De enorme 108 MP primaire camera van de Samsung Galaxy S20 Ultra maakt gebruik van 9-in-1 pixelbinning in de 12 MP pixel binned-modus. Samsung noemt dit nona binning.
De megapixeloorlogen voor smartphonecamera's kwamen een aantal jaren tot stilstand, maar kwamen in 2019 weer op stoom. De komst in 2018 van de Huawei P20 Pro (beoordeling) en de Huawei Mate 20 Pro (beoordeling) met enorme 40 MP Quad Bayer-sensoren bewezen dat sensoren met hoge megapixels niet noodzakelijkerwijs schadelijk zijn voor fotografie bij weinig licht. Dankzij de handige 4-in-1 pixelbinning en een krachtige nachtmodus konden Huawei's vlaggenschip-smartphones uit 2018 comfortabel in de het topniveau op het gebied van fotografie bij weinig licht, dat overeenkomt met en in sommige gevallen zelfs het beste overtreft dat Google's HDR+ en Night Sight te bieden hadden aanbod. In 2019 kwamen, geïnspireerd door Huawei, Quad Bayer-sensoren met hoge megapixels in de mainstream terecht, waarbij de meeste grote smartphoneleveranciers een of andere vorm van de technologie gebruikten.
48 MP Sony IMX586, 48MP SamsungGM1 en GM2, de 64 MP Samsung ISOCELL GW1, en tot slot de nieuwste 64 MP Sony IMX686. Xiaomi ging nog een stap verder met de lancering van de Mi Opmerking 10, waarin een 108 MP Samsung ISOCELL HMX primaire sensor. De onlangs gelanceerde Samsung Galaxy S20 Ultra is de tweede telefoon op de markt die een 108 MP primaire camera gebruikt (de Mi Mix Alpha concepttelefoon), maar de workflow is anders. Laten we op de details ingaan.De Galaxy S20 Ultra is het vlaggenschip in de Galaxy S20-serie van Samsung en heeft de bijpassende specificaties en prijzen. Terwijl de gewone Galaxy S20 en de Galaxy S20+ een nieuwe 12 MP primaire sensor met een pixelgrootte van 1,8 micron gebruiken, gaat de Galaxy S20 Ultra omhoog naar een 108 MP primaire sensor. Dit is echter niet dezelfde sensor als de Mi Note 10. De Galaxy S20 Ultra gebruikt een ISOCELL HM1-sensor, wat een kleine verbetering is ten opzichte van de ISOCELL HMX die in de Mi Note 10 wordt gebruikt. Het is bijvoorbeeld in staat om 8K @ 24fps video-opnames te maken. Interessanter is dat het een stap verwijderd is van de 4-in-1 pixelbinning die in de Mi Note 10 wordt gebruikt, naar een nieuwe 9-in-1 pixelbinning die 12 MP-foto's produceert. Samsung noemt dit nona binning, en het is de eerste telefoon die een binning van 3x3 pixels gebruikt in plaats van een binning van 2x2 pixels. De Galaxy S20 Ultra kan dynamisch schakelen tussen een 108 MP-modus met hoge resolutie en een nona pixel-binned 12 MP-modus.
Om te begrijpen waarom dit nuttig is, gaan we eens kijken hoe pixelbinning werkt.
Pixelbinning op Quad Bayer-sensoren met hoge megapixels
Vóór 2018 had vrijwel elke smartphonecamera een Bayer-kleurenfilterarray. De Huawei P20 Pro en de Huawei Mate 20 Pro waren de eerste telefoons die gebruik maakten van Quad Bayer-sensoren. Simpel gezegd heeft een Quad Bayer-sensor een lagere kleurresolutie dan een sensor met een standaard Bayer-indeling. Op de IMX586 hebben de fysieke kleurfilters op de camerasensor bijvoorbeeld slechts een effectieve resolutie van 12 MP. De ISP van dergelijke sensoren kan een virtueel 48 MP Bayer-resultaat uit de sensor halen door de subpixels opnieuw te rangschikken tussen de logische pixels. Het mag duidelijk zijn dat deze aanpak niet zo goed is als het gebruik van een standaard Bayer-filter. Wat is het specifieke verschil? Volgens AnandTech, de 48 MP IMX586 heeft een ruimtelijke resolutie van dichter bij 27 MP, omdat hij de ruimtelijke resolutie slechts halverwege kan verhogen.
Waarom dan Quad Bayer-sensoren gebruiken? Ze zijn logisch omdat ze tot nu toe de enige optie op de markt zijn als een apparaatfabrikant een sensor met hoge megapixels wil inbouwen. Hun negatieven worden verzacht door gebruik te maken van 4-in-1 pixelbinning, waarbij vier pixels worden gecombineerd tot één pixel op sensorniveau om ruis te verminderen, het dynamische bereik te verbeteren en de details per pixel te verbeteren. Het combineren van meerdere pixels in één is geen nieuw idee; het werd gedaan met de Nokia 808 PureView en de Nokia Lumia 1020 in 2012 en 2013. Vroeger was het idee dat meerdere pixels met ruis zouden worden gecombineerd tot één zuivere "super" pixel. De komst van Quad Bayer-sensoren leidde tot de popularisering van pixelbinning.
De theorie achter pixelbinning is deze. De aangepaste 40 MP-sensor van Huawei op zijn vlaggenschepen heeft een pixelgrootte van 1,0 micron. De reguliere 48 MP- en 64 MP-sensoren hebben een nog kleinere pixelgrootte van 0,8 micron. Zelfs de 108 MP ISOCELL-sensoren hebben dezelfde pixelgrootte van 0,8 micron, omdat de pixelgrootte constant wordt gehouden wanneer de resolutie gelijktijdig met de sensorgrootte wordt verhoogd. Wanneer de pixelgrootte wordt verlaagd, wordt de beeldkwaliteit bij weinig licht nadelig beïnvloed. Foto's bij weinig licht worden sterk beïnvloed door de gevoeligheid van een pixel voor licht, en dus door de vuistregel is om te gaan met een grotere pixelgrootte, met vlaggenschip 12 MP-sensoren die zich vestigen op een pixelgrootte van ongeveer 1,4 micron.
De Quad Bayer-sensoren omzeilen deze beperking theoretisch door gebruik te maken van pixelbinning. Huaweis 4-in-1 pixelbinning resulteert standaard in 10 MP foto's met een "effectieve pixelgrootte" van 2,0 micron. De 48 MP- en 64 MP-sensoren gebruiken standaard 4-in-1 pixelbinning voor 12 MP- en 16 MP-foto's met een effectieve pixelgrootte van 1,6 micron. De Xiaomi Mi Note 10 maakt standaard gebruik van 4-in-1 pixelbinning voor 27 MP-foto's met een effectieve pixelgrootte van 1,6 micron. Hierdoor kunnen ze bij weinig licht concurrerende resultaten behalen. Natuurlijk is smartphonefotografie een ingewikkeld vakgebied en is beeldverwerking een even belangrijke factor, maar Als alle andere factoren constant zijn, zou een effectieve pixelgrootte van 1,6 micron beter moeten zijn dan een pixelgrootte van 1,4 micron. Sommige apparaatfabrikanten waren succesvoller dan andere in de implementatie van zulke hoge megapixel Quad Bayer-sensoren. Samsung, Huawei en Apple kozen ervoor om bij hun op maat gemaakte sensoren te blijven, terwijl Google het relatief oude Sony bleef gebruiken IMX363 in de Google Pixel 4, goedgemaakt met computationele fotografie in de vorm van verbeterde HDR+ en Nacht Zicht.
We hebben nu dus een markt waar zelfs telefoons uit het lagere middensegment 48 MP en 64 MP Quad Bayer-sensoren hebben, omdat ze in wezen weinig echte nadelen hebben ten opzichte van traditionele 12 MP of 16 MP sensoren. Met behulp van 4-in-1 pixelbinning hebben de uiteindelijke foto's hoe dan ook een resolutie van 12 MP onder de meeste lichtomstandigheden, vooral bij weinig licht. Het voordeel van de hoge resolutie komt bij daglicht, waar sommige telefoons 48 MP-modi bieden om te profiteren van de verhoogde ruimtelijke resolutie.
De "nona binning" van de Galaxy S20 Ultra
De Galaxy S20 Ultra is de logische voortzetting van de pixelbinning-methodologie. Tot nu toe hebben telefoons met sensoren met hoge megapixels 2x2 binning gebruikt om vier pixels in één te combineren. Hierdoor kan de effectieve pixelgrootte worden verdubbeld van bijvoorbeeld 0,8 micron naar 1,6 micron. Met een 108 MP-sensor bestaat er echter de mogelijkheid om nog meer pixels tegelijk te bundelen. 4-in-1 pixelbinning resulteert in een pixelbinned-modus van 27 MP, die nog steeds aantoonbaar te groot is voor algemene foto's. Ook zijn 27 MP foto's met een effectieve pixelgrootte van 1,6 micron goed, maar wat als je 12 MP foto's zou kunnen hebben met een effectieve pixelgrootte van 2,4 micron?
Samsung bereikt een effectieve pixelgrootte van 2,4 micron door gebruik te maken van 3x3 pixelbinning, waarbij negen pixels op sensorniveau worden gecombineerd tot één enkele pixel. "Nona binning" is niets anders dan de marketingterm van het bedrijf voor 3x3 binning. Hierdoor worden negen pixels met relatief veel ruis gecombineerd tot één grote en zuivere superpixel, wat theoretisch de gevoeligheid bij weinig licht verder zou verbeteren. Een effectieve pixelgrootte van 2,4 micron is ongehoord in smartphonecamera’s. De enige parallel is OmniVison's 48 MP OV48C-beeldsensor, gelanceerd op CES. Het voert standaard Bayer-foto's uit en heeft een pixelgrootte van 1,2 micron die bijna-pixelbinning gebruikt om 12 MP-foto's met een pixelgrootte van 2,4 micron te verkrijgen. Hoewel het geweldige specificaties heeft, is het nog niet op een verzendtelefoon terechtgekomen.
De aanpak van Samsung is daarom theoretisch het beste van twee werelden. Volgens het bedrijf zal de telefoon dynamisch schakelen tussen een 108 MP-modus met hoge resolutie en een 12 MP nona pixel binned-modus. Bij daglicht zou hij 108 MP-foto's met ultrahoge resolutie moeten kunnen maken om details op afstand vast te leggen en voor effectievere bijsnijden, als de beeldverwerking op orde is. Bij weinig licht schakelt hij dynamisch over naar een 12 MP-modus, met behulp van 9-in-1 pixelbinning. Fotografie bij weinig licht wordt veel meer beïnvloed door de pixelgrootte dan door de resolutie. Op theoretisch niveau is 3x3 pixelbinning bij weinig licht veel logischer dan 2x2 binning, ook al wordt de resolutie verlaagd van 27 MP (2x2 binning) naar 12 MP (3x3 binning).
De 108 MP sensor van de Galaxy S20 Ultra kent dus op papier geen zwakke punten. In feite zou het een nieuwe kampioen in beeldkwaliteit moeten worden, zowel bij daglicht als bij weinig licht. Terwijl we ons oordeel voorbehouden totdat we de telefoon zelf hebben getest, heeft Samsung op papier de juiste beslissingen genomen. Persoonlijk twijfel ik er niet aan dat als de uitvoering goed wordt uitgevoerd, meer leveranciers die 108 MP-sensoren gebruiken, zullen migreren naar 9-in-1 pixelbinning van 4-in-1-binning om betere foto's te maken bij weinig licht. De Galaxy S20 Ultra is absoluut een interessante telefoon, en het stemt ons hoopvol dat de cameraprestaties en beeldkwaliteit van smartphones dit jaar weer een stap voorwaarts zullen maken.
Samsung Galaxy S20-forums ||| Samsung Galaxy S20+-forums ||| Samsung Galaxy S20 Ultra-forums