Защо надпреварата за мегапиксели в смартфоните е абсурдна
Устройства / / January 06, 2021
Как работи камерата на смартфона
Камерата е сложно нещо: тя интегрира сензор, оптична система, контролер и други спомагателни компоненти, както и софтуер за обработка на снимки и видео. Нека разгледаме всеки елемент по-подробно.
Матрица
Матрицата е правоъгълна микросхема, състояща се от светлочувствителни елементи - пиксели. Всеки пиксел съдържа три субпиксела. Един субпиксел предава само определени дължини на вълната: за червено, зелено или синьо (червено, зелено, синьо). Този цветен модел се нарича RGB.
Също така матрицата може да бъде монохромна, без цветни филтри. Три пъти повече фотони падат върху всеки от неговите пиксели. Резултатът е по-остри черно-бели снимки. Такива матрици могат да се използват за подобряване на цветното изображение от друг модул на камерата.
Една от основните характеристики на матрицата е разделителната способност. Той отразява колко пиксела се побират върху него.
Лещи
Малкият обектив на смартфона е почти бижу. Рядката система включва 4-5 елемента - обикновено има 7-8 и повече.
При смартфоните с множество камери всяка матрица ще има свой обектив. Всеки от тях решава свой собствен проблем:
- Телеобектив (телефото) е необходимо за снимане от далечно разстояние.
- Широк ъгъл (shirik) ще помогне да се поберат повече обекти в рамката - това е полезно за групови снимки и архитектура на снимане.
- Универсален обективът ще ви позволи умерено добре да снимате всеки обект: от портрет до пейзаж.
- Варифокална леща (увеличение) може да приближи обекта по-близо.
Лещите за лещи на смартфони са изработени от стъкло или специални полимери. Ако тяхната прозрачност е далеч от идеалната и елементите не са правилно монтирани, не очаквайте добри снимки. Дори лещата да се движи с няколко микрона, оптичната система ще се фокусира.
Мембрана
Мембраната е отворът, през който светлината навлиза в камерата. Той определя колко светлина може да получи сензорът. Стойността на блендата се извежда във формат f / 1.7.
Стабилизационна система
Стабилизирането компенсира замъгляването от разклащането на фотоапарата, например при снимане от ръка, а не при използване на статив. Може да бъде от два вида:
- Оптични. Честна електро-механична система, която физически задържа камерата в едно положение (поне опитва). Той ви дава по-ясни снимки с минимален шум и ви позволява да правите почти без софтуерна обработка.
- Електронна. Това са софтуерни алгоритми. Камерата все още се тресе, но чрез анализ на няколко кадъра се създава повече или по-малко достоен резултат.
Система за автоматично фокусиране
Автофокусът сам определя разстоянието до обекта и съответно настройва параметрите на оптиката на камерата. Съвременните смартфони използват три вида системи:
- Фаза. Специални сензори събират светлинни лъчи в различни точки на рамката. След това светлината се разделя на два потока и се изпраща към светлинен сензор, за да се определи разстоянието до обекта. Предимства: висока прецизност и бързина на работа. Недостатъци: висока цена, сложност на дизайна и неговите настройки.
- Контрастно. Анализира се контрастът на сцената. Премествайки лещите, камерата се опитва да увеличи контраста на обекта на фона. Предимства: компактен размер и ниска цена. Недостатъци: Системата е по-бавна и не е подходяща за динамични сцени.
- Хибрид. Комбинира фазово и контрастно фокусиране, за да постигнете най-добри резултати.
Софтуер
Софтуерът също може да се счита за част от камерата, защото той участва пряко в получаването на резултата от заснемането. Днес нито един смартфон не ви дава кадри, каквито са, без софтуерна обработка. Сложните алгоритми, често използващи обширна база данни или технология за изкуствен интелект, редактират всеки кадър, за да „ви направят красиви“.
Суровите изображения няма да бъдат достатъчно ярки или ясни. Софтуерът премахва прекомерната експозиция, изчертава тъмните области, подобрява цветовете, увеличава рязкостта. И прави всичко това автоматично и много бързо.
Но има и недостатък на монетата. Агресивното намаляване на шума може да направи снимката, направена привечер, да изглежда зърнеста - сякаш се състои от много малки петна. Това влошава детайлите и прави цветовете неестествени.
Какво влияе броят на пикселите?
Подробните спецификации на смартфона обикновено показват физическия размер на матрицата на камерата - нещо като 1 / 2.6 ″. На уебсайта на производителя можете да намерите данни за размера на пикселите в матрицата. Този параметър влияе върху броя точки в кадъра. Колкото по-висока е разделителната способност, толкова по-добре се възпроизвеждат детайлите.
Но ако пикселите са малки, всеки от тях получава малко светлина и не може точно да определи цвета на точка в реалното изображение. В резултат на това на снимката се появява шум.
Шумът е точки от произволен цвят и яркост, разпръснати из целия кадър. Колкото по-лошо е осветлението и колкото по-ниско е качеството на матрицата на камерата, толкова повече шум ще има на снимката.
Номерът му в кадъра е пропорционален на размера на пиксела или квадрата на диагонала на матрицата. Ако сравним две матрици с точки 1,55 µm и 1,1 µm, тогава рамката с първата ще има половината шум.
Динамичният обхват на матрицата също е важен - способността й да улавя целия спектър от цветове и яркост на околния свят. Евтините имат малък обхват, а снимките са избледнели, облачни.
Защо производителите на смартфони гонят пиксели
Защото купувачите винаги искат най-много. Дори ако в кола за 300 коня трябва да стоите в задръстване или да играете пасианс на страхотен компютър за игри.
Кой смартфон бихте закупили на същата цена: с 12MP камера или 48MP? Избирайки втория, получавате четири пъти повече мегапиксели за същите пари. Но снимките ви няма да се утроят.
Сензор с много малки пиксели е по-евтин от сензор с големи пиксели и ще се продава по-добре.
Големите матрици заемат повече място в смартфона. Оптичната система за тях също трябва да бъде по-голяма. Съответно ще има по-малко място за останалите части в тялото. Смартфонът ще стане по-дебел или камерата ще стърчи. Ще трябва да бъде защитено с закалено или сапфирено стъкло. И това също са пари.
Продажбата на дебел, скъп смартфон е трудна. По-лесно е да поръчате матрици с голям брой малки пиксели и да проведете силна маркетингова кампания: на снимката с камерите добавят автоматичен печат „изстрел на супермегафлагман с 48 мегапиксела“, така че всички да знаят, че някой е купил нов смартфон. И нека феновете и професионалистите използват DSLR.
Въпреки че Nokia например пое риск и се сдоби с легендарните смартфони Lumia 1020 с 41-мегапикселови камери. И това е през 2013 г.!
Какво определя качеството на снимката в действителност
Размер на матрицата и пиксела
Ако вземете две матрици с една и съща резолюция, тогава снимката с по-добро качество потенциално ще бъде получена с по-голямата от тях. Там пикселите са по-големи, което означава, че повече фотони падат върху всеки един при снимане. В резултат субпикселите могат по-точно да определят цвета на определена точка.
Изглежда, че ако в едната матрица пикселите са с размер 1,4 микрона, а в другата - 1,2 микрона, те са практически еднакви. Но 17% е осезаема разлика, която определено ще се прояви в качеството на снимките и видеоклиповете, особено ако снимате при слаба светлина.
Друг важен момент е разстоянието между съседни пиксели. В малките матрици производителите откровено спестяват от него. В по-големите те могат да ви позволят качествено да отделите съседните пиксели, така че да не си влияят един на друг.
Технология на производство
Новите методи позволяват по-точно да се определи интензивността на светлинния поток от по-малък брой фотони и означава да осигурите нисък шум и добро възпроизвеждане на цветовете, дори ако снимате в здрач без светкавица.
Но трябва да четете и анализирате. Например смартфонът HTC One (M7) предлага технология UltraPixel. Производителят обеща сериозно повишаване на качеството на снимките и видеоклиповете.
Всъщност UltraPixels се оказаха просто по-големи 2 микрона пиксела. Може ли това да се счита за нова технология? Малко вероятно. За сравнение: Google Pixel, който HTC също сглоби и който по едно време се смяташе за един от най-добрите телефони с камери на пазара, имаше матрица с пиксели от 1,55 микрона. Размерът на камерата не беше увеличен, за да не се увеличи дебелината на смартфона. Разделителната способност на матрицата от 5 мегапиксела беше малка дори за 2014 г. В резултат на това нямаше опашки за HTC One (M7).
Друг пример са технологии като Super Pixel или Quad Pixel. Четири съседни пиксела от голяма матрица се комбинират, за да се получи снимка с по-ниска резолюция, но с по-добро качество. Решението е чисто софтуерно. Ако матрицата е така, ефективността ще бъде ниска.
Стабилизиране
Оптичната стабилизация винаги е по-добра от цифровата. Алгоритмите за последваща обработка все още ще се прилагат за рамката и е по-добре първоначално да е рязка.
Мащабиране
За да се доближите до обекта в рамката, оптичното увеличение променя обективите и качеството на снимката практически не се влияе. Цифровото увеличение разтяга част от картината, за да запълни целия кадър. Тази функция е достъпна във всеки редактор на снимкичесто дори в стандартно приложение за камера. Следователно няма смисъл да плащате за цифрово увеличение.
Система за автоматично фокусиране
Contrast AF е евтина система за посредствени камери. Автофокусът за откриване на фаза е подходящ, ако снимате бързо работещи деца, котки или спортисти. Но идеалният вариант е хибридна система, която съчетава предимствата на фазовото откриване и автофокуса за откриване на контраст.
Мембрана
Тъй като смартфонът се използва за снимане в най-различни ситуации, ще има полза камера с по-голяма бленда: f / 1.7 е по-добра от f / 2.0. Колкото по-висока е стойността (или по-ниската цифра след наклонената черта), толкова по-голяма е блендата на обектива и толкова по-ефективно тя ще работи при здрач или на закрито.
Име на марката
Да, това не е само инструмент за реклама. Случва се същата матрица да е инсталирана в китайския смартфон и флагмана на марката A. Но изходните снимки са много различни.
Ако производителят не инвестира усилия и пари в разработването на компоненти, технологии и софтуер, не трябва да очаквате красиви, ясни рамки. Ако спести от всичко, например, постави евтини лещи с лоша прозрачност, това ще се отрази на резултата.
Какво да запомните
- Десетки мегапиксели са предимно маркетинг. Качеството на снимките и видеоклиповете не зависи пряко от тях.
- Дори 5 или 8 мегапиксела са достатъчни, за да отпечатате качествена картина на пейзажен лист. Разделителната способност на 4K екрана на усъвършенствания телевизор е около 8-9 мегапиксела. Full HD - само 2 мегапиксела.
- По-големите пиксели събират повече светлина. Резултатът е отчетлив, добре детайлен кадър с естествени цветове и без шум.
- Ако не искате да се занимавате с теория, отидете на практика. Сравнителните прегледи на смартфони и снимки от камери (в пълен размер и изрязани - изрязани и уголемени фрагменти) ще дадат възможност да се разбере реалното състояние на нещата.
Прочетете също📸
- Как да снимаме котки: 19 професионални съвета
- Как да направите добра снимка: 6 основни принципа
- 5 причини, поради които снимането със смартфон е по-добро от обикновената камера