Sådan tager Samsung Galaxy S20 Ultra fantastiske billeder med Nona Binning

Megapixelkrigene til smartphonekameraet stoppede i flere år, men tog fart igen i 2019. Ankomsten i 2018 af Huawei P20 Pro (anmeldelse) og Huawei Mate 20 Pro (anmeldelse) med enorme 40 MP Quad Bayer-sensorer beviste, at høje megapixel-sensorer ikke nødvendigvis var en ulempe for fotografering i svagt lys. Takket være smart 4-i-1 pixel binning og en kraftfuld nattilstand, kunne Huaweis 2018 flagskibssmartphones komfortabelt være i topniveauet inden for fotografering i svagt lys, matchende og i nogle tilfælde endda slå det bedste, som Googles HDR+ og Night Sight måtte tilbud. I 2019, med inspiration fra Huawei, ankom højmegapixel Quad Bayer-sensorer til mainstream hos de fleste større smartphone-leverandører, der bruger en form for 48 MP Sony IMX586, 48 MP Samsung GM1 og GM2, den 64 MP Samsung ISOCELL GW1, og endelig den nyeste 64MP Sony IMX686. Xiaomi tog tingene op med lanceringen af

Mi Note 10, som indeholdt en 108 MP Samsung ISOCELL HMX primær sensor. Det nylancerede Samsung Galaxy S20 Ultra er den anden telefon på markedet, der bruger et 108 MP primært kamera (bortset fra Mi Mix Alpha koncepttelefon), men dens arbejdsgang er anderledes. Lad os komme ind i detaljerne.

Galaxy S20 Ultra er flagskibstelefonen i Samsungs Galaxy S20-serie, og den har de specifikationer og priser, der matcher. Mens den almindelige Galaxy S20 og Galaxy S20+ bruger en ny 12MP primær sensor med 1,8 mikron pixelstørrelse, bevæger Galaxy S20 Ultra sig op til en 108MP primær sensor. Dette er dog ikke den samme sensor som Mi Note 10. Galaxy S20 Ultra bruger en ISOCELL HM1-sensor, hvilket er en lille forbedring i forhold til ISOCELL HMX, der bruges i Mi Note 10. Den er i stand til 8K@24fps videooptagelse, for én. Mere interessant er det, at det går væk fra 4-i-1-pixel-binning, der bruges i Mi Note 10, til en ny 9-i-1-pixel-binning, der producerer 12MP-billeder. Samsung kalder dette nona binning, og det er den første telefon, der bruger en 3x3 pixel binning i stedet for en 2x2 pixel binning. Galaxy S20 Ultra kan dynamisk skifte mellem en højopløsningstilstand på 108 MP og en 12 MP-tilstand uden pixel.

For at forstå, hvorfor dette er gavnligt, lad os tage et kig på, hvordan pixel binning fungerer.

Pixel binning på højmegapixel Quad Bayer-sensorer

Før 2018 havde stort set alle smartphone-kameraer et Bayer-farvefilter. Huawei P20 Pro og Huawei Mate 20 Pro var de første telefoner, der brugte Quad Bayer-sensorer. Kort sagt har en Quad Bayer-sensor mindre farveopløsning end en sensor med et standard Bayer-layout. På IMX586 har de fysiske farvefiltre på kamerasensoren eksempelvis kun en effektiv opløsning på 12MP. ISP'en af ​​sådanne sensorer er i stand til at opnå et virtuelt 48MP Bayer-resultat ud af sensoren ved at omarrangere subpixelerne blandt de logiske pixels. Det bør være klart, at denne tilgang ikke er så god som at bruge et standard Bayer-filter. Hvad er den specifikke forskel? Ifølge AnandTech, 48MP IMX586 har tættere på 27MP rumlig opløsning, da den kun er i stand til at øge den rumlige opløsning halvvejs.

Hvorfor så bruge Quad Bayer-sensorer? De giver mening, fordi de indtil nu er den eneste mulighed på markedet, hvis en enhedsproducent ønsker at inkorporere en høj megapixel sensor. Deres negativer afbødes ved at bruge 4-i-1 pixel binning, som kombinerer fire pixels til én pixel på sensorniveau for at reducere støj, forbedre det dynamiske område og forbedre per-pixel detaljer. At kombinere flere pixels til én er ikke en ny idé; det blev gjort med Nokia 808 PureView og Nokia Lumia 1020 tilbage i 2012 og 2013. Før var tanken, at flere støjende pixels vil blive kombineret til én ren "super" pixel. Fremkomsten af ​​Quad Bayer-sensorer førte til populariseringen af ​​pixel binning.

Teorien bag pixel binning er denne. Huaweis brugerdefinerede 40MP-sensor på sine flagskibe har en pixelstørrelse på 1,0 mikron. De almindelige 48MP- og 64MP-sensorer har en endnu mindre pixelstørrelse på 0,8 mikron. Selv 108MP ISOCELL-sensorerne har den samme pixelstørrelse på 0,8 mikron, fordi pixelstørrelsen holdes konstant, når opløsningen øges samtidig med sensorstørrelsen. Når pixelstørrelsen sænkes, påvirkes billedkvaliteten med lavt lys negativt. Fotos med lavt lys er stærkt påvirket af en pixels følsomhed over for lys, og derfor er tommelfingerreglen er at gå med en større pixelstørrelse, med flagskibs 12MP-sensorer, der sætter sig på omkring en pixelstørrelse på 1,4 mikron.

Quad Bayer-sensorerne omgår teoretisk denne begrænsning ved at gå med pixel binning. Huaweis 4-i-1 pixel-binning resulterer som standard i 10 MP-billeder ved en "effektiv pixelstørrelse" på 2,0 mikron. 48MP og 64MP sensorerne bruger 4-i-1 pixel binning til 12MP og 16MP fotos som standard ved en effektiv pixelstørrelse på 1,6 mikron. Xiaomi Mi Note 10 bruger 4-i-1 pixel binning til 27 MP-billeder som standard ved en effektiv pixelstørrelse på 1,6 mikron. Dette lader dem opnå konkurrencedygtige resultater i svagt lys. Selvfølgelig er smartphonefotografering et kompliceret felt, og billedbehandling er en lige så vigtig faktor, men alle andre faktorer er konstante, bør en effektiv pixelstørrelse på 1,6 mikron være bedre end en pixelstørrelse på 1,4 mikron. Nogle enhedsproducenter var mere succesrige end andre med implementeringen af ​​så høje megapixel Quad Bayer-sensorer. Samsung, Huawei og Apple valgte at blive med deres brugerdefinerede sensorer, mens Google fortsatte med at bruge den relativt gamle Sony IMX363 i Google Pixel 4, der kompenserer for det med computerfotografering i form af forbedret HDR+ og Night Syn.

Således har vi nu et marked, hvor selv lavere mellemklassetelefoner har 48MP og 64MP Quad Bayer-sensorer, da de i det væsentlige har få reelle ulemper i forhold til traditionelle 12MP eller 16MP sensorer. Ved at bruge 4-i-1 pixel binning, vil de endelige billeder være i 12 MP opløsning under de fleste lysforhold alligevel, især i svagt lys. Fordelen ved den høje opløsning kommer i dagslys, hvor nogle telefoner tilbyder 48MP-tilstande for at drage fordel af den øgede rumlige opløsning.

Galaxy S20 Ultras "nona binning"

Galaxy S20 Ultra er den logiske progression af pixel binning-metoden. Indtil nu har telefoner, der bruger højmegapixelsensorer, brugt 2x2 binning til at kombinere fire pixels til én. Dette lader den effektive pixelstørrelse fordobles fra for eksempel 0,8 mikron til 1,6 mikron. Med en 108 MP-sensor er der dog potentiale for at samle endnu flere pixels på én gang. 4-i-1-pixel-binning vil resultere i en 27MP-pixel-indlejret-tilstand, som stadig er for stor til generelle billeder. Også 27 MP-billeder med en effektiv pixelstørrelse på 1,6 mikron er gode, men hvad nu hvis du kunne have 12 MP-fotos med en effektiv pixelstørrelse på 2,4 mikron?

Samsung opnår en effektiv pixelstørrelse på 2,4 mikron ved at bruge 3x3 pixel binning, der kombinerer ni pixels til en enkelt pixel på sensorniveau. "Nona binning" er intet andet end virksomhedens markedsføringsbetegnelse for 3x3 binning. Dette vil kombinere ni relativt støjende pixels til én stor og ren superpixel, hvilket teoretisk set yderligere vil forbedre lav lysfølsomhed. En effektiv pixelstørrelse på 2,4 mikron er uhørt i smartphone-kameraer. Den eneste parallel er OmniVisons 48MP OV48C billedsensor, som blev lanceret på CES. Den udsender standard Bayer-billeder og har en 1,2 mikron pixelstørrelse, der bruger nær-pixel binning til at opnå 12 MP-billeder med en 2,4 mikron pixelstørrelse. Selvom den har gode specifikationer, er den endnu ikke kommet til nogen forsendelsestelefon.

Samsungs tilgang er derfor teoretisk set den bedste fra begge verdener. Telefonen vil dynamisk skifte mellem en højopløselig 108MP-tilstand og en 12MP nona-pixel-indbygget tilstand, ifølge virksomheden. I dagslys bør den være i stand til at tage ultrahøjopløselige 108 MP-fotos for at fange fjerne detaljer og for mere effektiv beskæring, hvis billedbehandlingen er i top. I svagt lys skifter den dynamisk til en 12MP-tilstand ved hjælp af 9-i-1 pixel binning. Fotografering med lavt lys påvirkes langt mere af pixelstørrelsen end opløsningen. På et teoretisk plan giver 3x3 pixel binning i svagt lys meget mere mening end 2x2 binning, selvom opløsningen falder fra 27MP (2x2 binning) til 12MP (3x3 binning).

Således har 108 MP-sensoren på Galaxy S20 Ultra ingen svagheder på papiret. Faktisk skulle det vise sig at blive en ny billedkvalitetsmester i dagslys såvel som i svagt lys. Mens vi forbeholder os dømmekraft, indtil vi selv har testet telefonen, har Samsung truffet de rigtige beslutninger på papiret. Jeg er personligt ikke i tvivl om, at hvis udførelsen udføres godt, vil flere leverandører, der bruger 108MP-sensorer, migrere til 9-i-1 pixel binning fra 4-i-1 binning for at opnå bedre billeder i svagt lys. Galaxy S20 Ultra er bestemt en interessant telefon, og det gør os håbefulde, at smartphone-kameraets ydeevne og billedkvalitet vil tage endnu et skridt fremad i år.

Samsung Galaxy S20-fora ||| Samsung Galaxy S20+ fora ||| Samsung Galaxy S20 Ultra-fora