Как Samsung Galaxy S20 Ultra прави страхотни снимки с Нона Бининг

Мегапикселовите войни на камерите на смартфоните се забавиха до спиране за няколко години, но отново набраха сила през 2019 г. Пристигането през 2018 г. на Huawei P20 Pro (преглед) и Huawei Mate 20 Pro (преглед) с огромни 40-мегапикселови сензори Quad Bayer доказа, че сензорите с висок мегапиксел не са непременно в ущърб на фотографията при слаба светлина. Благодарение на изящното групиране на пиксели 4 в 1 и мощния нощен режим, водещите смартфони на Huawei за 2018 г. успяха да бъдат удобно в най-високото ниво във фотографията при слаба светлина, съответстващо и в някои случаи дори побеждаващо най-доброто, което HDR+ и Night Sight на Google трябваше да направят оферта. През 2019 г., вдъхновени от Huawei, високомегапикселовите сензори Quad Bayer пристигнаха в масовия поток с повечето големи доставчици на смартфони, използващи някаква форма на

48MP Sony IMX586, 48MP Samsung GM1 и GM2, 64MP Samsung ISOCELL GW1, и накрая, най-новият 64MP Sony IMX686. Xiaomi подобри нещата с пускането на Mi Note 10, който включваше a 108MP Samsung ISOCELL HMX първичен сензор. The наскоро пуснат Samsung Galaxy S20 Ultra е вторият телефон на пазара, който използва 108MP основна камера (без да броим Mi Mix Alpha концептуален телефон), но неговият работен процес е различен. Нека навлезем в подробностите.

Galaxy S20 Ultra е водещият телефон в серията Galaxy S20 на Samsung и има съответните спецификации и цена. Докато обикновените Galaxy S20 и Galaxy S20+ използват нов 12MP основен сензор с размер на пиксела 1,8 микрона, Galaxy S20 Ultra преминава към 108MP основен сензор. Това обаче не е същият сензор като Mi Note 10. Galaxy S20 Ultra използва сензор ISOCELL HM1, което е леко подобрение спрямо ISOCELL HMX, използван в Mi Note 10. Той е способен на 8K@24fps видеозапис, например. По-интересното е, че се отдалечава от групирането на пиксели 4 в 1, използвано в Mi Note 10, към ново групиране на пиксели 9 в 1, което произвежда 12MP снимки. Samsung нарича това nona binning и това е първият телефон, който използва 3x3 пиксела, вместо 2x2 пиксела. Galaxy S20 Ultra може динамично да превключва между 108MP режим с висока разделителна способност и 12MP режим без пиксели.

За да разберем защо това е полезно, нека да разгледаме как работи групирането на пиксели.

Обединяване на пиксели върху високомегапикселови сензори Quad Bayer

Преди 2018 г. по същество всяка камера на смартфон имаше масив от цветни филтри на Bayer. Huawei P20 Pro и Huawei Mate 20 Pro бяха първите телефони, които използват сензори Quad Bayer. Просто казано, Quad Bayer сензор има по-малка цветова разделителна способност от сензор със стандартно Bayer оформление. На IMX586, например, физическите цветни филтри на сензора на камерата имат само ефективна резолюция от 12MP. ISP на такива сензори е в състояние да постигне виртуален 48MP Bayer резултат от сензора чрез пренареждане на субпикселите сред логическите пиксели. Трябва да е ясно, че този подход не е толкова добър, колкото използването на стандартен филтър на Байер. Каква е конкретната разлика? Според AnandTech, 48MP IMX586 има по-близо до 27MP пространствена разделителна способност, тъй като може да увеличи пространствената разделителна способност само наполовина.

Защо тогава да използвате сензори Quad Bayer? Те имат смисъл, защото досега те са единствената опция на пазара, ако производителят на устройство иска да вгради високомегапикселов сензор. Негативите им са смекчени чрез използване на комбиниране на пиксели 4 в 1, което комбинира четири пиксела в един пиксел на ниво сензор, за да намали шума, да подобри динамичния обхват и да подобри детайлите на пиксел. Комбинирането на няколко пиксела в един не е нова идея; това беше направено с Nokia 808 PureView и Nokia Lumia 1020 през 2012 и 2013 г. Преди идеята беше, че множество шумни пиксели ще бъдат комбинирани в един чист "супер" пиксел. Появата на сензорите Quad Bayer доведе до популяризирането на пикселното групиране.

Теорията зад пикселното групиране е следната. Персонализираният 40MP сензор на Huawei на своите флагмани има размер на пиксела 1,0 микрона. Основните 48MP и 64MP сензори имат още по-малък размер на пиксела от 0,8 микрона. Дори сензорите 108MP ISOCELL имат същия размер на пиксела от 0,8 микрона, тъй като размерът на пиксела се поддържа постоянен, когато разделителната способност се увеличава едновременно с размера на сензора. Когато размерът на пикселите е намален, качеството на изображението при слаба светлина се влияе неблагоприятно. Снимките при слаба светлина са силно засегнати от чувствителността на пиксела към светлина и следователно правилото е да се използва по-голям размер на пиксела, като водещите 12MP сензори се установяват на размер на пиксела от около 1,4 микрона.

Сензорите Quad Bayer теоретично заобикалят това ограничение, като използват групиране на пиксели. Обединяването на пикселите 4 в 1 на Huawei води до 10MP снимки по подразбиране при „ефективен размер на пиксела“ от 2,0 микрона. Сензорите 48MP и 64MP използват групиране на пиксели 4-в-1 за 12MP и 16MP снимки по подразбиране при ефективен размер на пиксела от 1,6 микрона. Xiaomi Mi Note 10 използва групиране на пиксели 4 в 1 за 27MP снимки по подразбиране при ефективен размер на пиксела от 1,6 микрона. Това им позволява да постигат конкурентни резултати при слаба светлина. Разбира се, фотографията със смартфон е сложна област и обработката на изображения е също толкова важен фактор, но всички други фактори са постоянни, ефективният размер на пиксела от 1,6 микрона трябва да е по-добър от размер на пиксела от 1,4 микрон. Някои производители на устройства бяха по-успешни от други при внедряването на такива високомегапикселови сензори Quad Bayer. Samsung, Huawei и Apple избраха да останат с персонализираните си сензори, докато Google продължи да използва сравнително стария Sony IMX363 в Google Pixel 4, компенсирайки го с изчислителна фотография под формата на подобрен HDR+ и Night Гледка.

По този начин сега имаме пазар, на който телефоните от по-нисък среден клас имат 48MP и 64MP Quad Bayer сензори, тъй като по същество имат малко реални недостатъци пред традиционните 12MP или 16MP сензори. Използвайки групиране на пиксели 4 в 1, крайните снимки ще бъдат с резолюция 12MP при повечето условия на осветеност, особено при слаба светлина. Предимството на високата разделителна способност идва на дневна светлина, където някои телефони предлагат 48MP режими, за да се възползват от увеличената пространствена разделителна способност.

„nona binning“ на Galaxy S20 Ultra

Galaxy S20 Ultra е логичното развитие на методологията за комбиниране на пиксели. Досега телефоните, използващи високомегапикселови сензори, използваха групиране 2x2, за да комбинират четири пиксела в един. Това позволява например ефективният размер на пиксела да бъде удвоен от 0,8 микрона на 1,6 микрона. Със 108MP сензор обаче има потенциал за комбиниране на още повече пиксели наведнъж. Обединяването на пикселите 4 в 1 ще доведе до режим на групиране на 27MP пиксела, което все още е твърде голямо за общи снимки. Също така, 27MP снимки при ефективен размер на пиксела от 1,6 микрона са добри, но какво ще стане, ако можете да имате снимки от 12MP при ефективен размер на пиксела от 2,4 микрона?

Samsung постига ефективен размер на пиксела от 2,4 микрона чрез използване на групиране на пиксели 3x3, комбинирайки девет пиксела в един пиксел на ниво сензор. „Nona binning“ не е нищо друго освен маркетинговия термин на компанията за 3x3 binning. Това ще комбинира девет относително шумни пиксела в един голям и чист суперпиксел, което теоретично би подобрило допълнително чувствителността към ниска светлина. Ефективен размер на пиксела от 2,4 микрона е нечуван за камерите на смартфони. Единственият паралел е 48MP OV48C сензор за изображения на OmniVison, който стартира на CES. Той извежда стандартни снимки на Bayer и има размер на пиксела от 1,2 микрона, който използва групиране на почти пиксели, за да постигне 12MP снимки с размер на пиксела от 2,4 микрона. Въпреки че има страхотни спецификации, той все още не е достигнал до нито един телефон за доставка.

Следователно подходът на Samsung е теоретично най-добрият от двата свята. Телефонът динамично ще превключва между 108MP режим с висока разделителна способност и 12MP nona pixel binned режим, според компанията. На дневна светлина би трябвало да може да прави снимки със свръхвисока разделителна способност от 108 MP, за да улови далечни детайли и за по-ефективно изрязване, ако обработката на изображенията е на ниво. При слаба светлина той динамично ще премине към 12MP режим, използвайки 9-в-1 пикселно групиране. Снимките при слаба светлина се влияят много повече от размера на пикселите, отколкото от разделителната способност. На теоретично ниво групирането на 3x3 пиксела при слаба светлина има много повече смисъл от групирането 2x2, дори когато разделителната способност е намалена от 27MP (групиране 2x2) на 12MP (групиране 3x3).

Така 108MP сензорът на Galaxy S20 Ultra на хартия няма никакви слабости. Всъщност трябва да се окаже нов шампион по качество на изображението както при дневна светлина, така и при слаба светлина. Въпреки че си запазваме преценката, докато не тестваме телефона сами, Samsung взе правилните решения на хартия. Аз лично не се съмнявам, че ако изпълнението се извърши добре, повече доставчици, използващи 108MP сензори, ще мигрират към 9-в-1 пикселно групиране от 4-в-1 групиране, за да постигнат по-добри снимки при слаба светлина. Galaxy S20 Ultra определено е интересен телефон и ни кара да се надяваме, че производителността на камерата на смартфона и качеството на изображението ще направят още една крачка напред тази година.

Форуми за Samsung Galaxy S20 ||| Форуми за Samsung Galaxy S20+ ||| Форуми за Samsung Galaxy S20 Ultra