A enorme câmera primária de 108 MP do Samsung Galaxy S20 Ultra usa binning de pixels 9 em 1 em seu modo binning de pixels de 12 MP. A Samsung chama isso de nona binning.
A guerra dos megapixels das câmeras dos smartphones desacelerou por vários anos, mas ganhou força novamente em 2019. A chegada em 2018 do Huawei P20 Pro (análise) e o Huawei Mate 20 Pro (análise) com enormes sensores Quad Bayer de 40 MP provou que sensores de alto megapixel não eram necessariamente um prejuízo para a fotografia com pouca luz. Graças ao elegante binning de pixels 4 em 1 e ao poderoso Modo Noturno, os principais smartphones da Huawei de 2018 conseguiram estar confortavelmente em o melhor em fotografia com pouca luz, igualando e, em alguns casos, até superando o melhor que o HDR + e o Night Sight do Google tiveram oferecer. Em 2019, inspirados na Huawei, os sensores Quad Bayer de alto megapixel chegaram ao mercado, com a maioria dos principais fornecedores de smartphones usando alguma forma do Sony IMX586 de 48 MP
O Galaxy S20 Ultra é o telefone carro-chefe da série Galaxy S20 da Samsung e tem especificações e preços correspondentes. Enquanto o Galaxy S20 normal e o Galaxy S20+ usam um novo sensor primário de 12 MP com tamanho de pixel de 1,8 mícron, o Galaxy S20 Ultra passa para um sensor primário de 108 MP. No entanto, este não é o mesmo sensor do Mi Note 10. O Galaxy S20 Ultra usa um sensor ISOCELL HM1, que é uma ligeira melhoria em relação ao ISOCELL HMX usado no Mi Note 10. É capaz de gravar vídeo de 8K a 24fps, por exemplo. O mais interessante é que ele se afasta do binning de pixel 4 em 1 usado no Mi Note 10 para um novo binning de pixel 9 em 1 que produz fotos de 12 MP. A Samsung chama isso de nona binning, e é o primeiro telefone a usar um binning de 3x3 pixels em vez de um binning de 2x2 pixels. O Galaxy S20 Ultra pode alternar dinamicamente entre um modo de 108 MP de alta resolução e um modo de 12 MP com compartimento sem pixels.
Para entender por que isso é benéfico, vamos dar uma olhada em como funciona o binning de pixels.
Binning de pixels em sensores Quad Bayer de alto megapixel
Antes de 2018, praticamente todas as câmeras de smartphones tinham um conjunto de filtros de cores Bayer. O Huawei P20 Pro e o Huawei Mate 20 Pro foram os primeiros telefones a usar sensores Quad Bayer. Simplificando, um sensor Quad Bayer tem menos resolução de cores do que um sensor com layout Bayer padrão. No IMX586, por exemplo, os filtros físicos de cores no sensor da câmera têm apenas uma resolução efetiva de 12MP. O ISP de tais sensores é capaz de obter um resultado Bayer virtual de 48 MP do sensor, reorganizando os subpixels entre os pixels lógicos. Deve ficar claro que esta abordagem não é tão boa quanto usar um filtro Bayer padrão. Qual é a diferença específica? De acordo com AnandTech, o IMX586 de 48 MP tem resolução espacial próxima de 27 MP, pois só é capaz de aumentar a resolução espacial até a metade.
Por que usar sensores Quad Bayer então? Eles fazem sentido porque, até agora, são a única opção no mercado se um fabricante de dispositivos quiser incorporar um sensor de alto megapixel. Seus negativos são atenuados pelo uso de binning de pixels 4 em 1, que combina quatro pixels em um pixel no nível do sensor para reduzir o ruído, melhorar a faixa dinâmica e melhorar os detalhes por pixel. Combinar vários pixels em um não é uma ideia nova; isso foi feito com o Nokia 808 PureView e o Nokia Lumia 1020 em 2012 e 2013. Antes, a ideia era que vários pixels barulhentos fossem combinados em um “super” pixel limpo. O advento dos sensores Quad Bayer levou à popularização do pixel binning.
A teoria por trás do binning de pixels é esta. O sensor personalizado de 40 MP da Huawei em seus carros-chefe tem um tamanho de pixel de 1,0 mícron. Os sensores convencionais de 48 MP e 64 MP têm um tamanho de pixel ainda menor, de 0,8 mícron. Mesmo os sensores ISOCELL de 108 MP têm o mesmo tamanho de pixel de 0,8 mícron porque o tamanho do pixel é mantido constante quando a resolução é aumentada simultaneamente com o tamanho do sensor. Quando o tamanho do pixel é reduzido, a qualidade da imagem com pouca luz é afetada negativamente. Fotos com pouca luz são altamente afetadas pela sensibilidade de um pixel à luz e, portanto, a regra prática é optar por um tamanho de pixel maior, com sensores principais de 12 MP com tamanho de pixel de cerca de 1,4 mícron.
Os sensores Quad Bayer teoricamente contornam essa limitação optando pelo binning de pixels. O binning de pixels 4 em 1 da Huawei resulta em fotos de 10 MP por padrão com um “tamanho efetivo de pixel” de 2,0 mícrons. Os sensores de 48 MP e 64 MP usam binning de pixels 4 em 1 para fotos de 12 MP e 16 MP por padrão com um tamanho efetivo de pixel de 1,6 mícron. O Xiaomi Mi Note 10 usa binning de pixel 4 em 1 para fotos de 27 MP por padrão com um tamanho efetivo de pixel de 1,6 mícron. Isso permite que eles alcancem resultados competitivos com pouca luz. É claro que a fotografia em smartphones é um campo complicado e o processamento de imagens é um fator igualmente importante, mas sendo todos os outros fatores constantes, um tamanho de pixel efetivo de 1,6 mícron deve ser melhor que um tamanho de pixel de 1,4 mícron. Alguns fabricantes de dispositivos tiveram mais sucesso do que outros na implementação de sensores Quad Bayer de alto megapixel. Samsung, Huawei e Apple optaram por permanecer com seus sensores personalizados, enquanto o Google continuou a usar o relativamente antigo Sony IMX363 no Google Pixel 4, compensando com fotografia computacional na forma de HDR + e Noite aprimorados Visão.
Assim, temos agora um mercado onde até mesmo os telefones de gama média inferior possuem sensores Quad Bayer de 48MP e 64MP, já que essencialmente apresentam poucas desvantagens reais em relação aos sensores tradicionais de 12MP ou 16MP. Usando binning de pixels 4 em 1, as fotos finais terão resolução de 12 MP na maioria das condições de iluminação, especialmente com pouca luz. O benefício da alta resolução surge à luz do dia, onde alguns telefones oferecem modos de 48 MP para aproveitar a resolução espacial aumentada.
O “nona binning” do Galaxy S20 Ultra
O Galaxy S20 Ultra é a progressão lógica da metodologia de pixel binning. Até agora, os telefones que usam sensores de alto megapixel usavam binning 2x2 para combinar quatro pixels em um. Isso permite que o tamanho efetivo do pixel seja duplicado de 0,8 mícron para 1,6 mícron, por exemplo. Com um sensor de 108 MP, porém, há potencial para armazenar ainda mais pixels de uma vez. O agrupamento de pixels 4 em 1 resultará em um modo agrupado de pixels de 27 MP, que ainda é provavelmente muito grande para fotos em geral. Além disso, fotos de 27 MP com tamanho efetivo de pixel de 1,6 mícron são boas, mas e se você pudesse ter fotos de 12 MP com tamanho efetivo de pixel de 2,4 mícron?
A Samsung atinge um tamanho efetivo de pixel de 2,4 mícrons usando binning de 3x3 pixels, combinando nove pixels em um único pixel no nível do sensor. "Nona binning" nada mais é do que o termo de marketing da empresa para binning 3x3. Isso combinará nove pixels relativamente barulhentos em um superpixel grande e limpo, o que teoricamente aumentaria ainda mais a sensibilidade à luz fraca. Um tamanho de pixel efetivo de 2,4 mícrons é inédito em câmeras de smartphones. O único paralelo é Sensor de imagem OV48C de 48 MP da OmniVison, lançado na CES. Ele produz fotos padrão da Bayer e tem um tamanho de pixel de 1,2 mícron que usa binning próximo de pixel para obter fotos de 12 MP com tamanho de pixel de 2,4 mícron. Embora tenha ótimas especificações, ainda não chegou a nenhum telefone comercial.
A abordagem da Samsung, portanto, é teoricamente o melhor dos dois mundos. O telefone mudará dinamicamente entre um modo de 108 MP de alta resolução e um modo de 12 MP nona pixel binned, de acordo com a empresa. À luz do dia, ele deve ser capaz de tirar fotos de 108 MP de resolução ultra-alta para capturar detalhes distantes e para um corte mais eficaz, se o processamento de imagem for perfeito. Com pouca luz, ele mudará dinamicamente para um modo de 12 MP, usando binning de pixels 9 em 1. A fotografia com pouca luz é afetada muito mais pelo tamanho do pixel do que pela resolução. Em um nível teórico, o binning de 3x3 pixels com pouca luz faz muito mais sentido do que o binning de 2x2, mesmo que a resolução caia de 27MP (binning de 2x2) para 12MP (binning de 3x3).
Assim, o sensor de 108MP do Galaxy S20 Ultra não apresenta pontos fracos no papel. Na verdade, ele deve se tornar um novo campeão de qualidade de imagem tanto à luz do dia quanto com pouca luz. Embora reservemos o julgamento até que testemos o telefone, a Samsung tomou as decisões corretas no papel. Pessoalmente, não tenho dúvidas de que, se a execução for bem executada, mais fornecedores que usam sensores de 108 MP migrarão para o agrupamento de pixels 9 em 1 do agrupamento 4 em 1 para obter melhores fotos com pouca luz. O Galaxy S20 Ultra é definitivamente um telefone interessante e nos dá esperança de que o desempenho da câmera do smartphone e a qualidade da imagem darão mais um passo à frente este ano.
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