Не поддавайтесь на ажиотаж 100-мегапиксельной камеры
Мнение автора
Роберт Триггс
В наши дни камеры смартфонов с высоким разрешением достаточно распространены, даже по средней цене. Но вскоре популярную 48-мегапиксельную камеру можно будет заменить сенсорами с еще более высоким разрешением. Xiaomi обещает телефон с камерой на 64 мегапикселя прямо за углом, а также модель на 108 мегапикселей в разработке. Это 12032 x 9024 пикселей, заполненных смартфоном.
Однако мегапиксели – это еще не все, когда дело касается качества камеры. Фактически, это маленький винтик в гораздо большей машине. Смотрите исключительное качество из Google 3 пикселей в 12-мегапиксельной камеры по сравнению с непоследовательным 48MP OnePlus 7 Pro.
Камеры телефонов с высоким разрешением ограничены размером, расположением и изоляцией пикселей фотосайта. Также необходимо учитывать программную постобработку и качество объектива камеры. Это все еще области, с которыми смартфоны борются гораздо больше, чем их братья и сестры DSLR, и должны дать нам паузу для размышлений, прежде чем мы слишком рано будем заигрывать с камерами 64 или 100MP.
Основы подсчета мегапикселей
Небольшие профили по высоте и площади, доступные внутри смартфонов, ограничивают размер датчиков камеры. В результате сенсоры камеры телефона с очень высоким разрешением имеют очень маленькие пиксели. 0,8 микрон (мкм) очень распространен, в то время как датчики с более низким разрешением, такие как Pixel 3, имеют больший размер пикселей 1,4 мкм.
Ключевым моментом является шум, и перекрестные помехи между пикселями возрастают с уменьшением размера пикселей. Динамический диапазон также уменьшается из-за недостаточной светочувствительности. Пиксели меньшего размера улавливают меньше света, чем более крупные, что снижает производительность при слабом освещении. Стенки между пикселями также невероятно тонкие, и проводка тоже находится в непосредственной близости. Это увеличивает риск перекрестных помех между ячейками, что увеличивает шум. В этом отношении датчики улучшились, и технология Samsung Isocell в некоторой степени решает эту проблему.
Тем не менее, небольшие сенсоры с высоким разрешением обычно имеют худшую производительность, чем сенсоры с более низким разрешением того же размера. Чтобы компенсировать свои плохие характеристики при слабом освещении, современные камеры обратились к технологии, называемой объединением пикселей.
Меньшие пиксели вызывают больше проблем с шумом и динамическим диапазоном.
Пиксельный биннинг обманывает цифры
Крошечные сенсоры смартфонов должны бороться с ограничениями субмикронных пикселей и последствиями для шума и работы в условиях низкой освещенности, а также с желанием потребителей улучшить детализацию. В результате получаются датчики изображения, которые поддерживают объединение пикселей, предлагая лучшее из обоих миров.
Эти камеры не используют традиционные фильтры Байера для фильтрации цвета в пикселях датчика. Вместо этого в этих датчиках используются квад-фильтры Байера, где четыре пикселя покрываются одним цветным фильтром. Это дает только 1/4 цветового разрешения, но близко к полному разрешению светочувствительности. Алгоритмы визуализации позволяют переключаться между объединением пикселей или приближенным снимком с высоким разрешением.
Датчик Samsung GW-1 на 64 МП называет эту технологию Tetracell. Компания использует алгоритмы повторной мозаики в сочетании с технологией сверхвысокого разрешения для получения снимков с высоким разрешением, а усреднение пикселей улучшает снимки при слабом освещении.
Это определенно не эквивалентно датчику с фильтром Байера с полным разрешением. GW-1 обеспечивает всего 16 МП цветовых данных с некоторыми дополнительными данными контрастности. Алгоритм повторной мозаики вытащит немного больше деталей, чем обычный датчик 16MP, но, конечно же, не сможет приблизиться к правильному уровню детализации 64MP.
По нашему опыту, уровень детализации при переключении между объединением пикселей невелик. Многие телефоны, такие как Redmi Note 7 Pro, на самом деле работают лучше с включенным объединением пикселей. Это связано с превосходной производительностью захвата света и тем, что алгоритм повторной мозаики дает посредственные результаты. По этой причине производители часто по умолчанию используют объединение пикселей, а не предоставляют пользователям изображения с высоким разрешением.
Датчики Quad-Bayer не эквивалентны камерам с фильтром Bayer с полным разрешением.
Бумажное и реальное разрешение
Мы постепенно сводим воедино тот факт, что разрешение, указанное в спецификации камеры, на самом деле может не отражать уровень детализации, который вы видите в конечном продукте. В этой фотографии есть еще один ключевой компонент – взаимосвязь между линзами и разрешением.
Объектив камеры отвечает за фокусировку света на датчике камеры, создавая диск Эйри или фокусную область определенного размера, которая попадает на датчик камеры. Размер диска Эйри определяет, как дифрагированные фотоны будут попадать на датчик изображения, когда они проходят через линзу. Размер диска Эйри, охватывающий несколько пикселей, приводит к потере резкости и детализации. Другими словами, объектив низкого качества снижает разрешаемое разрешение датчика изображения.
Датчики небольших камер более ограничены дифракцией при больших значениях диафрагмы. Таким образом, меньшие датчики не только требуют более широких апертур, чтобы позволить большему количеству света достигать крошечных пикселей, но и для обеспечения фокусировки света с достаточной точностью. К сожалению, объективы для смартфонов с широкой диафрагмой очень сложно построить без новых проблем с аберрационным искажением объектива.
Широкая диафрагма требует очень хороших линз для разрешения деталей с высоким разрешением для небольших датчиков.
И последнее, на что следует обратить внимание: датчики 100MP будут больше, чем сегодняшние датчики, что расширит их поле зрения. Смартфоны уже имеют довольно широкое поле зрения из-за непосредственной близости объектива и сенсора. Предотвращение дальнейшего расширения и связанных с этим проблем с искажением объектива требует большего фокусного расстояния, что увеличивает эффект глубины резкости объектива. В сочетании с более широкой диафрагмой оставляет меньшую область идеальной фокусировки для ваших снимков. Это нормально для портретов, но не очень хорошо для пейзажных снимков, где больше всего подходят большие разрешения. В качестве альтернативы мы можем увидеть, что телефоны используют более крупные кроп-факторы, чтобы уменьшить искажение объектива, поэтому многие из этих дополнительных пикселей отбрасываются.
Суть в том, что 100-мегапиксельные смартфоны не могут съесть свой пирог в традиционном форм-факторе смартфона. Есть проблемы с размером, качеством линз, фокусировкой и полем зрения, которые необходимо решить, но при этом они дают только сомнительные преимущества для реального разрешаемого разрешения.
64-мегапиксельная камера Realme – ранний взгляд
Хватит теории, давайте посмотрим на реальные картинки. Realme поделилась парой образцов изображений в полном разрешении со своего будущего 64-мегапиксельного телефона (через The Verge ). Щелкните следующие ссылки, чтобы просмотреть полное изображение. Имейте в виду, что их размер составляет 41 МБ и 46 МБ каждый.
Образцы выглядят фантастически в полнокадровом режиме, но давайте обрежем их, чтобы увидеть, насколько четкими и чистыми являются детали. Помните, нет смысла использовать эти огромные файлы изображений, если мельчайшие детали не разрешаются этой камерой с разрешением 64 МП.
The 100% crop from the first shot highlights exactly the type of issues we’ve covered in this article. There’s a heavy amount of noise on a number of surfaces, particularly in the space behind the ladder. Any sense of depth is completely gone from that area.
To counteract this issue, there’s heavy use of denoise which produces the color smearing, particularly on the plant textures. There’s also a heavy sharpening pass which produces a halo effect around the edges of the ladder and fences. While it’s a fair attempt to give us a nice image to zoom in on, fine details are almost completely missing.
Во втором примере похожая история. Жесткие линии на зданиях снова подчеркивают проблемы с чрезмерной резкостью и шумоподавлением. Однако на этом снимке также есть явные артефакты от алгоритма ремозаики. Непонятно, что это за синее пятно за стадионом (вероятно, бассейн?), Но обратите внимание на эффект масляной живописи в этой области, где детали размыты и слиты во время проходов постобработки. Опять же, деревья, балконы, окна, крыши и столбы можно разглядеть нормально, но невозможно разобрать мелкие детали. Качественный зум с высоким разрешением позволяет получить более мягкое и реалистичное изображение.
Обработка изображений может улучшиться по мере того, как Realme дорабатывает свой смартфон, но это еще не все. В лучшем случае эта камера может обеспечить приличные 16 или, может быть, даже 32-мегапиксельные снимки, но ясно, что 64-мегапиксельная камера с качеством без потерь недостижима. Конечно, немногие камеры выглядят полностью чистыми при 100% кадре, но для сравнения вот мой недорогой Nikon D3300 со 100% разрешением 24 МП.
Полнокадровый 24 МП 24MP 100% кроп
Вот и большая разница в представлении изображений. Понятно, что 100% кадрирование из этой DSLR начального уровня намного удобнее, чем кадрированные образцы Realme с разрешением 64MP.
Плюсы и минусы телефонов 100MP
Многие современные 48-мегапиксельные камеры не впечатляют. Это не вселяет уверенности в 64- и 108-мегапиксельных моделях.
С новыми технологиями легко играть пессимистом. Многие из упомянутых выше потенциальных недостатков зависят от того, как реализованы эти датчики сверхвысокого разрешения. Сенсор Samsung 108MP может похвастаться большим размером сенсора 1 / 1,33 дюйма с пикселями 0,8 мкм. Мы надеемся, что это означает, что шумовые характеристики не будут хуже, чем у нынешних датчиков, а большой датчик должен улавливать много света для объединения пикселей.
Камеры с высоким разрешением могут быть благом для увеличения или создания распечаток с крупными деталями. Samsung и Xiaomi похвастались 2-кратным зумом, сохранив при этом изображение 27 МП. Звучит неплохо и означает, что телеобъективы можно зарезервировать для увеличения расстояния с 3-кратным или 5-кратным увеличением в стиле Huawei.
Реальная проблема заключается в том, что, по крайней мере, мне кажется, что линзы камер смартфонов смогут работать с разрешением, близким к полному разрешению этих датчиков. Детализация изображения не будет приближаться к предложенному количеству мегапикселей из-за использования четырехъядерных фильтров Байера и дифракционных линз. Первые фотографии Realme с разрешением 64 МП подтверждают мои опасения. Между тем 100-мегапиксельные камеры требуют еще большей обработки изображений и энергопотребления, не говоря уже о потенциально огромных размерах файлов.
Эти датчики помогают рекламировать смартфон с большим количеством пикселей и более крупными пикселями, но на самом деле это не так.
Более вероятно, что производители будут использовать эти датчики для получения красивых изображений с низким разрешением. Мы уже коснулись объединения пикселей при слабом освещении. Производители также могут использовать алгоритмы передискретизации и понижающей дискретизации, чтобы уменьшить вышеупомянутые артефакты разрешения, сохраняя при этом детализированные снимки при дневном свете. Только не в полном разрешении.
В конечном счете, эти огромные мегапиксельные числа в основном связаны с маркетингом. В мобильной фотографии наблюдается множество улучшений, в том числе в области качества сенсоров с высоким разрешением. Но не удивляйтесь, если первые телефоны с разрешением более 100 мегапикселей не оправдают ожиданий.
Источник записи: https://www.androidauthority.com