Kaip „Samsung Galaxy S20 Ultra“ daro puikias nuotraukas su Nona Binning

Išmaniųjų telefonų kamerų megapikselių karai sulėtėjo ir sustojo kelerius metus, tačiau 2019 m. vėl įsibėgėjo. „Huawei P20 Pro“ pasirodymas 2018 m.apžvalga) ir „Huawei Mate 20 Pro“ (apžvalga) su didžiuliais 40 MP „Quad Bayer“ jutikliais įrodė, kad didelio megapikselio jutikliai nebūtinai kenkia fotografuojant esant silpnam apšvietimui. Dėl puikios keturių viename pikselių suskirstymo ir galingo naktinio režimo 2018 m. „Huawei“ pavyzdiniai išmanieji telefonai galėjo patogiai būti aukščiausio lygio fotografuojant esant prastam apšvietimui, atitinkanti ir kai kuriais atvejais netgi pranokstanti geriausius, kuriuos turėjo Google HDR+ ir naktinis vaizdas pasiūlymas. 2019 m., pasisėmę įkvėpimo iš „Huawei“, didelio megapikselių „Quad Bayer“ jutikliai tapo plačiai naudojami, o dauguma pagrindinių išmaniųjų telefonų pardavėjų naudojo tam tikrą

48MP Sony IMX586, 48MP Samsung GM1 ir GM2, 64MP Samsung ISOCELL GW1ir galiausiai naujausias 64MP Sony IMX686. Pristačiusi „Xiaomi“, viskas pasikeitė Mi Note 10, kuriame pasirodė a 108MP Samsung ISOCELL HMX pirminis jutiklis. The naujai pristatytas Samsung Galaxy S20 Ultra yra antrasis telefonas rinkoje, kuriame naudojama 108 MP pagrindinė kamera (neskaičiuojant Mi Mix Alpha koncepcinis telefonas), tačiau jo darbo eiga skiriasi. Eikime į smulkmenas.

„Galaxy S20 Ultra“ yra pavyzdinis „Samsung Galaxy S20“ serijos telefonas, kurio specifikacijos ir kaina atitinka tam tikrą. Nors įprastuose Galaxy S20 ir Galaxy S20+ naudojamas naujas 12 MP pirminis jutiklis su 1,8 mikrono pikselio dydžiu, Galaxy S20 Ultra perkeliamas iki 108 MP pirminio jutiklio. Tačiau tai nėra tas pats jutiklis kaip „Mi Note 10“. „Galaxy S20 Ultra“ naudoja ISOCELL HM1 jutiklį, kuris yra šiek tiek patobulintas, palyginti su „Mi Note 10“ naudojamu ISOCELL HMX. Jis gali įrašyti 8K@24fps vaizdo įrašą vienam. Dar įdomiau yra tai, kad nuo „Mi Note 10“ naudojamo „4-in-1“ pikselių skirstymo pereinama prie naujo „9-in-1“ pikselių rinkinio, kuris sukuria 12 MP nuotraukas. „Samsung“ tai vadina „nona binning“ ir tai pirmasis telefonas, kuriame naudojamas 3 x 3 pikselių suskirstymas, o ne 2 x 2 pikselių atskyrimas. „Galaxy S20 Ultra“ gali dinamiškai persijungti iš didelės raiškos 108 MP režimo į ne pikselių susietą 12 MP režimą.

Norėdami suprasti, kodėl tai naudinga, pažiūrėkime, kaip veikia pikselių atskyrimas.

Didelio megapikselio „Quad Bayer“ jutiklių pikselių atskyrimas

Iki 2018 m. iš esmės kiekviena išmaniojo telefono kamera turėjo „Bayer“ spalvų filtrų masyvą. „Huawei P20 Pro“ ir „Huawei Mate 20 Pro“ buvo pirmieji telefonai, kuriuose buvo naudojami „Quad Bayer“ jutikliai. Paprasčiau tariant, Quad Bayer jutiklis turi mažesnę spalvų skiriamąją gebą nei jutiklis su standartiniu Bayer išdėstymu. Pavyzdžiui, IMX586 fotoaparato jutiklio fizinių spalvų filtrų efektyvioji skiriamoji geba yra tik 12 MP. Tokių jutiklių IPT gali pasiekti virtualų 48MP Bayer rezultatą iš jutiklio, pertvarkydamas subpikselius tarp loginių pikselių. Turėtų būti aišku, kad šis metodas nėra toks geras kaip standartinio „Bayer“ filtro naudojimas. Koks konkretus skirtumas? Pagal AnandTech, 48MP IMX586 erdvinė skiriamoji geba yra artimesnė 27MP, nes gali padidinti erdvinę skiriamąją gebą tik iki pusės.

Kodėl tuomet naudoti Quad Bayer jutiklius? Jie prasmingi, nes iki šiol jie buvo vienintelė galimybė rinkoje, jei įrenginių gamintojas nori įtraukti didelio megapikselio jutiklį. Jų negatyvai sušvelninami naudojant 4 viename pikselių atskyrimą, kuris jutiklio lygiu sujungia keturis pikselius į vieną pikselį, kad sumažintų triukšmą, pagerintų dinaminį diapazoną ir pagerintų kiekvieno pikselio detales. Kelių pikselių sujungimas į vieną nėra nauja idėja; tai buvo padaryta su Nokia 808 PureView ir Nokia Lumia 1020 dar 2012 ir 2013 m. Anksčiau buvo manoma, kad keli triukšmingi pikseliai bus sujungti į vieną švarų „super“ pikselį. „Quad Bayer“ jutiklių atsiradimas paskatino pikselių sujungimo išpopuliarėjimą.

Pikselių atskyrimo teorija yra tokia. „Huawei“ pritaikytas 40 MP jutiklis savo flagmanuose yra 1,0 mikrono pikselio dydžio. Pagrindiniai 48 MP ir 64 MP jutikliai turi dar mažesnį pikselių dydį – 0,8 mikrono. Net 108 MP ISOCELL jutikliai turi tą patį 0,8 mikrono pikselių dydį, nes pikselių dydis išlieka pastovus, kai skiriamoji geba didėja kartu su jutiklio dydžiu. Sumažinus pikselių dydį, blogai paveikiama vaizdo kokybė esant prastam apšvietimui. Silpno apšvietimo nuotraukas labai veikia pikselio jautrumas šviesai, taigi ir nykščio taisyklė turi būti su didesniu pikselių dydžiu, o pavyzdiniai 12 MP jutikliai nusistovi maždaug 1,4 mikrono pikselių dydžiui.

„Quad Bayer“ jutikliai teoriškai apeina šį apribojimą naudodami pikselių atskyrimą. „Huawei“ 4 viename pikselių suskirstymas pagal numatytuosius nustatymus sukuria 10 MP nuotraukas, kurių „efektyvus pikselių dydis“ yra 2,0 mikronų. Pagal numatytuosius nustatymus 48 MP ir 64 MP jutikliai naudoja 4 viename pikselių skirstymą 12 MP ir 16 MP nuotraukoms, kurių efektyvusis pikselių dydis yra 1,6 mikrono. „Xiaomi Mi Note 10“ pagal numatytuosius nustatymus naudoja 4 viename pikselių skirstymą 27 MP nuotraukoms, kurių efektyvus pikselių dydis yra 1,6 mikrono. Tai leidžia jiems pasiekti konkurencingų rezultatų esant silpnam apšvietimui. Žinoma, fotografavimas išmaniuoju telefonu yra sudėtinga sritis, o vaizdo apdorojimas yra ne mažiau svarbus veiksnys, tačiau Jei visi kiti veiksniai yra pastovūs, efektyvus 1,6 mikrono pikselio dydis turėtų būti geresnis nei 1,4 mikronų. Kai kuriems įrenginių gamintojams pasisekė geriau nei kitiems įdiegti tokius didelio megapikselių „Quad Bayer“ jutiklius. „Samsung“, „Huawei“ ir „Apple“ nusprendė likti su savo pasirinktiniais jutikliais, o „Google“ ir toliau naudojo palyginti seną „Sony“ IMX363 „Google Pixel 4“, kompensuojantis kompiuterine fotografija patobulinta HDR+ ir nakties funkcija Regėjimas.

Taigi dabar turime rinką, kurioje net žemesnės vidutinės klasės telefonai turi 48MP ir 64MP Quad Bayer jutiklius, nes jie iš esmės turi keletą realių trūkumų, palyginti su tradiciniais 12MP arba 16MP jutikliais. Naudojant 4-in-1 pikselių suskirstymą, galutinės nuotraukos bus 12MP raiška daugeliu apšvietimo sąlygų, ypač esant silpnam apšvietimui. Didelės raiškos pranašumai atsiranda dienos šviesoje, kai kai kurie telefonai siūlo 48 MP režimus, kad būtų galima pasinaudoti padidinta erdvine raiška.

„Galaxy S20 Ultra“ „nona binning“

„Galaxy S20 Ultra“ yra logiška pikselių sujungimo metodikos pažanga. Iki šiol telefonai, kuriuose naudojami didelio megapikselių jutikliai, naudojo 2x2 sujungimą, kad sujungtų keturis pikselius į vieną. Pavyzdžiui, tai leidžia efektyvų pikselių dydį padvigubinti nuo 0,8 mikrono iki 1,6 mikrono. Tačiau naudojant 108 MP jutiklį, galima vienu metu sujungti dar daugiau pikselių. 4-in-1 pikselių sujungimas sukels 27 MP pikselių suskirstymo režimą, kuris vis dar yra per didelis bendroms nuotraukoms. Be to, 27 MP efektyvaus 1,6 mikrono pikselio dydžio nuotraukos yra geros, bet ką daryti, jei galėtumėte turėti 12 MP nuotraukas, kurių efektyvus pikselių dydis yra 2,4 mikrono?

„Samsung“ pasiekia efektyvų 2,4 mikrono pikselių dydį, naudodama 3 x 3 pikselių sujungimą, sujungdama devynis pikselius į vieną pikselį jutiklio lygiu. „Nona binning“ yra ne kas kita, kaip įmonės rinkodaros terminas 3x3 rinkiniui. Tai sujungs devynis santykinai triukšmingus pikselius į vieną didelį ir švarų superpikselį, o tai teoriškai dar labiau padidins jautrumą silpnai šviesai. 2,4 mikrono efektyvusis pikselių dydis yra negirdėtas išmaniųjų telefonų fotoaparatuose. Vienintelė paralelė yra OmniVison 48MP OV48C vaizdo jutiklis, kuris buvo pristatytas CES. Jis išveda standartines Bayer nuotraukas ir turi 1,2 mikrono pikselių dydį, kuris naudoja beveik pikselių suskirstymą, kad būtų galima gauti 12 MP nuotraukas su 2,4 mikronų pikselių dydžiu. Nors jo specifikacijos yra puikios, jis dar nepasiekė jokiame pristatymo telefone.

Todėl „Samsung“ požiūris teoriškai yra geriausias iš abiejų pasaulių. Pasak bendrovės, telefonas dinamiškai persijungs iš didelės raiškos 108 MP režimo į 12 MP nepikselių režimą. Dienos šviesoje jis turėtų galėti daryti itin didelės raiškos 108 MP nuotraukas, kad užfiksuotų tolimas detales ir būtų efektyvesnis apkarpymas, jei vaizdo apdorojimas yra iki nulio. Esant silpnam apšvietimui, jis dinamiškai persijungs į 12 MP režimą, naudodamas 9 viename pikselių atskyrimą. Fotografuojant prastu apšvietimu daug daugiau įtakos turi pikselių dydis, o ne raiška. Teoriniu lygmeniu 3 x 3 pikselių suskirstymas esant silpnam apšvietimui yra daug prasmingesnis nei 2 x 2 suskirstymas, net jei skiriamoji geba sumažinta nuo 27 MP (2 x 2 atskyrimas) iki 12 MP (3 x 3 atskyrimas).

Taigi „Galaxy S20 Ultra“ 108MP jutiklis neturi jokių trūkumų. Tiesą sakant, jis turėtų tapti nauju vaizdo kokybės čempionu dienos šviesoje ir esant silpnam apšvietimui. Nors mes pasiliekame sprendimą, kol patys neišbandėme telefono, „Samsung“ popieriuje priėmė teisingus sprendimus. Aš asmeniškai neabejoju, kad jei vykdymas bus atliktas gerai, daugiau pardavėjų, naudojančių 108 MP jutiklius, pereis prie 9 viename pikselių atskyrimo nuo 4 viename, kad padarytų geresnes nuotraukas esant silpnam apšvietimui. „Galaxy S20 Ultra“ neabejotinai yra įdomus telefonas, todėl galime tikėtis, kad išmaniojo telefono kameros veikimas ir vaizdo kokybė šiais metais žengs dar vieną žingsnį į priekį.

„Samsung Galaxy S20“ forumai ||| „Samsung Galaxy S20+“ forumai ||| „Samsung Galaxy S20 Ultra“ forumai