איך ה-Samsung Galaxy S20 Ultra מצלם תמונות נהדרות עם נונה בנינג

מלחמות המגה-פיקסל של מצלמות הסמארטפונים נעצרו במשך כמה שנים, אך תפסו שוב קיטור ב-2019. הגעתו ב-2018 של ה-Huawei P20 Pro (סקירה) וה-Huawei Mate 20 Pro (סקירה) עם חיישני Quad Bayer עצומים של 40MP הוכיחו שחיישני מגה פיקסל גבוהים לא בהכרח פוגעים בצילום באור נמוך. הודות ל-binning 4 ב-1 פיקסלים חמוד ומצב לילה רב עוצמה, סמארטפונים הדגל של Huawei לשנת 2018 יכלו להיות בנוחות הרמה העליונה בצילום בתאורה חלשה, התאמה ובמקרים מסוימים אפילו ניצחה את הטובים ביותר ש-HDR+ ו-Night Sight של גוגל היו צריכים הַצָעָה. בשנת 2019, בהשראת Huawei, חיישני קוואד באייר מגה פיקסל גבוהים הגיעו למיינסטרים עם רוב ספקי הסמארטפונים הגדולים שמשתמשים בצורה כלשהי של 48MP Sony IMX586, 48MP Samsung GM1 ו-GM2, ה 64MP Samsung ISOCELL GW1, ולבסוף, 64MP Sony IMX686 העדכנית ביותר. שיאומי עלתה מדרגה עם השקת ה- Mi Note 10, שהציג א 108MP Samsung ISOCELL HMX חיישן ראשי. ה Samsung Galaxy S20 Ultra שהושק לאחרונה

הוא הטלפון השני בשוק שמשתמש במצלמה ראשית של 108MP (לא סופרים את Mi Mix Alpha קונספט טלפון), אבל זרימת העבודה שלו שונה. בוא ניכנס לפרטים.

ה-Galaxy S20 Ultra הוא טלפון הדגל בסדרת ה-Galaxy S20 של סמסונג, ויש לו את המפרט והתמחור שיתאימו. בעוד ה-Galaxy S20 הרגיל וה-Galaxy S20+ משתמשים בחיישן ראשי חדש של 12MP בגודל פיקסל של 1.8 מיקרון, ה-Galaxy S20 Ultra עולה לחיישן ראשי של 108MP. עם זאת, זה לא אותו חיישן כמו ה-Mi Note 10. ה-Galaxy S20 Ultra משתמש בחיישן ISOCELL HM1, שהוא שיפור קל ביחס ל-ISCELL HMX המשמש ב-Mi Note 10. זה מסוגל להקליט וידאו 8K@24fps, עבור אחד. מעניין יותר, הוא מתרחק מה-binning של 4 ב-1 פיקסלים המשמש ב-Mi Note 10 ל-binning חדש של 9 ב-1 פיקסלים שמייצר תמונות של 12MP. סמסונג קוראת לזה nona binning, וזה הטלפון הראשון שמשתמש ב-binning של 3x3 פיקסלים ולא ב-2x2 פיקסלים. ה-Galaxy S20 Ultra יכול לעבור באופן דינמי בין מצב 108MP ברזולוציה גבוהה לבין מצב 12MP ללא פיקסל.

כדי להבין למה זה מועיל, בואו נסתכל על איך עובד binning של פיקסלים.

בנינג פיקסלים על חיישני Quad Bayer במגה פיקסל גבוהים

לפני 2018, למעשה לכל מצלמת סמארטפון היה מערך מסנני צבע של באייר. ה-Huawei P20 Pro וה-Huawei Mate 20 Pro היו הטלפונים הראשונים שהשתמשו בחיישני Quad Bayer. במילים פשוטות, לחיישן Quad Bayer יש פחות רזולוציית צבע מאשר חיישן עם פריסה סטנדרטית של Bayer. ב-IMX586, למשל, למסנני הצבע הפיזיים בחיישן המצלמה יש רק רזולוציה יעילה של 12MP. ספק שירותי האינטרנט של חיישנים כאלה מסוגל להשיג תוצאה וירטואלית של 48MP באייר מתוך החיישן על ידי סידור מחדש של תת-הפיקסלים בין הפיקסלים הלוגיים. זה צריך להיות ברור שגישה זו אינה טובה כמו שימוש במסנן סטנדרטי של באייר. מה ההבדל הספציפי? לפי אננדטק, ל-IMX586 של 48MP יש רזולוציה מרחבית קרובה יותר ל-27MP מכיוון שהוא מסוגל רק להגדיל את הרזולוציה המרחבית בחצי הדרך.

מדוע אם כן להשתמש בחיישני Quad Bayer? הם הגיוניים כי עד כה, הם האופציה היחידה בשוק אם יצרנית מכשירים רוצה לשלב חיישן מגה פיקסל גבוה. השליליות שלהם מופחתות על ידי שימוש ב-4-in-1 פיקסל binning, המשלב ארבעה פיקסלים לפיקסל אחד ברמת החיישן כדי להפחית רעש, לשפר את הטווח הדינמי ולשפר פירוט לכל פיקסל. שילוב של פיקסלים מרובים לאחד אינו רעיון חדש; זה נעשה עם Nokia 808 PureView ו-Nokia Lumia 1020 עוד ב-2012 ו-2013. לפני כן, הרעיון היה שמספר פיקסלים רועשים ישולבו לפיקסל "סופר" נקי אחד. הופעתם של חיישני Quad Bayer הובילה לפופולריות של פיקסלים binning.

התיאוריה מאחורי פיקסלים binning היא זו. לחיישן ה-40MP המותאם אישית של Huawei בספינות הדגל שלו יש גודל פיקסל של 1.0 מיקרון. חיישני המיינסטרים 48MP ו-64MP הם בעלי גודל פיקסל קטן עוד יותר ב-0.8 מיקרון. אפילו לחיישני ISOCELL של 108 מגה פיקסל יש את אותו גודל פיקסל של 0.8 מיקרון מכיוון שגודל הפיקסל נשמר קבוע כאשר הרזולוציה מוגברת בו זמנית עם גודל החיישן. כאשר גודל הפיקסלים מופחת, איכות תמונה באור נמוך מושפעת לרעה. תמונות באור נמוך מושפעות מאוד מהרגישות של הפיקסל לאור, ולכן, כלל האצבע הוא ללכת עם גודל פיקסל גדול יותר, עם חיישני דגל של 12MP המתיישבים בסביבות גודל פיקסל של 1.4 מיקרון.

חיישני Quad Bayer עוקפים באופן תיאורטי את המגבלה הזו על ידי שימוש ב-Pixel binning. ה-binning של 4 ב-1 פיקסלים של Huawei מביא לתמונות של 10MP כברירת מחדל ב"גודל פיקסל אפקטיבי" של 2.0 מיקרון. חיישני ה-48MP ו-64MP משתמשים ב-4-in-1 פיקסלים ב-binning עבור תמונות 12MP ו-16MP כברירת מחדל בגודל פיקסל אפקטיבי של 1.6 מיקרון. ה-Xiaomi Mi Note 10 משתמש ב-4 ב-1 פיקסל binning עבור תמונות 27MP כברירת מחדל בגודל פיקסל יעיל של 1.6 מיקרון. זה מאפשר להם להשיג תוצאות תחרותיות באור נמוך. כמובן שצילום בסמארטפון הוא תחום מסובך ועיבוד תמונה הוא גורם חשוב לא פחות, אבל כל שאר הגורמים קבועים, גודל פיקסל אפקטיבי של 1.6 מיקרון צריך להיות טוב יותר מגודל פיקסל של 1.4 מיקרון. כמה יצרניות מכשירים הצליחו יותר מאחרות ביישום חיישני Quad Bayer כה גבוהים של מגה פיקסל. סמסונג, Huawei ואפל בחרו להישאר עם החיישנים המותאמים אישית שלהם, בעוד שגוגל המשיכה להשתמש בסוני הישנה יחסית IMX363 ב-Google Pixel 4, מפצה על כך עם צילום חישובי בצורה של HDR+ ולילה משופרים מראה.

לפיכך, יש לנו כעת שוק שבו לטלפונים בטווח בינוני נמוך אפילו יותר יש חיישני Quad Bayer של 48MP ו-64MP, מכיוון שלמעשה יש להם מעט חסרונות אמיתיים על פני חיישני 12MP או 16MP מסורתיים. באמצעות 4-in-1 פיקסלים binning, התמונות הסופיות יהיו ברזולוציית 12MP ברוב תנאי התאורה בכל מקרה, במיוחד בתאורה חלשה. היתרון של הרזולוציה הגבוהה מגיע באור יום, כאשר חלק מהטלפונים אכן מציעים מצבי 48MP כדי לנצל את הרזולוציה המרחבית המוגברת.

ה-"nona binning" של ה-Galaxy S20 Ultra

ה-Galaxy S20 Ultra הוא ההתקדמות ההגיונית של מתודולוגיית ה-pixel binning. עד כה, טלפונים המשתמשים בחיישני מגה-פיקסל גבוהים השתמשו ב-2x2 binning כדי לשלב ארבעה פיקסלים לאחד. זה מאפשר להכפיל את גודל הפיקסלים האפקטיבי מ-0.8 מיקרון ל-1.6 מיקרון, למשל. עם זאת, עם חיישן 108 מגה פיקסל, יש פוטנציאל לאיסוף של אפילו יותר פיקסלים בבת אחת. אחסון של 4 ב-1 פיקסלים יביא למצב של 27MP פיקסלים, שהוא עדיין ללא ספק גדול מדי עבור תמונות כלליות. כמו כן, תמונות 27MP בגודל פיקסל יעיל של 1.6 מיקרון הן טובות, אבל מה אם הייתם יכולים לקבל תמונות 12MP בגודל פיקסל אפקטיבי של 2.4 מיקרון?

סמסונג משיגה גודל פיקסל אפקטיבי של 2.4 מיקרון על ידי שימוש ב-3x3 פיקסלים, שילוב של תשעה פיקסלים לפיקסל בודד ברמת החיישן. "Nona binning" אינו אלא המונח השיווקי של החברה ל-3x3 binning. זה ישלב תשעה פיקסלים רועשים יחסית לסופר-פיקסל אחד גדול ונקי, אשר תיאורטית ישפר עוד יותר את הרגישות הנמוכה לאור. גודל פיקסל אפקטיבי של 2.4 מיקרון אינו מוכר במצלמות סמארטפונים. ההקבלה היחידה היא חיישן תמונה 48MP OV48C של OmniVison, שהושק ב-CES. הוא מוציא תמונות סטנדרטיות של באייר ויש לו גודל פיקסל של 1.2 מיקרון המשתמש ב-binning כמעט לפיקסלים כדי להשיג תמונות של 12MP בגודל 2.4 מיקרון פיקסל. למרות שיש לו מפרט נהדר, הוא עדיין לא עשה את דרכו לאף טלפון משלוח.

הגישה של סמסונג, אם כן, היא תיאורטית הטובה משני העולמות. הטלפון יעבור באופן דינמי בין מצב ברזולוציה גבוהה של 108 מגה פיקסל למצב 12 מגה פיקסל ללא פיקסל, על פי החברה. באור יום, הוא אמור להיות מסוגל לצלם תמונות ברזולוציה גבוהה במיוחד של 108 מגה פיקסל כדי ללכוד פרטים רחוקים ולחיתוך יעיל יותר, אם עיבוד התמונה עדין. בתאורה חלשה, הוא יעבור באופן דינמי למצב 12MP, תוך שימוש ב-9 ב-1 פיקסלים. צילום בתאורה נמוכה מושפע הרבה יותר מגודל הפיקסלים מאשר ברזולוציה. ברמה התיאורטית, binning של 3x3 פיקסלים באור נמוך הרבה יותר הגיוני מ-2x2 binning, גם כשהרזולוציה יורדת מ-27MP (2x2 binning) ל-12MP (3x3 binning).

לפיכך, לחיישן 108MP של ה-Galaxy S20 Ultra אין חולשות על הנייר. למעשה, זה אמור להתברר כאלוף איכות תמונה חדש באור יום וגם באור נמוך. בעוד אנו שומרים על שיקול דעת עד שנבדוק את הטלפון בעצמנו, סמסונג קיבלה את ההחלטות הנכונות על הנייר. לי אישית אין ספק שאם הביצוע יתבצע בצורה טובה, יותר ספקים המשתמשים בחיישני 108MP יעברו ל-9-in-1 pixel binning מ-4-in-1 binning כדי להשיג תמונות טובות יותר בתאורה נמוכה. ה-Galaxy S20 Ultra הוא בהחלט טלפון מעניין, והוא גורם לנו לקוות שביצועי מצלמת הסמארטפון ואיכות התמונה יעשו צעד נוסף קדימה השנה.

פורומים של סמסונג גלקסי S20 ||| פורומים של Samsung Galaxy S20+ ||| פורומים של סמסונג גלקסי S20 Ultra