Πώς το Samsung Galaxy S20 Ultra βγάζει υπέροχες φωτογραφίες με τη Nona Binning

Οι πόλεμοι των megapixel της κάμερας smartphone σταμάτησαν για αρκετά χρόνια, αλλά ανέβηκαν ξανά το 2019. Η άφιξη το 2018 του Huawei P20 Pro (ανασκόπηση) και το Huawei Mate 20 Pro (ανασκόπηση) με τεράστιους αισθητήρες Quad Bayer των 40 MP απέδειξε ότι οι αισθητήρες υψηλού megapixel δεν ήταν απαραίτητα επιβλαβείς για τη φωτογραφία σε χαμηλό φωτισμό. Χάρη στο εξαιρετικό binning 4 σε 1 pixel και μια ισχυρή νυχτερινή λειτουργία, τα κορυφαία smartphones της Huawei για το 2018 μπόρεσαν να είναι άνετα το κορυφαίο επίπεδο στη φωτογραφία χαμηλού φωτισμού, ταιριάζοντας και σε ορισμένες περιπτώσεις ακόμη και ξεπερνώντας το καλύτερο που είχε το HDR+ και το Night Sight της Google προσφορά. Το 2019, αντλώντας έμπνευση από τη Huawei, οι αισθητήρες Quad Bayer υψηλής megapixel έφτασαν στην επικρατούσα τάση με τους περισσότερους μεγάλους προμηθευτές smartphone να χρησιμοποιούν κάποια μορφή

48MP Sony IMX586, 48MP Samsung GM1 και GM2, το 64MP Samsung ISOCELL GW1, και τέλος, το πιο πρόσφατο 64MP Sony IMX686. Η Xiaomi ανέβηκε σταδιακά με την κυκλοφορία του Mi Note 10, που παρουσίαζε α 108MP Samsung ISOCELL HMX πρωτεύων αισθητήρας. ο που κυκλοφόρησε πρόσφατα το Samsung Galaxy S20 Ultra είναι το δεύτερο τηλέφωνο στην αγορά που χρησιμοποιεί κύρια κάμερα 108MP (χωρίς να υπολογίζονται οι Mi Mix Alpha concept phone), αλλά η ροή εργασίας του είναι διαφορετική. Ας μπούμε στις λεπτομέρειες.

Το Galaxy S20 Ultra είναι το ναυαρχίδα της σειράς Galaxy S20 της Samsung και έχει τις προδιαγραφές και τις τιμές που ταιριάζουν. Ενώ το κανονικό Galaxy S20 και το Galaxy S20+ χρησιμοποιούν έναν νέο κύριο αισθητήρα 12MP με μέγεθος pixel 1,8 micron, το Galaxy S20 Ultra μετακινείται σε έναν κύριο αισθητήρα 108MP. Ωστόσο, αυτός δεν είναι ο ίδιος αισθητήρας με το Mi Note 10. Το Galaxy S20 Ultra χρησιμοποιεί έναν αισθητήρα ISOCELL HM1, ο οποίος είναι μια μικρή βελτίωση σε σχέση με τον ISOCELL HMX που χρησιμοποιείται στο Mi Note 10. Έχει δυνατότητα εγγραφής βίντεο 8K@24fps, για ένα. Το πιο ενδιαφέρον είναι ότι απομακρύνεται από το binning pixel 4-in-1 που χρησιμοποιείται στο Mi Note 10 σε ένα νέο pixel binning 9-in-1 που παράγει φωτογραφίες 12MP. Η Samsung το αποκαλεί nona binning και είναι το πρώτο τηλέφωνο που χρησιμοποιεί 3x3 pixel binning αντί για 2x2 pixel binning. Το Galaxy S20 Ultra μπορεί να εναλλάσσεται δυναμικά μεταξύ μιας λειτουργίας υψηλής ανάλυσης 108MP και μιας λειτουργίας nona pixel binned 12MP.

Για να καταλάβουμε γιατί αυτό είναι επωφελές, ας ρίξουμε μια ματιά στο πώς λειτουργεί το binning pixel.

Ενσωμάτωση pixel σε αισθητήρες Quad Bayer υψηλής megapixel

Πριν από το 2018, ουσιαστικά κάθε κάμερα smartphone είχε μια σειρά χρωμάτων φίλτρων Bayer. Το Huawei P20 Pro και το Huawei Mate 20 Pro ήταν τα πρώτα τηλέφωνα που χρησιμοποίησαν αισθητήρες Quad Bayer. Με απλά λόγια, ένας αισθητήρας Quad Bayer έχει μικρότερη χρωματική ανάλυση από έναν αισθητήρα με τυπική διάταξη Bayer. Στο IMX586, για παράδειγμα, τα φυσικά φίλτρα χρώματος στον αισθητήρα της κάμερας έχουν αποτελεσματική ανάλυση μόνο 12 MP. Ο ISP τέτοιων αισθητήρων είναι σε θέση να επιτύχει ένα εικονικό αποτέλεσμα Bayer 48 MP έξω από τον αισθητήρα, αναδιατάσσοντας τα υποπίξελ μεταξύ των λογικών εικονοστοιχείων. Θα πρέπει να είναι σαφές ότι αυτή η προσέγγιση δεν είναι τόσο καλή όσο η χρήση ενός τυπικού φίλτρου Bayer. Ποια είναι η συγκεκριμένη διαφορά; Σύμφωνα με AnandTech, το 48MP IMX586 έχει χωρική ανάλυση πιο κοντά στα 27MP, καθώς μπορεί να αυξήσει τη χωρική ανάλυση μόνο στο μισό.

Γιατί να χρησιμοποιήσετε τους αισθητήρες Quad Bayer τότε; Έχουν νόημα γιατί μέχρι τώρα, είναι η μόνη επιλογή στην αγορά εάν ένας κατασκευαστής συσκευών θέλει να ενσωματώσει αισθητήρα υψηλού megapixel. Τα αρνητικά τους μετριάζονται με τη χρήση 4-σε-1 pixel binning, η οποία συνδυάζει τέσσερα pixel σε ένα pixel στο επίπεδο του αισθητήρα για τη μείωση του θορύβου, τη βελτίωση του δυναμικού εύρους και τη βελτίωση της λεπτομέρειας ανά pixel. Ο συνδυασμός πολλών pixel σε ένα δεν είναι μια νέα ιδέα. έγινε με το Nokia 808 PureView και το Nokia Lumia 1020 το 2012 και το 2013. Πριν, η ιδέα ήταν ότι πολλά θορυβώδη pixel θα συνδυαστούν σε ένα καθαρό "super" pixel. Η εμφάνιση των αισθητήρων Quad Bayer οδήγησε στη διάδοση του pixel binning.

Η θεωρία πίσω από το binning pixel είναι αυτή. Ο προσαρμοσμένος αισθητήρας 40MP της Huawei στις ναυαρχίδες της έχει μέγεθος εικονοστοιχείου 1,0 μικρόν. Οι κύριοι αισθητήρες 48MP και 64MP έχουν ακόμη μικρότερο μέγεθος pixel στα 0,8 micron. Ακόμη και οι αισθητήρες ISOCELL 108MP έχουν το ίδιο μέγεθος pixel 0,8 micron, επειδή το μέγεθος pixel διατηρείται σταθερό όταν η ανάλυση αυξάνεται ταυτόχρονα με το μέγεθος του αισθητήρα. Όταν το μέγεθος pixel μειώνεται, η ποιότητα της εικόνας χαμηλού φωτισμού επηρεάζεται αρνητικά. Οι φωτογραφίες χαμηλού φωτισμού επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από την ευαισθησία ενός pixel στο φως, και ως εκ τούτου, ο εμπειρικός κανόνας πρόκειται να πάει με μεγαλύτερο μέγεθος εικονοστοιχείων, με τους κορυφαίους αισθητήρες 12 MP να τοποθετούνται σε μέγεθος εικονοστοιχείου περίπου 1,4 μικρομέτρων.

Οι αισθητήρες Quad Bayer θεωρητικά παρακάμπτουν αυτόν τον περιορισμό πηγαίνοντας με το binning pixel. Το 4-σε-1 pixel binning της Huawei έχει ως αποτέλεσμα φωτογραφίες 10MP από προεπιλογή σε "αποτελεσματικό μέγεθος pixel" 2,0 micron. Οι αισθητήρες 48MP και 64MP χρησιμοποιούν 4-σε-1 pixel binning για φωτογραφίες 12MP και 16MP από προεπιλογή σε πραγματικό μέγεθος pixel 1,6 micron. Το Xiaomi Mi Note 10 χρησιμοποιεί εξαγωγή εικονοστοιχείων 4 σε 1 για φωτογραφίες 27 MP από προεπιλογή σε πραγματικό μέγεθος pixel 1,6 micron. Αυτό τους επιτρέπει να επιτυγχάνουν ανταγωνιστικά αποτελέσματα σε χαμηλό φωτισμό. Φυσικά, η φωτογραφία smartphone είναι ένα πολύπλοκο πεδίο και η επεξεργασία εικόνας είναι εξίσου σημαντικός παράγοντας, αλλά Όλοι οι άλλοι παράγοντες είναι σταθεροί, ένα πραγματικό μέγεθος pixel 1,6 micron θα πρέπει να είναι καλύτερο από ένα μέγεθος pixel 1,4 μικρόν. Ορισμένοι κατασκευαστές συσκευών ήταν πιο επιτυχημένοι από άλλους στην εφαρμογή τέτοιων αισθητήρων Quad Bayer υψηλής megapixel. Η Samsung, η Huawei και η Apple επέλεξαν να παραμείνουν με τους προσαρμοσμένους αισθητήρες τους, ενώ η Google συνέχισε να χρησιμοποιεί τη σχετικά παλιά Sony IMX363 στο Google Pixel 4, αντισταθμίζοντας το με υπολογιστική φωτογραφία με τη μορφή βελτιωμένου HDR+ και Νύχτας Θέαμα.

Έτσι, έχουμε τώρα μια αγορά όπου ακόμη και τα τηλέφωνα χαμηλότερης μεσαίας κατηγορίας διαθέτουν αισθητήρες Quad Bayer 48MP και 64MP, καθώς ουσιαστικά έχουν λίγα πραγματικά μειονεκτήματα σε σχέση με τους παραδοσιακούς αισθητήρες 12MP ή 16MP. Χρησιμοποιώντας το binning 4-σε-1 pixel, οι τελικές φωτογραφίες θα είναι σε ανάλυση 12MP στις περισσότερες συνθήκες φωτισμού ούτως ή άλλως, ειδικά σε χαμηλό φωτισμό. Το πλεονέκτημα της υψηλής ανάλυσης έρχεται στο φως της ημέρας, όπου ορισμένα τηλέφωνα προσφέρουν λειτουργίες 48MP για να επωφεληθούν από την αυξημένη χωρική ανάλυση.

Το "nona binning" του Galaxy S20 Ultra

Το Galaxy S20 Ultra είναι η λογική εξέλιξη της μεθοδολογίας binning pixel. Μέχρι τώρα, τα τηλέφωνα που χρησιμοποιούν αισθητήρες υψηλών megapixel χρησιμοποιούσαν 2x2 binning για να συνδυάσουν τέσσερα pixel σε ένα. Αυτό επιτρέπει στο ενεργό μέγεθος pixel να διπλασιαστεί από 0,8 micron σε 1,6 micron, για παράδειγμα. Με έναν αισθητήρα 108MP, ωστόσο, υπάρχει δυνατότητα για ταυτοποίηση ακόμη περισσότερων pixel. Η δέσμευση εικονοστοιχείων 4 σε 1 θα έχει ως αποτέλεσμα μια λειτουργία 27 MP pixel binned, η οποία είναι αναμφισβήτητα πολύ μεγάλη για γενικές φωτογραφίες. Επίσης, οι φωτογραφίες 27MP σε πραγματικό μέγεθος pixel 1,6 micron είναι καλές, αλλά τι θα γινόταν αν μπορούσατε να έχετε φωτογραφίες 12MP σε πραγματικό μέγεθος pixel 2,4 micron;

Η Samsung επιτυγχάνει ένα πραγματικό μέγεθος pixel 2,4 micron χρησιμοποιώντας 3x3 pixel binning, συνδυάζοντας εννέα pixel σε ένα μόνο pixel σε επίπεδο αισθητήρα. Το "Nona binning" δεν είναι παρά ο όρος μάρκετινγκ της εταιρείας για binning 3x3. Αυτό θα συνδυάσει εννέα σχετικά θορυβώδη pixel σε ένα μεγάλο και καθαρό superpixel, το οποίο θεωρητικά θα ενίσχυε περαιτέρω την ευαισθησία σε χαμηλό φως. Ένα ενεργό μέγεθος εικονοστοιχείων 2,4 micron είναι πρωτόγνωρο στις κάμερες smartphone. Ο μόνος παραλληλισμός είναι Αισθητήρας εικόνας 48MP OV48C της OmniVison, που παρουσιάστηκε στο CES. Εξάγει τυπικές φωτογραφίες της Bayer και έχει μέγεθος pixel 1,2 micron που χρησιμοποιεί σχεδόν pixel binning για να επιτύχει φωτογραφίες 12MP με μέγεθος pixel 2,4 micron. Αν και έχει εξαιρετικές προδιαγραφές, δεν έχει φτάσει ακόμα σε κανένα τηλέφωνο αποστολής.

Η προσέγγιση της Samsung, επομένως, είναι θεωρητικά η καλύτερη και των δύο κόσμων. Το τηλέφωνο θα εναλλάσσεται δυναμικά μεταξύ μιας λειτουργίας υψηλής ανάλυσης 108MP και μιας λειτουργίας 12MP nona pixel binned, σύμφωνα με την εταιρεία. Στο φως της ημέρας, θα πρέπει να μπορεί να τραβήξει φωτογραφίες εξαιρετικά υψηλής ανάλυσης 108 MP για να καταγράψει μακρινές λεπτομέρειες και για πιο αποτελεσματική περικοπή, εάν η επεξεργασία της εικόνας είναι μέχρι το μηδέν. Σε χαμηλό φωτισμό, θα μεταβεί δυναμικά σε λειτουργία 12MP, χρησιμοποιώντας binning pixel 9-in-1. Η φωτογραφία χαμηλού φωτισμού επηρεάζεται πολύ περισσότερο από το μέγεθος των pixel παρά από την ανάλυση. Σε θεωρητικό επίπεδο, το binning 3x3 pixel σε χαμηλό φωτισμό έχει πολύ πιο νόημα από το binning 2x2, ακόμη και όταν η ανάλυση πέφτει από τα 27MP (2x2 binning) στα 12MP (3x3 binning).

Έτσι, ο αισθητήρας 108MP του Galaxy S20 Ultra δεν έχει αδυναμίες στα χαρτιά. Στην πραγματικότητα, θα πρέπει να αποδειχθεί ένας νέος πρωταθλητής ποιότητας εικόνας στο φως της ημέρας καθώς και σε χαμηλό φωτισμό. Ενώ επιφυλασσόμαστε να κρίνουμε μέχρι να δοκιμάσουμε μόνοι μας το τηλέφωνο, η Samsung έχει λάβει τις σωστές αποφάσεις στα χαρτιά. Προσωπικά, δεν έχω καμία αμφιβολία ότι εάν η εκτέλεση εκτελεστεί καλά, περισσότεροι προμηθευτές που χρησιμοποιούν αισθητήρες 108MP θα μεταβούν στο binning pixel 9-in-1 από το binning 4-in-1 για να επιτύχουν καλύτερες φωτογραφίες σε χαμηλό φωτισμό. Το Galaxy S20 Ultra είναι σίγουρα ένα ενδιαφέρον τηλέφωνο και μας κάνει να ελπίζουμε ότι η απόδοση της κάμερας smartphone και η ποιότητα εικόνας θα κάνουν άλλο ένα βήμα μπροστά φέτος.

Φόρουμ Samsung Galaxy S20 ||| Φόρουμ Samsung Galaxy S20+ ||| Φόρουμ Samsung Galaxy S20 Ultra