine na ivicama i geometrijsko izobličenje koje može uništiti scenu, bez obzira na to koliko je senzor dobar.
Nakon što je snimak snimljen, na red dolazi obrada, koja je u modernim mobilnim telefonima usko povezana s računarskom fotografijom . Internet provajder i softver proizvođača kombiniraju nekoliko snimaka, podešavaju šum, podižu sjene, komprimiraju istaknute dijelove, ispravljaju boje i primjenjuju selektivno oštrenje. Svaki brend ima svoj prepoznatljivi stil: neki daju prioritet zasićenijim bojama i visokom kontrastu, dok drugi teže prirodnijem i mekšem 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) od manjeg senzora pretrpanog sitnim ćelijama. 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 "zaglavili" na 8 ili 12 megapiksela, ali sa sve većim senzorima.
Na drugom kraju spektra, imamo telefone koji se mogu pohvaliti sa 40, 50 ili više megapiksela, pa čak i senzorima od 41 megapiksela poput legendarnog Nokia 808 PureView ili senzora od 40,1 megapiksela u Lumiji 1020, koji se oslanjao na dovoljnu rezoluciju kako bi ponudio zumiranje bez gubitaka i agresivno izrezivanje. Svaki pristup ima svoje prednosti, ali uvijek biste trebali uzeti u obzir veličinu senzora i broj 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 je obično najvišeg kvaliteta (i često najveći), jer obrađuje većinu korisnikovih fotografija i videa. Njegove performanse pri slabom osvjetljenju, rezolucija i dinamički raspon definiraju cjelokupno fotografsko iskustvo.
Uz njega se nalazi i širokokutni senzor , odgovoran za proširenje vidnog polja. Idealan za pejzaže, arhitekturu ili grupne fotografije, žrtvuje dio oštrine rubova, a ponekad i malo svjetla kako bi uhvatio više scene. Kod vrhunskih modela, ovaj senzor se također može pohvaliti dobrom optikom i pristojnom veličinom, tako da ostaje koristan u izazovnim situacijama.
Telefoto objektiv 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 visoke brojke uvećanja oglašavaju.
U mnogim telefonima, ove tri funkcije su dopunjene dodatnim funkcijama kao što su senzor dubine (za poboljšanje zamućenja u portretnom režimu), 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 pomoću samog glavnog senzora.
Stabilizacija slike, bilo optička (OIS) ili elektronska (EIS), također je važna. Iako nije dio senzora, radi zajedno s njim kako bi smanjila podrhtavanje kamere i vibracije , što je ključno za snimanje jasnih fotografija u scenama sa slabim osvjetljenjem 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 fotografijama na ekranu telefona, na društvenim mrežama ili na Full HD televizoru, nekoliko dobro iskorištenih megapiksela i veliki senzor bit će više nego dovoljni. U tim slučajevima, veliki senzor od 12 ili 16 megapiksela može vam dati bolje rezultate u svakodnevnoj upotrebi od telefona od 64 megapiksela sa malim senzorom.
S druge strane, ako često štampate na velikom papiru, vršite agresivno izrezivanje ili radite poluprofesionalno, onda se senzor visoke rezolucije definitivno isplati , pod uslovom da cijeli budžet nije potrošen na trpanje sitnih piksela u smiješno mali senzor. U tim slučajevima, senzori od 40, 50 ili više megapiksela, zajedno s dobrom fizičkom veličinom i robusnim mogućnostima obrade, 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 date prednost velikom senzoru i velikim pikselima u odnosu na astronomske rezolucije koje u praksi nećete iskoristiti u punom potencijalu.
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 iz istog doba i cjenovnog ranga i 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 vašim telefonom krije se delikatna ravnoteža između optike, senzora i softvera. Megapikseli vam govore koliko će piksela slika imati, ali senzor je taj koji određuje koliko svjetla, detalja i dinamičkog raspona možete snimiti. Razumijevanje njegovog značaja omogućava vam da pogledate dalje od reklamne pompe i donesete informiranu odluku o sljedećem pametnom telefonu koji ćete staviti u džep.
