Hvordan Samsung Galaxy S20 Ultra tar flotte bilder med Nona Binning

Megapikselkrigene i smarttelefonkameraet stoppet opp i flere år, men tok fart igjen i 2019. Ankomsten i 2018 av Huawei P20 Pro (anmeldelse) og Huawei Mate 20 Pro (anmeldelse) med enorme 40 MP Quad Bayer-sensorer beviste at sensorer med høye megapiksler ikke nødvendigvis var en ulempe for fotografering med lite lys. Takket være smart 4-i-1 piksel binning og en kraftig nattmodus, kunne Huaweis 2018 flaggskip smarttelefoner komfortabelt være i toppnivået innen fotografering med lite lys, matching og i noen tilfeller til og med å slå det beste som Googles HDR+ og Night Sight måtte by på. I 2019, med inspirasjon fra Huawei, kom Quad Bayer-sensorer med høy megapiksel i mainstream med de fleste store smarttelefonleverandører som bruker en eller annen form for 48 MP Sony IMX586, 48 MP Samsung GM1 og GM2, den 64 MP Samsung ISOCELL GW1, og til slutt, den nyeste 64 MP Sony IMX686. Xiaomi tok ting opp et hakk med lanseringen av

Mi Note 10, som inneholdt en 108 MP Samsung ISOCELL HMX primær sensor. De nylanserte Samsung Galaxy S20 Ultra er den andre telefonen på markedet som bruker et 108 MP primærkamera (ikke medregnet Mi Mix Alpha konsepttelefon), men arbeidsflyten er annerledes. La oss gå inn i detaljene.

Galaxy S20 Ultra er flaggskipet i Samsungs Galaxy S20-serie, og den har spesifikasjonene og prisene som matcher. Mens den vanlige Galaxy S20 og Galaxy S20+ bruker en ny 12MP primærsensor med 1,8 mikron pikselstørrelse, beveger Galaxy S20 Ultra seg opp til en 108MP primærsensor. Dette er imidlertid ikke den samme sensoren som Mi Note 10. Galaxy S20 Ultra bruker en ISOCELL HM1-sensor, som er en liten forbedring i forhold til ISOCELL HMX som brukes i Mi Note 10. Den er i stand til 8K@24fps videoopptak, for én. Mer interessant er det at den går bort fra 4-i-1 piksel binning som brukes i Mi Note 10 til en ny 9-i-1 piksel binning som produserer 12MP bilder. Samsung kaller dette nona binning, og det er den første telefonen som bruker en 3x3 piksel binning i stedet for en 2x2 piksel binning. Galaxy S20 Ultra kan dynamisk skifte mellom en 108 MP-modus med høy oppløsning og en 12 MP-modus uten piksler.

For å forstå hvorfor dette er fordelaktig, la oss ta en titt på hvordan pikselbinning fungerer.

Pixel binning på Quad Bayer-sensorer med høy megapiksel

Før 2018 hadde praktisk talt alle smarttelefonkameraer en Bayer-fargefiltermatrise. Huawei P20 Pro og Huawei Mate 20 Pro var de første telefonene som brukte Quad Bayer-sensorer. Enkelt sagt har en Quad Bayer-sensor mindre fargeoppløsning enn en sensor med standard Bayer-layout. På IMX586, for eksempel, har de fysiske fargefiltrene på kamerasensoren kun en effektiv oppløsning på 12MP. ISPen til slike sensorer er i stand til å oppnå et virtuelt 48 MP Bayer-resultat ut av sensoren ved å omorganisere underpikslene blant de logiske piksler. Det bør være klart at denne tilnærmingen ikke er like god som å bruke et standard Bayer-filter. Hva er den spesifikke forskjellen? I følge AnandTech, 48MP IMX586 har nærmere 27MP romlig oppløsning da den bare er i stand til å øke romoppløsningen halvveis.

Hvorfor bruke Quad Bayer-sensorer da? De er fornuftige fordi de til nå er det eneste alternativet på markedet hvis en enhetsprodusent ønsker å innlemme en sensor med høy megapiksel. Negativene deres reduseres ved å bruke 4-i-1 pikselbinning, som kombinerer fire piksler til én piksel på sensornivå for å redusere støy, forbedre dynamisk rekkevidde og forbedre detaljene per piksel. Å kombinere flere piksler til én er ikke en ny idé; det ble gjort med Nokia 808 PureView og Nokia Lumia 1020 tilbake i 2012 og 2013. Før var tanken at flere støyende piksler skal kombineres til én ren "super" piksel. Ankomsten av Quad Bayer-sensorer førte til populariseringen av pixel binning.

Teorien bak pixel binning er denne. Huaweis tilpassede 40MP-sensor på flaggskipene har en pikselstørrelse på 1,0 mikron. De vanlige 48MP- og 64MP-sensorene har en enda mindre pikselstørrelse på 0,8 mikron. Selv 108 MP ISOCELL-sensorene har samme pikselstørrelse på 0,8 mikron fordi pikselstørrelsen holdes konstant når oppløsningen økes samtidig med sensorstørrelsen. Når pikselstørrelsen reduseres, påvirkes bildekvaliteten med lite lys negativt. Bilder med lite lys påvirkes sterkt av en piksels følsomhet for lys, og derfor er tommelfingerregelen er å gå med en større pikselstørrelse, med flaggskipet 12MP-sensorer med en pikselstørrelse på rundt 1,4 mikron.

Quad Bayer-sensorene omgår teoretisk denne begrensningen ved å gå med pikselbinning. Huaweis 4-i-1 pikselbinning resulterer i 10 MP-bilder som standard med en "effektiv pikselstørrelse" på 2,0 mikron. 48 MP og 64 MP-sensorene bruker 4-i-1 piksel-binning for 12 MP og 16 MP-bilder som standard med en effektiv pikselstørrelse på 1,6 mikron. Xiaomi Mi Note 10 bruker 4-i-1 piksel binning for 27 MP-bilder som standard med en effektiv pikselstørrelse på 1,6 mikron. Dette lar dem oppnå konkurransedyktige resultater i lite lys. Selvfølgelig er smarttelefonfotografering et komplisert felt og bildebehandling er en like viktig faktor, men alle andre faktorer er konstante, bør en effektiv pikselstørrelse på 1,6 mikron være bedre enn en pikselstørrelse på 1,4 mikron. Noen enhetsprodusenter var mer vellykkede enn andre i implementeringen av Quad Bayer-sensorer med høye megapiksler. Samsung, Huawei og Apple valgte å bli med sine tilpassede sensorer, mens Google fortsatte å bruke den relativt gamle Sony IMX363 i Google Pixel 4, som veier opp for det med databehandling i form av forbedret HDR+ og natt Syn.

Dermed har vi nå et marked der enda lavere mellomtonetelefoner har 48MP og 64MP Quad Bayer-sensorer, da de i hovedsak har få reelle ulemper i forhold til tradisjonelle 12MP eller 16MP sensorer. Ved å bruke 4-i-1 piksel binning, vil de endelige bildene ha en oppløsning på 12 MP under de fleste lysforhold uansett, spesielt i dårlig lys. Fordelen med den høye oppløsningen kommer i dagslys, der noen telefoner tilbyr 48 MP-moduser for å dra nytte av den økte romlige oppløsningen.

Galaxy S20 Ultras "nona binning"

Galaxy S20 Ultra er den logiske progresjonen til pikselbinning-metoden. Fram til nå har telefoner som bruker høy megapiksel sensorer brukt 2x2 binning for å kombinere fire piksler til én. Dette lar den effektive pikselstørrelsen dobles fra for eksempel 0,8 mikron til 1,6 mikron. Med en 108 MP-sensor er det imidlertid potensial for å samle enda flere piksler på en gang. 4-i-1 piksel binning vil resultere i en 27MP piksel innebygd modus, som fortsatt uten tvil er for stor for generelle bilder. Dessuten er 27 MP-bilder med en effektiv pikselstørrelse på 1,6 mikron bra, men hva om du kunne ha 12 MP-bilder med en effektiv pikselstørrelse på 2,4 mikron?

Samsung oppnår en effektiv pikselstørrelse på 2,4 mikron ved å bruke 3x3 piksler binning, og kombinerer ni piksler til en enkelt piksel på sensornivå. "Nona binning" er ikke annet enn selskapets markedsføringsbetegnelse for 3x3 binning. Dette vil kombinere ni relativt støyende piksler til én stor og ren superpiksel, noe som teoretisk sett vil forbedre lav lysfølsomhet ytterligere. En effektiv pikselstørrelse på 2,4 mikron er uhørt i smarttelefonkameraer. Den eneste parallellen er OmniVisons 48MP OV48C bildesensor, som ble lansert på CES. Den sender ut standard Bayer-bilder og har en pikselstørrelse på 1,2 mikron som bruker nesten-piksel-binning for å oppnå 12 MP-bilder med en pikselstørrelse på 2,4 mikron. Selv om den har gode spesifikasjoner, har den ikke kommet til noen forsendelsestelefon ennå.

Samsungs tilnærming er derfor teoretisk sett det beste fra to verdener. Telefonen vil dynamisk skifte mellom en høyoppløselig 108 MP-modus og en 12 MP nona pixel-innlagt modus, ifølge selskapet. I dagslys bør den kunne ta bilder med ultrahøy oppløsning på 108 MP for å fange fjerne detaljer og for mer effektiv beskjæring, hvis bildebehandlingen er på topp. I dårlig lys vil den dynamisk skifte til en 12MP-modus ved å bruke 9-i-1 piksel-binning. Fotografering med lite lys påvirkes langt mer av pikselstørrelsen enn oppløsningen. På et teoretisk nivå gir 3x3 piksler binning i lite lys mye mer mening enn 2x2 binning, selv om oppløsningen er redusert fra 27MP (2x2 binning) til 12MP (3x3 binning).

Dermed har 108 MP-sensoren til Galaxy S20 Ultra ingen svakheter på papiret. Faktisk skulle det vise seg å være en ny bildekvalitetsmester i dagslys så vel som i lite lys. Mens vi forbeholder oss dømmekraft til vi har testet telefonen selv, har Samsung tatt de riktige avgjørelsene på papiret. Jeg personlig er ikke i tvil om at hvis utførelsen utføres godt, vil flere leverandører som bruker 108MP-sensorer migrere til 9-i-1 piksel-binning fra 4-i-1-binning for å oppnå bedre bilder i lite lys. Galaxy S20 Ultra er definitivt en interessant telefon, og den gjør oss håpefulle om at smarttelefonkameraytelse og bildekvalitet vil ta enda et skritt fremover i år.

Samsung Galaxy S20-forum ||| Samsung Galaxy S20+-fora ||| Samsung Galaxy S20 Ultra-fora