Kā Samsung Galaxy S20 Ultra uzņem lieliskus fotoattēlus, izmantojot Nona Binning

Viedtālruņu kameru megapikseļu kari vairākus gadus palēninājās līdz apstāšanos, bet 2019. gadā atkal sāka darboties. Huawei P20 Pro ierašanās 2018.pārskats) un Huawei Mate 20 Pro (pārskats) ar milzīgiem 40 MP Quad Bayer sensoriem pierādīja, ka lielu megapikseļu sensori ne vienmēr kaitē fotografēšanai vājā apgaismojumā. Pateicoties lieliskajai 4-in-1 pikseļu sadalei un jaudīgajam nakts režīmam, Huawei 2018. gada vadošie viedtālruņi varēja ērti atrasties augstākā līmeņa fotogrāfijā vājā apgaismojumā, saskaņojot un dažos gadījumos pat pārspējot labāko, kas bija nepieciešams Google HDR+ un nakts skatam. piedāvājums. 2019. gadā, iedvesmojoties no Huawei, augstas megapikseļu Quad Bayer sensori kļuva plaši izplatīti, un lielākā daļa lielāko viedtālruņu pārdevēju izmantoja kādu no 48MP Sony IMX586, 48MP Samsung GM1 un GM2, 64 MP Samsung ISOCELL GW1

, un visbeidzot jaunākais 64MP Sony IMX686. Xiaomi uzlaboja situāciju, izlaižot Mi Note 10, kurā bija a 108MP Samsung ISOCELL HMX primārais sensors. The jaunizveidotais Samsung Galaxy S20 Ultra ir otrais tālrunis tirgū, kas izmanto 108MP primāro kameru (neskaitot Mi Mix Alpha koncepta tālruni), taču tā darbplūsma ir atšķirīga. Iedziļināsimies detaļās.

Galaxy S20 Ultra ir Samsung Galaxy S20 sērijas vadošais tālrunis, un tam ir atbilstošas ​​specifikācijas un cenas. Kamēr parastajā Galaxy S20 un Galaxy S20+ tiek izmantots jauns 12 MP primārais sensors ar 1,8 mikronu pikseļu izmēru, Galaxy S20 Ultra tiek pārvietots līdz 108 MP primārajam sensoram. Tomēr tas nav tas pats sensors kā Mi Note 10. Galaxy S20 Ultra izmanto ISOCELL HM1 sensoru, kas ir neliels uzlabojums salīdzinājumā ar ISOCELL HMX, ko izmanto Mi Note 10. Tas spēj ierakstīt video ar ātrumu 8K@24 kadri sekundē. Vēl interesantāk ir tas, ka tas pāriet no Mi Note 10 izmantotās 4-in-1 pikseļu sadalīšanas uz jaunu 9-in-1 pikseļu sadalīšanu, kas nodrošina 12MP fotoattēlus. Samsung to sauc par nona binning, un tas ir pirmais tālrunis, kas izmanto 3x3 pikseļu sadalīšanu, nevis 2x2 pikseļu sadalīšanu. Galaxy S20 Ultra var dinamiski pārslēgties starp augstas izšķirtspējas 108MP režīmu un nepikseļu 12MP režīmu.

Lai saprastu, kāpēc tas ir izdevīgi, apskatīsim, kā darbojas pikseļu sadalīšana.

Pikseļu sadalīšana liela megapikseļu Quad Bayer sensoros

Pirms 2018. gada būtībā katrai viedtālruņa kamerai bija Bayer krāsu filtru masīvs. Huawei P20 Pro un Huawei Mate 20 Pro bija pirmie tālruņi, kas izmantoja Quad Bayer sensorus. Vienkārši sakot, Quad Bayer sensoram ir mazāka krāsu izšķirtspēja nekā sensoram ar standarta Bayer izkārtojumu. Piemēram, IMX586 kameras sensora fiziskajiem krāsu filtriem ir tikai 12 MP efektīvā izšķirtspēja. Šādu sensoru ISP spēj sasniegt virtuālu 48MP Bayer rezultātu no sensora, pārkārtojot apakšpikseļus starp loģiskajiem pikseļiem. Ir jābūt skaidram, ka šī pieeja nav tik laba kā standarta Bayer filtra izmantošana. Kāda ir konkrētā atšķirība? Saskaņā ar AnandTech, 48MP IMX586 telpiskā izšķirtspēja ir tuvāka 27MP, jo tas spēj palielināt telpisko izšķirtspēju tikai līdz pusei.

Kāpēc tad izmantot Quad Bayer sensorus? Tiem ir jēga, jo līdz šim tie ir vienīgā iespēja tirgū, ja ierīces ražotājs vēlas iekļaut lielu megapikseļu sensoru. To negatīvie tiek mazināti, izmantojot 4-in-1 pikseļu sadali, kas apvieno četrus pikseļus vienā pikselī sensora līmenī, lai samazinātu troksni, uzlabotu dinamisko diapazonu un uzlabotu katra pikseļa detalizāciju. Vairāku pikseļu apvienošana vienā nav jauna ideja; tas tika darīts ar Nokia 808 PureView un Nokia Lumia 1020 2012. un 2013. gadā. Iepriekš ideja bija tāda, ka vairāki trokšņaini pikseļi tiks apvienoti vienā tīrā "super" pikselī. Quad Bayer sensoru parādīšanās izraisīja pikseļu atdalīšanas popularizēšanu.

Pikseļu sadalīšanas teorija ir šāda. Huawei pielāgotajam 40 MP sensoram tā vadošajos modeļos ir 1,0 mikronu pikseļu izmērs. Galvenajiem 48MP un 64MP sensoriem ir vēl mazāks pikseļu izmērs – 0,8 mikroni. Pat 108MP ISOCELL sensoriem ir vienāds 0,8 mikronu pikseļu izmērs, jo pikseļu lielums tiek saglabāts nemainīgs, kad izšķirtspēja tiek palielināta vienlaikus ar sensora izmēru. Samazinot pikseļu izmēru, slikta apgaismojuma attēla kvalitāte tiek negatīvi ietekmēta. Fotoattēlus vājā apgaismojumā ļoti ietekmē pikseļa jutība pret gaismu un līdz ar to arī īkšķa noteikums ir izvēlēties lielāku pikseļu izmēru, ar vadošajiem 12MP sensoriem, kas tiek iestatīti aptuveni 1,4 mikronu pikseļu izmērā.

Quad Bayer sensori teorētiski apiet šo ierobežojumu, izmantojot pikseļu sadalīšanu. Huawei 4-in-1 pikseļu sadalīšana nodrošina 10 MP fotoattēlus pēc noklusējuma ar “efektīvo pikseļu izmēru” 2,0 mikroni. 48 MP un 64 MP sensori pēc noklusējuma izmanto 4 in-1 pikseļu sadali 12 MP un 16 MP fotoattēliem ar efektīvo pikseļu izmēru 1,6 mikroni. Xiaomi Mi Note 10 pēc noklusējuma izmanto 4-in-1 pikseļu sadali 27 MP fotoattēliem ar efektīvo pikseļu izmēru 1,6 mikroni. Tas viņiem ļauj sasniegt konkurētspējīgus rezultātus vājā apgaismojumā. Protams, viedtālruņu fotografēšana ir sarežģīta joma un attēlu apstrāde ir tikpat svarīgs faktors, bet ja visi pārējie faktori ir nemainīgi, efektīvajam pikseļa izmēram 1,6 mikroni jābūt labākam nekā pikseļa izmēram 1,4 mikrons. Daži ierīču ražotāji bija veiksmīgāki nekā citi, ieviešot šādus augstas megapikseļu Quad Bayer sensorus. Samsung, Huawei un Apple izvēlējās palikt pie saviem pielāgotajiem sensoriem, savukārt Google turpināja izmantot salīdzinoši veco Sony. IMX363 tālrunī Google Pixel 4, kompensējot to ar skaitļošanas fotografēšanu uzlabotā HDR+ un nakts formātā Skats.

Tādējādi mums tagad ir tirgus, kurā pat zemākas vidējas klases tālruņiem ir 48MP un 64MP Quad Bayer sensori, jo tiem būtībā ir maz reālu trūkumu salīdzinājumā ar tradicionālajiem 12MP vai 16MP sensoriem. Izmantojot 4-in-1 pikseļu sadalīšanu, gala fotoattēli jebkurā gadījumā būs 12MP izšķirtspējā lielākajā daļā apgaismojuma apstākļu, īpaši vājā apgaismojumā. Augstās izšķirtspējas priekšrocības izpaužas dienasgaismā, kur daži tālruņi piedāvā 48MP režīmus, lai izmantotu palielinātās telpiskās izšķirtspējas priekšrocības.

Galaxy S20 Ultra "nona binning"

Galaxy S20 Ultra ir pikseļu sadalīšanas metodoloģijas loģisks turpinājums. Līdz šim tālruņos, kas izmanto lielu megapikseļu sensorus, ir izmantota 2x2 sadalīšana, lai apvienotu četrus pikseļus vienā. Tas ļauj, piemēram, dubultot efektīvo pikseļu izmēru no 0,8 mikroniem līdz 1,6 mikroniem. Tomēr, izmantojot 108 MP sensoru, vienlaikus ir iespējams sadalīt vēl vairāk pikseļu. 4-in-1 pikseļu sadalīšana radīs 27 MP pikseļu sadalīto režīmu, kas joprojām ir pārāk liels vispārīgiem fotoattēliem. Arī 27MP fotoattēli efektīvā 1,6 mikronu pikseļu izmērā ir labi, bet kā būtu, ja jums varētu būt 12 megapikseļu fotoattēli ar 2,4 mikronu efektīvo pikseļu izmēru?

Samsung sasniedz 2,4 mikronu efektīvo pikseļu izmēru, izmantojot 3x3 pikseļu sadali, apvienojot deviņus pikseļus vienā pikselī sensora līmenī. "Nona binning" nav nekas cits kā uzņēmuma mārketinga termins 3x3 binningam. Tas apvienos deviņus salīdzinoši trokšņainus pikseļus vienā lielā un tīrā superpikselī, kas teorētiski vēl vairāk uzlabotu vāju gaismas jutību. 2,4 mikronu efektīvais pikseļu izmērs nav dzirdēts viedtālruņu kamerās. Vienīgā paralēle ir OmniVison 48MP OV48C attēla sensors, kas tika uzsākta CES. Tas izvada standarta Bayer fotoattēlus, un tam ir 1,2 mikronu pikseļu izmērs, kas izmanto gandrīz pikseļu sadalīšanu, lai iegūtu 12 MP fotoattēlus ar 2,4 mikronu pikseļu izmēru. Lai gan tam ir lieliskas specifikācijas, tas vēl nav nonācis nevienā piegādes tālrunī.

Tāpēc Samsung pieeja teorētiski ir labākā no abām pasaulēm. Saskaņā ar uzņēmuma sniegto informāciju tālrunis dinamiski pārslēgsies starp augstas izšķirtspējas 108MP režīmu un 12MP nepikseļu binned režīmu. Dienasgaismā tam vajadzētu būt iespējai uzņemt īpaši augstas izšķirtspējas 108 MP fotoattēlus, lai tvertu tālas detaļas un efektīvāku apgriešanu, ja attēla apstrāde ir līdz nullei. Vāja apgaismojumā tas dinamiski pārslēgsies uz 12MP režīmu, izmantojot 9-in-1 pikseļu sadali. Fotografēšanu vājā apgaismojumā daudz vairāk ietekmē pikseļu izmērs, nevis izšķirtspēja. Teorētiskā līmenī 3x3 pikseļu sadalīšana vājā apgaismojumā ir daudz saprātīgāka nekā 2x2 binning, pat ja izšķirtspēja ir samazināta no 27MP (2x2 binning) uz 12MP (3x3 binning).

Tādējādi Galaxy S20 Ultra 108MP sensoram uz papīra nav nekādu trūkumu. Patiesībā tam vajadzētu izrādīties jaunam attēla kvalitātes čempionam gan dienasgaismā, gan vājā apgaismojumā. Lai gan mēs paturam lēmumu, kamēr paši neesam pārbaudījuši tālruni, Samsung ir pieņēmis pareizos lēmumus uz papīra. Man personīgi nav šaubu, ka, ja izpilde tiks veikta labi, vairāk pārdevēju, kuri izmanto 108MP sensorus, pāries uz 9-in-1 pikseļu sadali no 4-in-1, lai iegūtu labākus fotoattēlus vājā apgaismojumā. Galaxy S20 Ultra noteikti ir interesants tālrunis, un tas liek mums cerēt, ka viedtālruņa kameras veiktspēja un attēla kvalitāte šogad spers vēl vienu soli uz priekšu.

Samsung Galaxy S20 forumi ||| Samsung Galaxy S20+ forumi ||| Samsung Galaxy S20 Ultra forumi