Смартфонами, в которых установлены камеры с высоким разрешением, сегодня уже никого не удивишь. Но на замену 48-мп сенсорам готовятся камеры на 64 и даже 108 Мп. Оба решения были официально анонсированы и должны появиться в смартфонах уже в скором времени. Фактически, в этом году у рядового пользователя появится возможность делать снимки разрешением 12 032 х 9024 пикселей.
Но вы наверняка знаете, что мегапиксели — это не единственный показатель, отвечающий за качество фотографий. Это лишь маленький винтик в сложной системе. Именно поэтому часто Google Pixel 3 с 12-мп камерой может выдавать лучший результат чем OnePlus 7 Pro с 48 Мп.
Камеры ограничены размерами, компоновкой, и изоляцией отдельных ячеек (сенсоров). Также в создании фотографий участвует постобработка и, например, качество линзы. В этих направлениях камеры смартфонов все еще отстают от зеркальных фотоаппаратов, и вряд ли появление сенсоров разрешением 64 или 100 Мп уменьшит отставание.
Как считать мегапиксели?
В смартфонах не так много места для размещения сенсоров. Именно поэтому, несмотря на общее количество мегапикселей, они остаются очень маленькими: 0,8 микрон (микрометров) — стандартный размер. Хотя, например, в том же Pixel 3 используются пиксели размером 1.4µm (микрона).
Ключевая особенность в том, что при уменьшении размера пикселей увеличивается количество шумов и перекрестных помех.
Из-за невысокой светочувствительности падает и динамический диапазон. Маленькие пиксели захватывают меньше света, чем крупные, а это значит, что фотографии при недостаточном количестве света выходят не настолько качественными. Еще одна проблема — небольшие промежутки, разделяющие пиксели, которые увеличивают вероятность появления помех за счет считывания информации, предназначенной для соседних ячеек. Это в свою очередь увеличивает количество шумов. Новые технологии, в частности ISOCELL авторства Samsung, призваны решить эту проблему.
Пока что маленькие сенсоры с высоким разрешением все еще выдают фотографии более низкого качества в сравнении с результатами сенсоров такого же размера, но с более низким разрешением. Чтобы компенсировать этот недостаток, современные камеры используют технологию пиксельного биннинга — фактически, объединения соседних пикселей.
Бинниг «играет» с цифрами
Маленькие сенсоры камер смартфонов должны бороться с:
- ограничениями субмикронных пикселей
- последствиями в виде шумов и низкого качества в условиях недостаточной освещенности.
Биннинг пикселей — лучшее, что сейчас можно предложить для решения обеих проблем.
Камеры с этой технологией не используют традиционные фильтры Байера для получения цветных изображений. Вместо них применяются фильтры «quad-Bayer», в которых четыре пикселя сенсора покрываются всего лишь одним цветовым фильтром. Получается 1/4 цветового разрешения, но зато снимки почти в полной мере передают светочувствительность. Алгоритмы же позволяют переключаться между снимками с высоким разрешением и технологией биннинга.
В 64-мп сенсоре Samsung GW1 эта технология называется Tetracell. Компания использует алгоритм «re-mosaic» и высокое аппаратное разрешение для получения снимков с высоким разрешением, где их объединение улучшает фото с низкой освещенностью.
Это не полноценная замена фильтров Байера в полном разрешении. Так, GW1 предлагает количество данных, достаточных для 16-мп снимка с дополнительной информацией для увеличения контрастности. Алгоритм «re-mosaic» способен получать больше деталей, чем стандартный 16-мп сенсор, но это далеко от того, что мог бы делать полноценный 64-мп сенсор.
Разрешение на бумаге vs. реальное разрешение
Итак, становится понятно, что заявленное разрешение не всегда соответствует реальному уровню детализации в финальном снимке. Есть финальный ключевой элемент — отношения между линзами и разрешением.
Линза отвечает за то, чтобы направлять свет на сенсор камеры, в результате которого появляется диск Эйри. Размер диска определяет степень размытия фотонов. Если он занимает несколько пикселей, падает детализация. Другими словами, низкое качество линзы уменьшает потенциальное разрешение сенсора.
Также маленьким сенсорам нужны более широкие апертуры, чтобы пропускать больше света, но важно, чтобы свет фокусировался с достаточной точностью. К сожалению, на смартфонах, где линза имеет широкую апертуру, возникают проблемы с оптической аберрацией.
Стоит также понимать, что 100-мп сенсоры будут шире существующих, а это значит, что увеличится и их угол обзора. У современных смартфонов он и так достаточно большой из-за небольшого расстояния между линзой и сенсором. Чтобы не делать их еще шире, нужно увеличивать фокусное расстояние, а это повлечет за собой увеличение эффекта глубины резкости. Это хорошо для портретов, но не настолько — для пейзажей.
Суть в том, что 100 Мп в смартфонах не будут работать так, как следует, в современных смартфонах, только если те кардинально не поменяют форм-фактор. Либо же нужно решить проблемы с размером пикселей, качеством линзы, фокусным расстоянием и глубиной резкости.
Преимущества смартфонов со 100-мп камерой
В сфере потребительской электроники сегодня есть две крайности: производители преподносят любое нововведение так, будто бы это настоящая революция, а продвинутые пользователи воспринимают все в штыки.
Все потенциальные недостатки современных мобильных сенсоров можно компенсировать за счет грамотного обращения с ними. Так, у 108-мп камеры от Samsung будет размер 1/1.33" и 0,8-мкм пиксели. Это значит, что шумов не должно быть больше, чем на актуальных камерах, а сам размер позволит захватывать больше света для объединения пикселей.
Также фото в высоком разрешении подойдут для зума. Samsung и Xiaomi уже похвастались двухкратным зумом при сохранении разрешения 27 Мп. А это значит, что со временем получится добраться до значения 3х или даже 5х.
Но стоит понимать, что получать качественные фото в заявленном разрешении все равно не выйдет. Такие камеры все еще будут опираться на объединение пикселей, а 100-мп фото потребуют больших мощностей для обработки.
В большей степени эти сенсоры помогут делать хорошие фото при недостаточном количестве света, а за счет алгоритмов постепенно устранять прочие артефакты.
Все-таки эти цифры — это в первую очередь маркетинг. Поэтому не удивляйтесь, если первые смартфоны со 100-мп камерами не оправдают себя.