Качество камеры - это новейшая гонка вооружений смартфонов, и сенсор камеры вносит один из главных вкладов в получение великолепных снимков. Хотя большое количество мегапикселей становится все более популярной тенденцией, как мы видели в таких телефонах, как Galaxy S23 Ultra, на самом деле гораздо важнее размер датчика изображения камеры. HUAWEI, Samsung и другие компании делают все возможное для увеличения размеров датчиков изображения, встроенных в их смартфоны последних поколений. Но почему размер сенсора камеры, по-видимому, так важен для получения лучших фотографий?
Чтобы понять почему, нам нужно вернуться к фундаментальному принципу фотосъемки — захвату освещенности. Больший сенсор улавливает больше света, чем маленький, а при большем освещении снимки получаются лучше. Но это еще не все, особенно в эпоху компьютерной фотографии.
Почему размер сенсора камеры имеет значение?
На базовом уровне размер сенсора определяет, сколько света доступно камере для создания изображения. Хотя разрешение играет важную роль в деталях, именно количество снимаемого света определяет баланс экспозиции камеры, динамический диапазон и даже резкость. Вот почему 16-мегапиксельные и 20-мегапиксельные зеркальные камеры по-прежнему выглядят лучше, чем современные 200-мегапиксельные смартфоны.
Большие сенсоры обеспечивают более высокий динамический диапазон и более чистые изображения.
Размеры большинства сенсоров смартфонов обычно составляют всего 1/2,55 дюйма или около 1 см в поперечнике, хотя смартфоны более высокого класса все чаще оснащаются сенсорами размером 1/1,31 дюйма и больше. Для сравнения, сенсоры зеркальной камеры имеют ширину более дюйма, что легко увеличивает их размер в 4-5 раз. Сенсоры смартфонов по сравнению с ними просто крошечные, хотя несколько брендов сокращают отставание от традиционного размера сенсора наведи и снимай. Sony Xperia Pro-I, Xiaomi 13 Pro и другие являются одними из крупнейших в мобильной индустрии с диагональю 1 дюйм.
Чем больше сенсор, тем больше света он улавливает при заданных выдержке, ISO (чувствительность к экспозиции) и диафрагме. Хотя вы можете компенсировать небольшие недостатки сенсора, используя более длительную экспозицию для получения большего количества света, это делает снимки более подверженными размытию из-за рукопожатия и движения сцены. размытие снижает резкость изображения независимо от разрешения сенсора. Аналогичным образом, объективы с более широкой диафрагмой сложнее создавать без появления искажений объектива, не говоря уже об изменении поля зрения. Как вы, наверное, догадались, при большем освещении большие сенсоры намного лучше справляются с фотосъемкой при слабом освещении, чем меньшие.
Google Pixel 4 RAW с низкой освещенностью - выдержка 1/20, ISO 800
Nikon D3300 RAW при слабом освещении - выдержка 1/20, ISO 800
Фотосайты камеры, биты, ответственные за преобразование сцены в электрические сигналы, любят свет. Они могут быть расположены по-разному в зависимости от сенсора. В новых смартфонах используются традиционные сенсоры Bayer, которые эквивалентны одному пикселю на фотосайт. Хотя современные телефонные камеры с высоким разрешением перешли на четырехъядерные сенсоры Bayer, которые имеют более четырех или даже девяти пикселей на фотосайт. Другими словами, четыре пикселя используют один цветовой фильтр, который с помощью технологии, называемой биннингом пикселей, имитирует атрибуты более крупных фотосайтов. Подробнее об этом позже.
В любом случае, чем больше светлых фотоснимков получают сайты, тем лучше динамический диапазон (воспринимаемые переходы от светлого к темному), которые они могут воспроизводить. Думайте об этом как о “уверенности” в том, что любой данный пиксель был светлее или темнее своего соседа. Судить об этом гораздо проще при большом количестве света, попадающего на сенсор, и минимальном шуме.
Размер фотосайтов варьируется в зависимости от разрешения камеры и размера сенсора. Сохранение размера сенсора постоянным означает, что размер фотосайта уменьшается с увеличением разрешения. В качестве альтернативы, при заданном разрешении, чем больше фотосайты, тем крупнее становится сенсор.
Это важно отметить, поскольку фотосайты втиснуты в маленькие датчики. Их близкое расположение означает, что иногда свет от одного пикселя просачивается в соседний пиксель. Это шум сенсора, который часто довольно отчетливо проявляется на снимках с низкой освещенностью и в сплошных цветах, таких как голубое небо. Меньшие размеры сенсоров и небольших фотосайтов увеличивают шум и уменьшают динамический диапазон. Samsung пытается решить эту проблему с помощью своей сенсорной технологии ISOCELL.
Лучше ли большие сенсоры камеры?
С переходом на все большие разрешения (теперь выше 100 Мп) более крупные сенсоры камеры никогда не были так важны. Соблюдение разумных размеров пикселей важно для максимального увеличения разрешающего потенциала камер 48, 64 и 108 Мп. Хотя нам еще предстоит увидеть камеру смартфона, которая обеспечивает полный уровень детализации, которого можно ожидать от этих цифр. Несмотря на это, эти сенсоры фиксируют больше деталей, чем когда-либо, при хорошем освещении.
Недавняя тенденция в мобильном пространстве - технология объединения пикселей, позволяющая этим датчикам с высоким разрешением комбинировать пиксели для лучшего захвата света. Эти более крупные сенсоры и, следовательно, более крупные пиксели значительно улучшают качество съемки при слабом освещении. В результате получается меньше шума и намного лучше цветопередача даже в условиях слабого освещения. Камеры с четырехъядерным байером с бинированием пикселей также могут создавать впечатляющие HDR-изображения.
Более крупные сенсоры являются движущей силой более качественных снимков при слабом освещении.
Большие размеры сенсоров влияют не только на разрешение, но и на внешний вид и качество ваших снимков. Как мы упоминали ранее, более высокая скорость затвора и более низкий ISO гарантируют, что ваши изображения будут выглядеть четкими. Вам также не нужна такая широкая диафрагма для захвата большого количества света, что снижает вероятность искажений объектива, таких как фиолетовый ореол из-за хроматической аберрации.
Большие датчики также влияют на фокусное расстояние изображения, что, в частности, создает тот причудливый эффект размытия боке, который мы ассоциируем с зеркалками, когда объект кажется изолированным, а остальная часть изображения размыта. При установленной диафрагме глубина резкости уменьшается по мере увеличения размера сенсора, создавая более заметное размытие переднего плана и фона. В то время как маленькие мобильные сенсоры не могут соперничать с эффектом, доступным с помощью DSLR, более крупные сенсоры помогают сократить разрыв.
Сравнение сенсоров смартфонов
Чтобы продемонстрировать широкий спектр датчиков изображения, доступных в настоящее время на рынке смартфонов, мы отслеживали основные размеры сенсоров в ряде телефонов высокого класса за последние пару лет.
Потребовалось до 2020/2021 годов, чтобы большое количество камер смартфонов превзошли 1/1,5-дюймовый сенсор Nokia Lumia 1020 2013 года, исторического титана мобильной фотографии. Большие сенсоры, конечно, не новая идея, но компании теперь готовы пойти на эстетические компромиссы, которые идут рука об руку с большими сенсорами.
Также примечательно, что старые флагманы, такие как Google Pixel 5 и iPhone 11, занимают последнее место среди современных флагманских сенсоров по размерам, но при этом считались одними из лучших камерофонов своего поколения. Очевидно, что размер сенсора - это еще не все, когда дело доходит до получения отличного снимка. Компьютерная фотография и интеллектуальное программное обеспечение, безусловно, также могут помочь улучшить качество изображения.
Насколько важен размер сенсора камеры смартфона?
Большие датчики изображения являются важной частью головоломки мобильной фотографии, но они не единственные. Для камеры отличного качества также требуются блестящий объектив, мощная система обработки изображений и программное обеспечение, позволяющее максимально эффективно использовать аппаратные средства. Важно смотреть на комплект целиком, а не только на одну деталь или большие цифры на листе спецификаций.
Качество камеры смартфона также все больше зависит от достижений в области компьютерной фотографии и машинного обучения. Посмотрите на Google Pixel 7 и доступный Pixel 7a, которые по-прежнему превосходят свой вес. Настолько, что интеллектуальное программное обеспечение часто превосходит raw-мегапиксели по качеству изображения. Несмотря на это, отличное программное обеспечение не так уж много может сделать при плохом оборудовании. Интеллектуальным камерам нужна надежная основа для построения, а размер сенсора изображения является важным компонентом в гонке за улучшением качества камер смартфонов.
