что такое пиксель в камере телефона
Вся правда о мегапикселях. Сколько их должно быть в камере смартфона
С тех пор, как камера в смартфонах стала важнее функции звонков, производители предлагают пользователям все больше мегапикселей. Давайте разбираться, так ли уж важны мегапиксели для качества фото. Нужно ли камере смартфона 48, 64 или даже 108 мегапикселей? И если да, то почему в камерах iPhone всего 12 МП, а фото получше конкурентов?
“Мегапиксельные войны”, одно время казалось, что угасли. Но вот Xiaomi выпускает смартфон с камерой 64 Мп. А другие производители обещают “дикие” 108 Мп в камерах смартфонов 2020 года.
Что такое мегапиксели?
Термин “мегапиксели” относится к разрешению или деталям изображения, снятого камерой. Это количество отдельных пикселей, из которых состоит фото. Мега – это префикс, который означает “миллион”. Таким образом, матрица камеры с разрешением 24 Мп, состоит из 24 миллионов пикселей. Поразительное число!
Пиксель – это очень маленькая точка, содержащая визуальные данные. Многие из этих пикселей, размещенных в непосредственной близости друг от друга, составляют конечное изображение. Чем больше пикселей у вас есть, тем более детальным будет ваше изображение. Поэтому, в теории, фотографии камеры с разрешением в 20 мегапикселей могут выглядеть лучше, чем с камеры в 12 мегапикселей.
Значит, чем больше мегапикселей, тем лучше качество изображения?
Нет. По крайней мере, не полностью. Есть и другие характеристики камеры смартфона, которые непосредственно влияют на качество изображения. Например тип сенсора, размер пикселя и апертура.
Гонка за мегапикселями, кстати, началась не в смартфонах. Моду на них задали цифровые фотоаппараты. Потребители зацикливались на идее, что большее количество мегапикселей означает лучшее качество снимков. И с фотоаппаратами это работало. Ведь они не всегда гнались за миниатюризацией. А значит, большее количество мегапикселей не означало уменьшение размера отдельного пикселя.
Большой сенсор камеры цифрового фотоаппарата, как правило, означает большее разрешение (количество тех самых мегапикселей). Все потому, что вы можете поместить больше пикселей. Большие сенсоры фотоаппаратов также лучше работают в условиях низкой освещенности с меньшим количеством цифрового шума.
Подобно тому, как большое ведро может улавливать больше воды под дождем, большие пиксели способны улавливать больше света. Чем больше света может улавливать датчик с большими пикселями, тем лучше камера работает в условиях низкой освещенности.
Почему в камерах смартфонов большее количество мегапикселей не значит лучшее качество?
Если вы заметили, в смартфонах растет количество мегапикселей, а вот сами камеры остаются примерно тех же размеров. Вот и получается, что производители, чтобы вместить больше мегапикселей на той же площади, уменьшают размер пикселя! Таким образом, вместо 12 миллионов больших пикселей (12 Мп) на матрице размером 1/2,55 дюйма, вы получите 20 миллионов (20 Мп) маленьких пикселей на матрице того же размера.
И 12-мегапиксельная камера, в итоге, может делать снимки лучше, чем 20-мегапиксельная камера. Ведь ее большие пиксели ловят больше света!
Роб Лейтон (Rob Layton), преподающий мобильную журналистику и профессиональную фотосъемку на мобильные в Университете Бонда на Золотом Побережье (Bond University on the Gold Coast, Австралия) в этой теме разбирается! “На самом деле, когда речь заходит о соотношении между количеством мегапикселей смартфона и качеством изображения, это вопрос качества, а не количества”, – сказал профессор.
“Старый маркетинг подпитывает миф о том, что чем больше мегапикселей в камере смартфона, тем лучше качество изображения. Но это не всегда так… Размеры сенсора, обработка изображения, вычисления в нейронных сетях и машинное обучение, – все это гораздо более критично для современных фото,” – говорит мистер Лейтон. – “Сенсоры, которые больше, будут давать изображения лучшего качества, чем камеры с большим количеством пикселей, меньшего размера и не способных поглощать столько света”.
Так сколько же мегапикселей достаточно для смартфона?
Это похоже на вопрос, сколько кирпичей достаточно, чтобы построить дом. Это зависит от размера дома, размера кирпича и дизайна дома, который вы строите.
То же самое касается и мегапикселей в камерах смартфонов. Все зависит от размера сенсора (дома), размера пикселей (кирпичей) и того, что производитель хочет для камеры (дизайн).
Например, если компания, производящая смартфоны, решит, что хотела бы, чтобы камера больше фокусировалась на светочувствительности, чем на изображениях сверхвысокого разрешения, то на их сенсоре будет меньше пикселей. При этом сами пиксели будут большего размера.
Другими словами, если сравнивать два смартфона с камерами одинаковой площади, то телефон с 12-мегапиксельной камерой мог бы иметь лучшую светочувствительность. И, следовательно, более яркие фотографии с меньшим шумом, чем у камеры с 20-мегапиксельной камерой. В то же время, 20-мегапиксельная камера будет иметь более детальную картинку, хотя, возможно, несколько более шумную.
Количество мегапикселей, которое можно считать достаточным, в действительности зависит от вас и от того, что вы хотите сделать со своими фотографиями. Хотите очень высокую детальность при увеличении, чтобы распечатать плакат, гонитесь за мегапикселями. Но не забывайте, что вы будете зависеть от условий съемки, освещенности и т.п.. А если вам нужна камера, которая отлично снимает и в сумерках, и днем, и ночью – смотрите на камеры около 12Мп, как на айфонах.
Если честно, смартфонам не нужно иметь 40 и более мегапикселей. Даже 20 Мп – это много.
Зачем смартфонам дополнительные камеры и сколько у них должно быть мегапикселей?
Возьмем, к примеру, Huawei P30 Pro. Существует огромная разница в мегапикселях между тремя задними камерами. Основная камера может похвастаться разрешением 40 мегапикселей, в то время как ультраширокороткоугольная камера имеет только 20 мегапикселей. У третьей камеры всего 8 мегапикселей. Все дело в том, что дополнительные камеры решают другие проблемы. Их важная характеристика – не разрешение, а апертура, объектив и т.п.
Что лучше – камера смартфона или цифровой фотокамеры?
Обычная цифровая камера с разрешением 24 Мп будет снимать фотографии лучшего качества, чем любой смартфон с таким же разрешением. Почему? В основном из-за заметно большего сенсора камеры. Просто положите рядом фотоаппарат и смартфон и сравните диаметр объективов!
Типичный полнокадровый сенсор DSLR имеет размер 36 мм х 24 мм. В то время как у среднего сенсора смартфона размеры около 5,5 мм х 4 мм в зависимости от производителя. Это означает, что полнокадровый сенсор цифровой камеры имеет площадь, которая примерно в 40 раз больше, чем у датчика смартфона.
Как уже упоминалось ранее, более крупные пиксели улавливают больше света. И поэтому могут давать лучшие результаты, чем маленькие пиксели.
Так неужели мегапиксели не имеют значение?
Количество мегапикселей в вашем смартфоне имеет значение. Однако мегапиксели – это не единственная характеристика камеры. Помните, что такие вещи, как размер сенсора и размер пикселей не менее важны. А еще компании придумали технологию, когда 48-мегапиксельная камера ведет себя как 12-мегапиксельная. Прочитайте ниже, для примера, как Sony создала один из самых популярных сенсоров для смартфонов IMX586 с разрешением 48 Мп.
48 Мп камера в смартфоне – победа количества над качеством
Наиболее часто используемым в смартфонах 48-мегапиксельным сенсором на сегодняшний день является Sony IMX586, представленный в июле 2018 года. Компания Sony признает наличие проблем.
“Как правило, миниатюризация пикселей приводит к низкой эффективности сбора света на пиксель, что сопровождается падением чувствительности и объема сигнала насыщения”, – говорят в японской компании.
Далее компания объясняет, как она справляется с этими присущими мобильным камерам проблемами. 8-миллиметровый сенсор содержит пиксели размером всего 0,8 микрона, но в условиях низкой освещенности четыре окружающих пикселя добавляются для создания пикселя размером 1,6 микрона, который получает, в итоге, больше света. В результате получается яркий 12-мегапиксельный снимок без шума. Специальная технология обработки сигнала внутри датчика увеличивает динамический диапазон для 48-мегапиксельных снимков в течение дня.
На что влияет размер пикселя в камере смартфонов
Размер пикселя камеры смартфона имеет очень важное значение. Возможно, даже более важное, чем количество мегапикселей. Читайте почему.
Обычно размер пикселей в камерах смартфонов находится в узком диапазоне от одного до двух микрометров (или микрон, сокращенно µm) в горизонтальном или вертикальном направлении. Чем цифра больше, тем лучше. Потому что больше света попадает на каждый пиксел матрицы камеры. Вот почему камера HTC One M8 с размером пиксела 2,0 микрона работает в темноте намного лучше, чем Samsung Galaxy S5, с 1,12 микронными пикселами. Это просто потому, что пиксели больше и могут улавливать больше света.
Как влияет размер пикселя на качество фото
Качество матрицы камеры телефона, конечно же, оценивается не только размером пикселя. Но размер важен, как бы банально это не звучало. Камера с пикселями размером 1,4 микрона захватывает в два раза больше света (на пиксел), чем камера с пикселами 1,0 микрона.
Зная размер пикселя, можно оценить предполагаемое качество снимков. Размер пикселей камеры Apple iPhone 5s составляет 1,5 мкм. Это позволяет получать примерно на 88% больше света на пиксел, чем в камере Sony Xperia Z2 с разрешением 1,12 мкм. Это не смотря на то, что в Z2 намного большее количество мегапикселей (20,7 МП против 8,0 МП у айфона).
Отсюда вывод: количество мегапикселей, на самом деле, не может служить единственной оценкой качества камеры смартфона.
Нужен компромисс между количеством мегапикселей, размером матрицы и размером пикселей. Некоторые производители смартфонов, такие как Sony, Xiaomi убеждают нас, что количество мегапикселей – это самое важное. А те же Apple, Nokia, HTC пошли путем балансирования между количеством мегапикселей и размера этих самых пикселей. Думаю, никто не будет спорить, что у последних фото получаются лучше.
Тут все просто. Размер матрицы камеры – плюс-минус у всех один и тот же. Одни уменьшают пиксели, чтобы вместить их побольше. Другие решили оставить сам размер пикселей побольше, зато их количество в матрице меньше.
Что важнее: размер пикселя или количество мегапикселей
На самом деле, нет правильного ответа на вопрос, какой подход однозначно лучший. Больший размер пикселя позволяет камерам делать лучшие фотографии в темноте. Но более высокое количество мегапикселей потенциально позволяет добиться большей детализации при хорошей освещенности.
Наш совет заключается в том, чтобы вы перед покупкой смартфона читали обзоры и смотрели примеры фото. Главное, ни в коем случае не гонитесь за количеством мегапикселей. Это не всегда работает!
Почему в камерах смартфонов много пикселей: польза или маркетинг
Содержание
Содержание
В век цифровых технологий все компании в мобильной индустрии придерживаются девиза 3 Б «больше, быстрее, безрамочнее». Процессоры становятся более производительными и энергоэффективными, уже выходя за рамки гаджетов. Площадь экрана все увеличивается и увеличивается, покрывая всю лицевую часть и стремится к заветным 100 %, а в случае Xiaomi Mi Mix Alpha выходит за рамки фронтальной части смартфона, переходя на корпус.
Вот и мегапикселей в камерах все больше и больше, как, впрочем, и самих модулей. Есть ли польза от такого количества пикселей или же это всего лишь маркетинг? На данный момент уже есть модули на 48 Мп, 64 Мп, 108 Мп и даже готовится на 150 Мп от Samsung. Но такие значения характерны для бюджетных и среднеценовых смартфонов. В премиальном сегменте больше 48 МП у камер вы не встретите. Исключениями являются Huawei P 40 Pro с 50 МП и Samsung S 20 Ultra с 108 МП, что наводит на мысль: а почему во флагманах нет таких «крутых» фотомодулей?
Общие понятия о характеристиках камер
Разрешение камеры
Разрешение камеры измеряется в пикселях (точках). Чем больше мегапикселей, тем больше деталей будет на фотографии, это хорошо проявляется при увеличении фото — четкость и детализация будут возрастать. При увеличении Мп в сенсоре должна либо возрастать площадь матрицы, либо должно быть сокращения размера пикселя.
Размер объектива
Чем больше размер объектива, тем больше света он может физически пропустить через себя. Не стоит забывать про качество исполнения линз, если их прозрачность далека от идеала и элементы недостаточно подогнаны, хороших фотографий можно не ждать.
Зум — способность фотокамеры увеличивать изображение во время съемки с предварительной фокусировкой. Существует два вида зума: цифровой (софтверный) и оптический.
Стабилизация изображения
Так же как и зум, стабилизация бывает цифровой и оптической. Цифровая стабилизация считается программной, а вот оптическая приводится в действие с помощью маленьких гироскопов, которые физически перемещают объектив камеры во избежание каких-либо движений, это и обеспечивает снимок высокой четкости.
Матрица
Матрица — это ряд светочувствительных фотодиодов с нанесенным на них тончайшим фильтром. Размер матрицы напрямую влияет на количество пропускаемого света, это ведь важно для качества изображения, опять же чем больше света способна пропустить матрица, тем качественней будет конечная фотография.
Диафрагма
Говоря по-простому, диафрагма — это «отверстие в объективе», которое пропускает свет в матрицу. Диафрагма регулирует световой поток, что дает возможность изменять глубину резкости. Чем ниже данный показатель, тем лучше детализация фотографии в темноте и выше скорость съемки.
Иногда производители камер для смартфонов интегрируют переменную диафрагму, например, Samsung S9 и S9+. Это должно было хорошо сказаться на фотографиях, но оказалось — при маленькой матрице переменная диафрагма попросту лишняя и маркетинговая уловка.
Дополнительные модули
Существует несколько видов: широкоформатный (ширик), телеобъектив (телевик), черно-белый, цветной и с эффектом боке.
Программное обеспечение
Софтверная часть занимает львиную долю работы с фото, поскольку уже не единожды смартфоны Google Pixel с одним 12 МП модулем доказали, что качественную картинку можно получить с помощью анализа и подбора оптимальных настроек. Именно ПО позволяет максимально раскрыть потенциал камеры.
Bayer
На сегодняшний день известно несколько основных структурированных технологий размещения светофильтров пикселей в камере: Bayer, Quad Bayer, TetraCell и NanoCell.
NonaCell в камерах от Samsung не путать с Nanocell от LG в телевизорах.
Bayer — это двумерный массив цветофильтров, покрытых фотодиодами матрицы. В классическом фильтре Байера применяются светофильтры трех основных цветов RGB. Как видно на первом рисунке, количество зеленого цвета больше, чем у красного и синего цветов. Также разрабатывались другие светофильтры, но данный фильтр Bayer широко распространен.
Принцип работы светофильтра Bayer
Quad Bayer/Tetracell
Quad Bayer — это структура размещения светофильтров пикселей в модуле камеры и разбивание пикселя на группы по четыре субпикселя. То есть соседние субпиксели в квадрате 2х2 накрываются общим светофильтром RGB, а точнее — GR-GB.
Принцип работы Quad Bayer
Quad Bayer/TetraCell — удешевляет процесс производства модулей камер для смартфонов благодаря «разбивке» пикселей и их группировке под одним большим покрытием, что ведет к увеличению разрешения. Если бы производитель хотел «честные» 48 мегапикселей, то ему бы пришлось утончать тех процесс, а тут всего лишь используется тоже самое покрытие в 12 мегапиксельной версии.
Quad Bayer это термин активно используемый в камерах Sony, TetraCell тоже самое только от Samsung.
Но все таки имеются и плюсы данных технологий:
Это работает только при хорошей оптимизации и, зачастую, во флагманских устройствах.
Nonacell
Отдельного упоминания стоит NonaCell от компании Samsung. Этот тот же Bayer, только с формированием группы субпикселей 3х3. Данная структура будет применяться в 150 МП модулях камер, но пока неизвестно, будут ли улучшения по сравнению с предшественником.
Сравнение Tetracell и Nonacell
На этой картинке виден изначальный размер субпикселя 0,8µm, на Tetracell 2х2-1,6µm и Nonacell 3х3-2,4µm. Так же идет «искусственное» увеличение пикселей, не ведущее к заметному повышению качества изображения.
NonaCell — это усовершенствованная версия Tetracell, формирующая группы 3х3 субпикселя.
Специфика камер со структурой Quad Bayer/Tetracell/Nonacell делает их интересным решением на рынке сенсоров. Как говорилось выше, данные структуры хорошо себя показывают при достаточной освещенности, в темное время суток, также при однокадровом HDR, который позволяет уменьшить время съемки. Но все это работает только при условии качественного ПО, что доказывают 12 МП модули флагманов «яблочка» и «корпорации добра».
Так уж повелось маркетологи приучили нас мерить качество фотографий мегапикселями и это выливается в хорошую картину: 48 МП = 12 МП, 64 МП= 16 МП, 108 = 27 МП, а 150 МП = 16,6 МП.
Что такое пиксельная бинаризация (биннинг) и как она работает
Содержание
Содержание
За последние пару лет камеры смартфонов существенно прибавили в разрешении — появились модули на 48, 64 и даже 108 Мп. Фотографии такого большого разрешения не нужны рядовому пользователю, поэтому по умолчанию телефон сохраняет их в формате 12 или 16 Мп. При этом используется технология биннинга. Давайте разберемся, что это такое.
Влияет ли размер пикселей на качество фотографии?
Для ответа на вопрос «что такое биннинг?» нужно понимать основы фотографии. Пиксель — это физический элемент модуля камеры, который «ловит» свет. Чем больше площадь пикселя, тем больше света он может захватить.
Например, компактная камера и профессиональный зеркальный фотоаппарат могут иметь одинаковое количество пикселей. Но у «зеркалки» размер пикселя будет намного больше.
Благодаря этому, изображение становится более детальным и имеет меньшее количество шумов. Особенно это актуально для ночной и вечерней фотографии. Динамический диапазон также возрастает при увеличении размера пикселя. В отличие от человеческого глаза, камера способна воспринять лишь ограниченный охват по яркости. Иногда в кадре сложно показать одновременно и солнце, и темные детали.
Размер пикселей измеряется в микронах (в 1 миллиметре — 1000 микрон). В основном модуле iPhone 12 Pro Max используются пиксели 1,7 мкм, в то время как у 12 Pro — «обычные» 1,4 мкм. Как это влияет на съемку? Большие пиксели улучшают качество фото при недостаточном освещении, в том числе в помещениях или в сумерках. Например, Pro Max в ночном режиме сокращает время выдержки из-за меньшего количества шумов в кадре. Оно составляет 2 секунды вместо 3 секунд, необходимых для iPhone 12 Pro.
В одинаковых условиях iPhone 12 Pro Max и 12 Pro поставили выдержку 2 и 3 секунды соответственно. Фото: droider.ru
У производителей есть два пути улучшения качества мобильной фотографии. Если дополнительно увеличить размер пикселя, то вырастет и размер самой камеры, что повлияет на габариты и вес смартфона. Мобильные камеры должны оставаться небольшими, чтобы сохранить общепринятую толщину смартфонов: никому не нужен огромный блок, торчащий из корпуса, хотя уже сегодня камеры зачастую слегка выступают за пределы задней панели. С другой стороны, можно уменьшить количество крупных пикселей, но тогда пострадает разрешение фото. Чтобы решить эту дилемму, был придуман компромиссный вариант — пиксельная бинаризация.
Как работает пиксельная бинаризация
Бинаризация или биннинг — это технология объединения соседних пикселей. Четыре небольших субпикселя превращаются в один большой «суперпиксель», а разрешение пропорционально падает в четыре раза.
Например, смартфон OnePlus Nord имеет основную камеру 48 Мп с размером пикселя 0,8 мкм. При съемке в стандартном режиме получится фото с разрешением 12 Мп, качество которого будет аналогично модулю с размером пикселя 1,6 мкм. При этом в приложении камеры также будут доступны «честные» 48 Мп, но снимать детализированные фото можно только при хорошем освещении, поскольку уровень шумов также возрастет.
Объединение пикселей происходит при помощи фильтра Байера. Сотрудник Kodak Брюс Байер запатентовал изобретение еще в 1976 году — это набор цветных фильтров, которым накрывают диоды матрицы. Он состоит на четверть из красных, на четверть из синих и на половину из зеленых элементов. Фильтр имитирует глаз человека, который наиболее восприимчив к желто-зеленому диапазону спектра.
Фильтр Байера группирует эти цвета в кластеры по четыре, а после того, как изображение сделано, используется программная обработка, которая объединяет пиксели, чтобы получить окончательное полноцветное изображение.
Технология совмещения пикселей оказалась успешной с точки зрения маркетинга. Основные производители смартфонов, включая Xiaomi, Huawei, Samsung и Realme, стали комплектовать камерами 48 и 64 Мп даже бюджетные модели.
Во флагманских решениях применяют 108 Мп. Главное отличие в том, что в этом случае объединяют уже не четыре, а девять пикселей в один.
Пиксельная бинаризация по технологии Samsung. Фото: samsung.com
В качестве примера возьмем Samsung Galaxy S20 Ultra. Смартфон получил 108-мегапиксельную камеру. Пиксельная бинаризация с соотношением 9:1, которую использует Samsung, уменьшит изображение до 12 Мп, в результате пиксели станут значительно больше и, следовательно, захватят больше света. По этой причине Galaxy S20 Ultra в режимах Night и Pro снимает с разрешением не 108 Мп, а 12 Мп.
Почему не все производители смартфонов используют биннинг
У пиксельной бинаризации есть свои минусы. Самый большой недостаток — это разрешение. Оно уменьшается в четыре раза, поскольку именно четыре пикселя объединяются, чтобы выступить в качестве одного большого пикселя. Так, снимок, сделанный 48-мегапиксельной камерой, на самом деле будет 12-мегапиксельным, а если снимать 16-мегапиксельной камерой, разрешение снимка и вовсе составит 4 Мп. Следует также отметить, что, если сенсор камеры небольшой или не слишком качественный, пиксельная бинаризация не способна заметно улучшить конечное изображение.
И хотя биннинг обеспечивает два варианта съемки (например, 12 Мп и 108 Мп) для одного и того же сенсора, на 12-мегапиксельном снимке, как и следовало ожидать, окажется меньше деталей по сравнению с фото, снятым на 108 Мп. По этой причине пиксельную бинаризацию не применяют повсеместно. Чаще всего она задействована в определенных режимах съемки.
Как определить, использует ли ваш смартфон биннинг? Если гаджет оснащен камерой от 32 Мп и выше, он почти гарантированно использует пиксельную бинаризацию. Кроме того, некоторые смартфоны, использующие камеры с более низким разрешением, также применяют биннинг. В их числе компания LG, которая использовала технологию для режима Super Bright в 16-мегапиксельных камерах, а также китайский производитель Xiaomi, который применил биннинг в камерах на 16 Мп и 20 Мп. Камеры на 16 Мп с пиксельной бинаризацией использовали в своих моделях Huawei и OnePlus. Тем не менее, это скорее исключение из правил, и камеры с более высоким разрешением лучше подходят для бинаризации. Если вы обладатель iPhone, то можно с уверенностью сказать, что ваш смартфон не использует биннинг. Apple пошла по другому пути: компания решила совершенствовать собственные технологии, чтобы улучшить режим ночной съемки. То же можно сказать и о Google: технологический гигант рассчитывает на собственные алгоритмы для оптимизации изображений и не торопится применять биннинг.
В целом, объединение пикселей — это удачное решение, которое позволяет получить яркие фотографии при слабом освещении, однако конечные изображения будут иметь меньшее разрешение по сравнению с камерой, при помощи которой были сделаны эти фото. Бинаризация остается компромиссом, на который приходится идти, чтобы смартфон показывал себя одинаково хорошо в различных условиях съемки. Однако смартфоны, оснащенные камерами с более низким разрешением, также могут создавать качественные изображения, если используют искусственный интеллект или детально проработанные программные настройки.
Производители работают над тем, чтобы увеличить размеры сенсора камеры и разместить там больше пикселей. Это позволит дополнительно улучшить фотографии посредством пиксельной бинаризации. Помимо этого, компании оптимизируют работу мобильных камер в целом. Так, ночные режимы используют более высокие значения ISO и длинную выдержку. Благодаря этому в будущем объединение пикселей, возможно, не будет использоваться столь широко: его заменят более современные технологии.