Летом 2018 года Sony представили сенсор IMX586 на 48 мегапикселей, в то время как нормой у смартфонов тогда было 12 или 16. В этом посте разбираемся, действительно ли технология светофильтров Quad Bayer, использующаяся в нём, работает, или это просто маркетинговая уловка.
Как камеры видят цвет
Большинство сенсоров изображения не получает информацию о цвете напрямую - записывается информация об интенсивности света, который поймал пиксель на сенсоре. Так как перед пикселями стоят цветные фильтры, мы можем сказать, что этот пиксель поймал свет определённого цвета.
Но у пикселей на сенсоре камеры нет субпикселей, как на мониторе - каждый пиксель ловит только свет одного цвета - или красного, или зелёного, или синего, а значения двух других цветов восстанавливаются за счёт соседних пикселей (этот процесс называется демозаиком (demosaicing)). Такое строение помогает, во-первых, избежать параллакса, который бы присутствовал при использовании субпикселей, а, во-вторых, получить достаточно высокую светочувствительность при приемлемом уровне детализации. Самым популярным расположением светофильтров является фильтр Байера (Bayer filter), предложенный ещё в 1974 году. Если в таком расположении взять группу из 4 пикселей (2x2), то два из них по диагонали будут зелёными, один красный и один синий. Копия такой группы много раз по всему сенсору изображения позволяет камере видеть цвет.
Однако такой тип светофильтров подразумевает некоторый компромисс - в режиме биннинга светочувствительность несколько ниже, чем у эквивалентного обычного фильтра Байера низкого разрешения - вместо одного большого пикселя и одной большой микролинзы теперь 4 маленьких, а в режиме использования всех пикселей детализация цветных деталей ниже, чем у эквивалентного обычного фильтра Байера высокого разрешения. Но обычный фильтр Байера низкого разрешения никогда не сможет передать такой же уровень деталей, а если сделать его разрешение изначально высоким, придётся столкнуться с соответствующим уровнем шума. Отмечу, что биннинг можно проводить и с обычным фильтром Байера, однако из-за относительно далёкого расположения пикселей одного цвета могут возникнуть явные артефакты, что не случается с Quad Bayer сенсорами в биннинг режиме.
Тестирование и результаты
Когда Sony только показали первый массовый Quad Bayer сенсор (первая ссылка в этом посте), они использовали такое изображение для сравнения уровня детализации:
Выводы
Могу сказать, что Quad Bayer фильтры не являются маркетинговой уловкой. Они показывают действительно хороший результат даже в режиме полного разрешения, а простой принцип биннинга помогает повысить светочувствительность почти до уровня сенсора с большими пикселями и позволяет использовать быстрое считывание, полезное для видео, делая сенсор действительно универсальным. Думаю, производителям стоит рассмотреть возможность установки сенсоров с такими фильтрами и на "большие" камеры, от которых требуется работа в широком диапазоне условий освещения.
На этом всё, спасибо, что прочитали!
Источник:https://habr.com/ru/articles/768384/