Dlaczego wyścig o megapiksele w smartfonach jest absurdalny

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 04:07

Jakość zdjęcia zależy od wielu cech, więc 48-megapikselowy aparat nadal nic nie mówi.

Jak działa aparat w smartfonie

Kamera to złożona rzecz: łączy w sobie czujnik, układ optyczny, sterownik i inne elementy pomocnicze, a także oprogramowanie do obróbki zdjęć i wideo. Rozważmy każdy element bardziej szczegółowo.

Matryca

Matryca to prostokątny mikroukład składający się z elementów światłoczułych - pikseli. Każdy piksel zawiera trzy subpiksele. Jeden subpiksel przesyła tylko określone długości fal: czerwony, zielony lub niebieski (czerwony, zielony, niebieski). Ten model kolorów nazywa się RGB.

Również matryca może być monochromatyczna, bez kolorowych filtrów. Na każdy z jego pikseli pada trzy razy więcej fotonów. Dzięki temu zdjęcia czarno-białe są ostrzejsze. Takie macierze można wykorzystać do wzmocnienia obrazu kolorowego z innego modułu kamery.

Jedną z głównych cech matrycy jest rozdzielczość. Odzwierciedla to, ile pikseli się na nim mieści.

Obiektyw

Maleńki obiektyw smartfona to niemal klejnot. Rzadki system zawiera 4-5 elementów - zwykle 7-8 lub więcej.

W smartfonach z wieloma aparatami każda matryca będzie miała swój własny obiektyw. Każdy z nich rozwiązuje swój własny problem:

• Teleobiektyw (teleobiektyw) jest potrzebny do fotografowania z dużej odległości.
• Szeroki kąt (shirik) pomoże zmieścić w kadrze więcej obiektów - przydaje się to przy zdjęciach grupowych i fotografii architektury.
• uniwersalny obiektyw pozwoli Ci umiarkowanie dobrze sfotografować każdy obiekt: od portretu po krajobraz.
• Obiektyw zmiennoogniskowy (zoom) może przybliżyć obiekt.

Soczewki do obiektywów do smartfonów wykonane są ze szkła lub specjalnych polimerów. Jeśli ich przezroczystość jest daleka od ideału, a elementy nie są dobrze spasowane, nie oczekuj dobrych zdjęć. Nawet jeśli obiektyw przesunie się o kilka mikronów, układ optyczny rozmyje się.

Membrana

Membrana to otwór, przez który światło wpada do aparatu. Od tego zależy, ile światła może otrzymać czujnik. Wartość przysłony jest wyprowadzana w formacie f/1, 7.

System stabilizacji

Stabilizacja kompensuje rozmycie spowodowane drganiami aparatu, na przykład podczas fotografowania z ręki zamiast ze statywu. Może być dwojakiego rodzaju:

• Optyczny. Uczciwy system elektroniczno-mechaniczny, który fizycznie utrzymuje aparat w jednej pozycji (przynajmniej próbuje). Zapewnia ostrzejsze zdjęcia przy minimalnym szumie i praktycznie eliminuje potrzebę przetwarzania oprogramowania.
• Elektroniczny. Są to algorytmy programowe. Aparat wciąż się trzęsie, ale analizując kilka kadrów, powstaje mniej lub bardziej przyzwoity wynik.

System autofokusa

Autofokus sam określa odległość do obiektu i odpowiednio dostosowuje parametry optyki aparatu. W nowoczesnych smartfonach stosowane są trzy rodzaje systemów:

• Faza. Specjalne czujniki zbierają promienie świetlne w różnych punktach kadru. Światło jest następnie dzielone na dwa strumienie i wysyłane do czujnika światła w celu określenia odległości od obiektu. Zalety: wysoka precyzja i szybkość pracy. Wady: wysoka cena, złożoność projektu i jego oprawy.
• Kontrastujące. Analizowany jest kontrast sceny. Przesuwając obiektywy, aparat stara się zmaksymalizować kontrast obiektu na tle. Zalety: kompaktowy rozmiar i niski koszt. Wady: system jest wolniejszy i nie nadaje się do dynamicznych scen.
• Hybrydowy. Łączy ogniskowanie fazowe i kontrastowe, aby uzyskać najlepsze wyniki.

Oprogramowanie

Oprogramowanie można również uznać za część aparatu, ponieważ jest bezpośrednio zaangażowane w uzyskanie wyniku strzelania. Obecnie żaden smartfon nie daje takich ramek, jak są, bez przetwarzania oprogramowania. Wyrafinowane algorytmy, często korzystające z ogromnej bazy danych lub technologii sztucznej inteligencji, edytują każde ujęcie, aby „uczynić Cię piękną”.

Surowe obrazy nie będą wystarczająco jasne ani wyraźne. Oprogramowanie usuwa prześwietlenia, rysuje ciemne obszary, poprawia kolory, zwiększa ostrość. A wszystko to automatycznie i bardzo szybko.

Ale ta moneta ma też wadę. Agresywna redukcja szumów może sprawić, że zdjęcie zrobione o zmierzchu będzie wyglądało na ziarniste – jakby zawierało wiele drobnych punkcików. To degraduje szczegóły i sprawia, że kolory stają się nienaturalne.

Na co wpływa liczba pikseli?

Szczegółowe specyfikacje smartfona zwykle wskazują na fizyczny rozmiar matrycy aparatu – coś na kształt 1/2, 6″. Na stronie producenta można znaleźć dane dotyczące wielkości piksela w matrycy. Ten parametr wpływa na liczbę punktów w kadrze. Im wyższa rozdzielczość, tym lepsze odwzorowanie szczegółów.

Ale jeśli piksele są małe, każdy z nich otrzymuje mało światła i nie może dokładnie określić koloru punktu na rzeczywistym obrazie. W rezultacie na zdjęciu pojawia się szum.

Szum to rozproszone kropki o losowym kolorze i jasności. Im gorsze oświetlenie i im niższa jakość matrycy aparatu, tym więcej szumu będzie na zdjęciu.

Jego liczba w ramce jest proporcjonalna do rozmiaru piksela lub kwadratu przekątnej matrycy. Jeśli porównamy dwie macierze o pikselach wielkości 1,55 µm i 1,1 µm, to w klatce z pierwszą będzie szum o połowę.

Nie bez znaczenia jest również zakres dynamiczny matrycy – jej zdolność do uchwycenia całego spektrum barw i jasności otaczającego świata. Te tanie mają niewielki zasięg, a zdjęcia okazują się wyblakłe, zamglone.

Dlaczego producenci smartfonów gonią za pikselami

Ponieważ kupujący zawsze chcą najwięcej. Nawet jeśli w samochodzie na 300 koni musisz stać w korku lub grać w pasjansa na fajnym komputerze do gier.

Który smartfon kupiłbyś w tej samej cenie: z aparatem 12MP czy 48MP? Wybierając drugą, otrzymujesz cztery razy więcej megapikseli za te same pieniądze. Ale Twoje zdjęcia nie będą cztery razy lepsze.

Czujnik z dużą ilością małych pikseli jest tańszy niż czujnik z dużymi pikselami i będzie się lepiej sprzedawał.

Duże matryce zajmują więcej miejsca wewnątrz smartfona. Układ optyczny dla nich również powinien być większy. W związku z tym będzie mniej miejsca na pozostałe części ciała. Smartfon zrobi się grubszy lub aparat będzie odstawał. Będzie musiał być chroniony szkłem hartowanym lub szafirowym. A to też pieniądze.

Sprzedawanie grubego, drogiego smartfona jest trudne. Łatwiej jest zamówić matryce z dużą ilością małych pikseli i przeprowadzić głośną akcję marketingową: do zdjęcia z aparatu dodać automatyczną pieczątkę „strzał supermegaflagmanem 48MP”, żeby wszyscy wiedzieli, że ktoś kupił nowy smartfon. I pozwól fanom i profesjonalistom korzystać z lustrzanek cyfrowych.

Chociaż np. Nokia zaryzykowała i dostała legendarne smartfony Lumia 1020 z 41-megapikselowymi aparatami. A to już w 2013 roku!

Od czego tak naprawdę zależy jakość zdjęcia?

Rozmiar matrycy i piksela

Jeśli zrobisz dwie matryce o tej samej rozdzielczości, to z większą z nich potencjalnie uzyskamy zdjęcie lepszej jakości. Tam piksele są większe, co oznacza, że podczas fotografowania na każdy z nich pada więcej fotonów. Dzięki temu subpiksele mogą dokładniej określać kolor określonego punktu.

Wydawałoby się, że jeśli w jednej matrycy piksele mają wielkość 1,4 mikrona, a w drugiej 1,2 mikrona, to są praktycznie takie same. Ale 17% to namacalna różnica, która z pewnością pokaże się w jakości zdjęć i filmów, zwłaszcza jeśli robisz zdjęcia w słabym świetle.

Kolejnym ważnym punktem jest odległość między sąsiednimi pikselami. W małych matrycach producenci szczerze na tym oszczędzają. W większych mogą pozwolić na jakościowe oddzielenie sąsiednich pikseli, aby nie wpływały na siebie.

Technologia produkcji

Nowe metody umożliwiają dokładniejsze określenie natężenia strumienia świetlnego z mniejszej liczby fotonów, co oznacza, że możesz zapewnić niski poziom szumów i dobre odwzorowanie kolorów, nawet jeśli fotografujesz o zmierzchu bez lampy błyskowej.

Ale musisz czytać i analizować. Na przykład smartfon HTC One (M7) oferował technologię UltraPixel. Producent obiecał poważny wzrost jakości zdjęć i filmów.

W rzeczywistości UltraPixels okazały się po prostu większymi pikselami o wielkości 2 mikronów. Czy można to uznać za nową technologię? Mało prawdopodobny. Dla porównania: Google Pixel, który również zmontował HTC i który swego czasu uważany był za jeden z najlepszych telefonów z aparatami na rynku, miał matrycę z pikselami 1,55 mikrona. Rozmiar aparatu nie został zwiększony, aby nie zwiększać grubości smartfona. Rozdzielczość matrycy wynosząca 5 megapikseli była niewielka nawet jak na 2014 rok. W efekcie nie było kolejek do HTC One (M7).

Innym przykładem są technologie takie jak Super Pixel czy Quad Pixel. Cztery sąsiadujące ze sobą piksele dużej matrycy są łączone w celu uzyskania zdjęcia o mniejszej rozdzielczości, ale lepszej jakości. Rozwiązanie jest czysto programowe. Jeśli matryca jest taka sobie, wydajność będzie niska.

Stabilizacja

Stabilizacja optyczna jest zawsze lepsza niż cyfrowa. Algorytmy przetwarzania końcowego będą nadal stosowane do klatki i lepiej, jeśli początkowo jest ostra.

Powiększenie

Aby zbliżyć się do obiektu w kadrze, zoom optyczny przesuwa obiektywy, a jakość zdjęcia praktycznie nie ma wpływu. Zoom cyfrowy rozciąga część obrazu na całą klatkę. Ta funkcja jest dostępna w każdym edytorze zdjęć, często nawet w standardowej aplikacji aparatu. Dlatego nie ma sensu płacić za zoom cyfrowy.

System autofokusa

Kontrastowy AF to niedrogi system do przeciętnych aparatów. Autofokus z detekcją fazy jest odpowiedni, jeśli fotografujesz szybko biegające dzieci, koty lub sportowców. Ale idealną opcją jest system hybrydowy, który łączy zalety autofokusa z detekcją fazową i detekcją kontrastu.

Membrana

Ponieważ smartfon jest używany do fotografowania w różnych sytuacjach, skorzysta na tym aparat z większą przysłoną: f/1, 7 jest lepszy niż f/2, 0. Im wyższa wartość (lub niższa liczba po ukośniku), tym większa przysłona obiektywu i tym efektywniej będzie pracować o zmierzchu lub w pomieszczeniach.

Nazwa handlowa

Tak, to nie tylko narzędzie reklamowe. Zdarza się, że ta sama matryca jest zainstalowana w chińskim smartfonie i flagowcu marki A. Ale strzały wyjściowe są bardzo różne.

Jeśli producent nie inwestuje wysiłku i pieniędzy w rozwój podzespołów, technologii i oprogramowania, nie należy oczekiwać pięknych, klarownych ramek. Jeśli zaoszczędzi na wszystkim, na przykład założy tanie obiektywy o słabej przejrzystości, wpłynie to na wynik.

O czym pamiętać

• Dziesiątki megapikseli to przede wszystkim marketing. Jakość zdjęć i filmów nie zależy bezpośrednio od nich.
• Nawet 5 lub 8 megapikseli wystarczy, aby wydrukować dobrej jakości zdjęcie na arkuszu krajobrazu. Rozdzielczość ekranu 4K zaawansowanego telewizora to około 8-9 megapikseli. Full HD - tylko 2 Mpix.
• Większe piksele zbierają więcej światła. Rezultatem jest wyraźna, dobrze odwzorowana ramka z naturalnym odwzorowaniem kolorów i bez szumów.
• Jeśli nie chcesz zawracać sobie głowy teorią, przejdź do praktyki. Przeglądy porównawcze smartfonów i zdjęć z aparatów (pełnowymiarowych i przyciętych - wycięte i powiększone fragmenty) pozwolą zrozumieć prawdziwy stan rzeczy.