Прави значај сензора у мобилној фотографији

Ако је данас ваш мобилни скоро ваш камера за узглавље креветаНије магија. Не тако давно, камере на телефонима су биле мало више од брзог решења: прављење мутне фотографије документа, слање ружне слике путем ММС-а и ништа више. Сада многи људи остављају своје компактне камере код куће јер паметни телефони раде тако добро да могу да се такмиче са наменским камерама средње класе, па чак и са неким средње и више класе.

Проблем је што нас је маркетинг навео да тражимо тамо где не би требало. Годинама нам је говорено да је важно мегапиксела и број камераИ многи људи и даље бирају мобилни телефон искључиво на основу те две цифре. Међутим, право срце система је још једна компонента на коју скоро нико не обраћа пажњу: сензор слике. Разумевање шта он ради, како функционише и зашто је његова величина кључна чини сву разлику између куповине на основу рекламе и мудре куповине.

Зашто мегапиксели нису права мера квалитета

Годинама смо навикли да се првенствено фокусирамо на број мегапиксела Са камере: што је већи број мегапиксела, то боље... или се бар тако чинило. Оглашавање је инсистирало да камера са више мегапиксела прави фотографије вишег квалитета, а многи произвођачи су повећавали број без додиривања онога што је заиста важно: величине сензора и величине сваког пиксела.

Сензор је састављен од милиона ситних честица силицијумски полупроводници Оне се називају фотодиоде или фотосиде. Свака од њих трансформише светлост (фотоне) коју прима у електрични сигнал. У практичном смислу, свака фотодиода одговара једном пикселу на коначној слици. Када говоримо о мегапикселима, једноставно мислимо на укупан број ових тачака, а не на њихов квалитет.

Резолуција (на пример, 5472 x 3648 пиксела код камере од око 20 мегапиксела) нам говори максимални ниво детаља и до које величине можемо да снимамо. одштампајте или исеците без распадања фотографије. Али то нам ништа не говори о шуму, динамичком опсегу, перформансама у условима слабог осветљења или тачности боја. Све то у великој мери зависи од физичке величине сензора и величине сваког пиксела.

Као опште правило, ако упоредимо технологије исте генерације, што је већи сензор, то је већи укупни квалитет сликеПа зашто онда не стављају највећи могући сензор у све уређаје? То је искључиво из инжењерских разлога: велики сензори су скупљи, заузимају више простора и захтевају већа сочива, што се коси са ултратанким телефонима и уским ценовним маржама.

Поред резолуције, важно је разумети два кључна концепта: густина пиксела (колико мегапиксела има по квадратном центиметру сензора) и величина пиксела (колико је велика свака фотоенергетска тачка, обично у микронима). Са истом величином сензора, мањи број мегапиксела значи веће пикселе, способне да ухвате више светлости и самим тим нуде бољи квалитет слике.

Како сензор мобилне камере заправо функционише

Камера вашег мобилног телефона дели исту основну технологију као и дигитални фотоапарат Традиционално. На једној страни је оптички блок (сет сочива) који је одговоран за „организовање“ и усмеравање светлости без увођења превише изобличења или хроматске аберације. Ова светлост пролази кроз сочиво када систем отвори дијафрагму и иде директно до сензора.

Код аналогних камера, та светлост је била фиксирана на хемијски филм са сребрним солима. Код мобилног телефона, светлост пада на фотосензитивни ћелијски низДигитални сензор. Свака ћелија броји колико је фотона стигло током времена експозиције и генерише напон пропорционалан тој количини светлости. Ове информације, пиксел по пиксел, се затим трансформишу у дигиталне податке које ће процесор слике (ISP) телефона интерпретирати и обрадити.

Сензори које налазимо у мобилним телефонима и камерама су у суштини две породице: старији CCD (Charge-Coupled Device) и преовлађујући CMOS (комплементарни метал-оксид-полупроводник). CCD-ови су дуго времена нудили одличан квалитет слике, али су били скупи, доста су се загревали и захтевали су сложене и гломазне системе хлађења, што је било непрактично код танког паметног телефона.

CMOS сензори, који су настали и усавршени углавном захваљујући НАСА-иним напорима за минијатуризацију, револуционисали су тржиште. Они интегришу кола за читање и дигитализацију унутар самог чипа, што их чини ефикаснијим. јефтини су за производњу, троше мање енергије и генеришу мање топлоте. Штавише, омогућавају додавање логике обраде унутар самог сензора и програмабилни су, што их чини идеалним за мобилне уређаје где су простор и енергетска ефикасност критични.

На основу тога, појавиле су се варијације, као што су сензори. BSI (сензор са позадинским осветљењем)Ово је веома уобичајено код модерних паметних телефона. Овде је структура реорганизована тако да светлост допире до фотодиода са мање препрека, што јасно побољшава перформансе у условима слабог осветљења. Резултат: чистије фотографије са мање шума када је осветљење слабо.

Начин на који су ћелије распоређене у низу је такође важан. Постоје сензори са линеарним, трилинеарним и вишенизним расподелама... али код мобилних уређаја, уобичајена конфигурација је... Бајерова матрица, који комбинује филтере у боји постављене преко сваке фотолокације како би раздвојио белу светлост на три компоненте.

Бајерова матрица: RGGB, RYYB и борба за хватање више светлости

Светлост која улази у сензор је бела, али је потребно да је поделимо на компоненте боје да бисмо реконструисали слику. За то је свака фотослојна површина прекривена сићушном филтер у боји што пропушта само део спектра. Уобичајена пракса је да се раздвоји на црвену, зелену и плаву (RGB) или варијанте као што су црвена, жута и плава (RYB), и да се информације са неколико фотолокација комбинују за сваки последњи пиксел.

Класична Бајерова матрица је RGGB: у блоку од четири фотоканала имамо један црвени, један плави и два зелена. Ова редундантност зелене није случајна. Људско око је осетљивије на зелени канал, а његово удвостручавање нам омогућава да постигнемо Више детаља и мање шума на коначној слици. Камера, уз помоћ обраде, комбинује податке са те четири фотолокације да би генерисала један пиксел у пуној боји.

Хуавеј је, у сарадњи са Леицом, одлучио да прекине ову традицију код неких својих модела увођењем сензора RYYB Супер СпектрумУ овом случају, матрица има један црвени фотосит, један плави фотосит и два жута фотосита, замењујући сувишни зелени канал жутим који омогућава пролазак другачијег, ширег дела спектра.

Шта нам ово говори? То значи да жути фотослојеви хватају више светлости него зелени, тако да сензор, теоретски, Прикупља више светлосних информација.Систем сада функционише више као свет CMYK штампе (где је размишљање о боји субтрактивно) него као строго адитивни RGB модел. Да би се реконструисала верна слика, обрада мора да изврши више прорачуна: црвени и плави подаци се комбинују са жутим да би се добили коначни канали, што захтева већу процесорску снагу и значајну количину рачунарске фотографије.

Ова промена јасно показује тренд у индустрији: постоји трка да се искорени сваки милиметар простора сензора како би се добило више светлости и детаља. Али, као што је скоро увек случај, нема бесплатних чуда. Овим сензорима је потребно моћни процесори и напредни алгоритми да би се искористила максимална количина светлости без уништавања боје или повећања шума.

Величина сензора и величина пиксела: ево кључа

Ако бисмо из свега овога извели само једну кључну поуку, то би требало да буде ово: са једнаком технологијом, Што је сензор већи, више информација се може снимитиИ, унутар тог сензора, што су његови пиксели (то јест, фотослотови) већи, то ће камера боље радити, посебно када је светлост оскудна.

Број фотона које ћелија може да „изброји“ пропорционалан је њеној површини. Велика ћелија може да акумулира више наелектрисања пре засићења него мала, што резултира већим динамичким опсегом (бољи детаљи у светлим деловима и сенкама), мањим шумом и стабилнијом репродукцијом боја. Није случајно што озбиљне техничке спецификације помињу величина пиксела у микронима: 1,22 μm, 1,4 μm, 1,8 μm, 2 μm… што је број већи, то боље, све док упоређујемо сензоре исте генерације.

Произвођачи раде у веома ограниченом физичком простору: модул камере мора да стане унутар кућишта телефона, не сме претерано да вири и мора да коегзистира са батеријом, матичном плочом, звучницима и другим компонентама. Због тога се често праве жртве. величина сензора или пиксела да се повећа резолуција у маркетингу. Резултат може бити камера од 64 или 108 мегапиксела са веома малим пикселима која, без софтверске помоћи, ради лошије ноћу од камере од 12 мегапиксела са великим пикселима.

Да би ублажили овај проблем, многи сензори високе резолуције користе технике „бинирање пиксела„или фузија пиксела“. Под трговачким називима као што су Quad Bayer, Tetracell или Light Fusion, сензор комбинује четири физичка пиксела у један „виртуелни“ пиксел приликом генерисања слике. На овај начин, сензор од 48 мегапиксела производи фотографије од 12 мегапиксела са већим хватањем светлости и мање шума, користећи више фото-локација за сваки коначни пиксел.

Ова фузија се врши на нивоу хардвера и/или софтвера и обично се може омогућити или онемогућити из апликације камере. Ако активирамо режим пуних 48 или 64 мегапиксела, добијамо више детаља за обрезивањеМеђутим, ово погоршава перформансе при слабом осветљењу. Ако дозволимо телефону да смањи резолуцију на четвртину користећи спајање пиксела, добијамо на укупном квалитету, посебно ноћу.

У вишем сегменту тржишта, већ видимо сензоре од 1 инча у неким напредним моделима брендова као што су Xiaomi и Huawei. Ови сензори нису само физички већи, већ могу бити опремљени и... veće pikseleОво очигледно побољшава њихов капацитет сакупљања светлости. То не значи аутоматски да праве најбоље фотографије на тржишту, али им даје објективну предност у сировини: фотонима.

Сензори, оптика и обрада: трио који одређује коначни квалитет

Фотографски квалитет не зависи искључиво од сензора. Иако је то најкритичнија компонента, два друга стуба носе значајну тежину: квалитет сочива и обрада слике. Објектив лошег квалитета, лоше полирана сочива или лош дизајн могу довести до хроматских аберација, губитка оштрине на ивицама и геометријских изобличења која уништавају сцену, без обзира на то колико је сензор добар.

Након што је метак испаљен, на ред долази обрада, која је код модерних мобилних телефона уско повезана са рачунарска фотографијаИнтернет провајдер и произвођачев софтвер комбинују више снимака, подешавају шум, подижу сенке, компресују светле делове, исправљају боје и примењују селективно оштрење. Сваки бренд има свој препознатљиви печат: неки дају предност засићенијим бојама и високом контрасту, док други теже ка мекшем, природнијем изгледу.

Међутим, физичка величина сензора остаје важнија од саме резолуције. Већи сензор, чак и са мање мегапиксела, може да понуди слике вишег квалитета (посебно при слабом осветљењу) него мањи препун ситних ћелија. То је довело до дизајнерских одлука које су се сукобиле са трком мегапиксела, као што је HTC One M7 са 4 мегапиксела и огромним пикселима, или ајфони који су годинама „остали“ на 8 или 12 мегапиксела, али са све већим сензорима.

На другој крајности, имамо телефоне који се могу похвалити са 40, 50 или више мегапиксела, па чак и сензорима од 41 мегапиксела попут легендарне Нокије 808 PureView или 40,1 мегапиксела у Лумији 1020, која је користила више него довољна резолуција понудити зумирање без губитака и агресивно исецање. Сваки приступ има своје предности, али увек треба да погледате сензор и величину пиксела да бисте заиста разумели шта купујете.

Врсте сензора и њихова улога у савременој мобилној фотографији

Модерни мобилни телефон обично нема само један сензор, већ неколико, сваки специјализован за одређену употребу. главни сензор Обично је највишег квалитета (и често највећег), јер обрађује већину фотографија и видео записа корисника. Његове перформансе при слабом осветљењу, резолуција и динамички опсег дефинишу целокупно искуство фотографисања.

Поред њега се појављује широкоугаони сензорОвај сензор, одговоран за проширивање видног поља, идеалан је за пејзаже, архитектуру или групне фотографије. Жртвује део оштрине ивица, а понекад и мало светлости, како би ухватио више сцене. Код врхунских модела, овај сензор се такође може похвалити добром оптиком и пристојном величином, што га чини и даље корисним у изазовним ситуацијама.

El телефото сензор Ово долази до изражаја када користимо оптички зум. За разлику од дигиталног зума (који исецује и растеже слику), телефото зум нам омогућава да се приближимо без губитка правих детаља, јер се увећање постиже специфичном оптиком. Овде су сензор и величина пиксела поново кључни: веома дугачак телефото објектив са сићушним сензором може лоше да функционише у сумрак, без обзира на то колико се рекламира бројка увећања.

Код многих мобилних телефона, ове три функције су допуњене додатним функцијама као што су сензор дубине (за побољшање замућења портрета), сензори температуре боје (за боље подешавање баланса белог) или чак наменски макро сензори. Њихова функција је да допуне главни сензор, иако се неке од ових улога често могу симулирати софтвером користећи сам главни сензор.

Стабилизација слике, било оптичка (OIS) или електронска (EIS), такође мора бити узета у обзир. Иако није део сензора, она ради заједно са њим како би... смањити тремор и вибрацијеОво је неопходно за максимално искоришћавање светлости у ноћним сценама без замућења фотографије и за снимање глатких видео записа.

Како одабрати мобилни телефон са камером према вашим стварним потребама

Када купујете телефон имајући у виду фотографију, није битно да занемарите мегапикселе, већ да их ставите у контекст. Ако обично уживате у фотографијама на екрану телефона, на друштвеним мрежама или на Full HD телевизору, онда... мало мегапиксела добро искоришћено А са великодушним сензором, имаћете више него довољно. У тим случајевима, велики сензор од 12 или 16 мегапиксела може вам дати боље резултате у свакодневној употреби него сензор од 64 мегапиксела са сићушним сензором.

Међутим, ако често штампате на великом папиру, склони сте агресивном сечењу или радите полупрофесионално, онда се свакако исплати имати један. сензор високе резолуцијеПод условом да цео буџет није потрошен на трпање сићушних пиксела у смешно мали сензор. Ту сензори од 40, 50 или више мегапиксела, заједно са добром физичком величином и робусном обрадом, имају смисла.

Каква год да је ваша ситуација, вреди себи поставити три једноставна питања: У којим условима осветљења најчешће снимам? Шта радим са својим фотографијама након тога? И да ли је гломазнији модул камере вредан додатног квалитета? Одговарање на ова питања ће вам помоћи да одредите приоритете. велики сензор и велики пиксел насупрот астрономским резолуцијама које у пракси нећете искористити у пуном потенцијалу.

Коначно, не заборавите да стварне перформансе такође зависе од генерације сензора и процесора. Бесмислено је директно упоређивати модерни, врхунски BSI сензор са старијим од пре много година, чак и ако су исте величине. Када упоређујете моделе, покушајте да то урадите између уређаја исте генерације. исто доба и распонИ увек обратите пажњу на: величину сензора, величину пиксела, отвор бленде објектива и да ли има оптичку стабилизацију слике.

На крају крајева, иза сваке добре фотографије снимљене телефоном стоји деликатна равнотежа између оптике, сензора и софтвера. Мегапиксели вам говоре колико пиксела ће слика имати, али то је Сензор одлучује колико светлости, детаља и динамичког опсега треба имати. Моћи ћете да то искористите. Разумевање његовог значаја вам омогућава да погледате даље од рекламних тврдњи и мудро изаберете следећи паметни телефон са камером који ћете ставити у џеп.

Повезани чланак:

Телефото објективи у мобилној фотографији: комплетан водич за максимално искоришћавање зума