Как Samsung Galaxy S20 Ultra делает отличные фотографии с Ноной Биннинг

Войны за мегапиксельные камеры смартфонов замедлились на несколько лет, но снова набрали обороты в 2019 году. Появление в 2018 году Huawei P20 Pro (обзор) и Huawei Mate 20 Pro (обзор) с огромными 40-мегапиксельными сенсорами Quad Bayer доказали, что сенсоры с высоким разрешением не обязательно наносят ущерб съемке при слабом освещении. Благодаря изящному объединению пикселей 4-в-1 и мощному ночному режиму флагманские смартфоны Huawei 2018 года могли с комфортом находиться в лучший в области фотографии при слабом освещении, соответствующий, а в некоторых случаях даже превосходящий лучшее, что могли предложить Google HDR+ и Night Sight предложение. В 2019 году, вдохновленные Huawei, высокомегапиксельные датчики Quad Bayer стали массовыми, причем большинство крупных производителей смартфонов использовали ту или иную форму

48-мегапиксельная Sony IMX586, 48-мегапиксельная камера Samsung GM1 и GM2, Samsung ISOCELL GW1, 64 МПи, наконец, новейшая 64-мегапиксельная камера Sony IMX686. Xiaomi подняла ситуацию на ступеньку выше, выпустив Ми Примечание 10, в котором фигурировал 108-мегапиксельная камера Samsung ISOCELL HMX первичный датчик. недавно выпущенный Samsung Galaxy S20 Ultra это второй телефон на рынке, использующий основную камеру на 108 Мп (не считая Ми Микс Альфа концептуальный телефон), но его рабочий процесс отличается. Давайте углубимся в детали.

Galaxy S20 Ultra — флагманский телефон в серии Galaxy S20 от Samsung, имеющий соответствующие характеристики и цену. В то время как в обычных Galaxy S20 и Galaxy S20+ используется новый основной датчик на 12 МП с размером пикселя 1,8 микрона, в Galaxy S20 Ultra используется основной датчик на 108 МП. Однако это не тот же датчик, что в Mi Note 10. В Galaxy S20 Ultra используется датчик ISOCELL HM1, который является небольшим улучшением по сравнению с ISOCELL HMX, используемым в Mi Note 10. Например, он способен записывать видео 8K со скоростью 24 кадра в секунду. Что еще интереснее, он отходит от объединения пикселей 4-в-1, используемого в Mi Note 10, к новому объединению пикселей 9-в-1, которое позволяет создавать фотографии с разрешением 12 Мп. Samsung называет это «нона-биннингом», и это первый телефон, который использует биннинг пикселей 3x3, а не биннинг 2x2 пикселей. Galaxy S20 Ultra может динамически переключаться между режимом высокого разрешения 108 МП и режимом без пикселей с разрешением 12 МП.

Чтобы понять, почему это выгодно, давайте посмотрим, как работает объединение пикселей.

Объединение пикселей на высокомегапиксельных сенсорах Quad Bayer

До 2018 года практически каждая камера смартфона имела матрицу цветных фильтров Байера. Huawei P20 Pro и Huawei Mate 20 Pro были первыми телефонами, в которых использовались датчики Quad Bayer. Проще говоря, сенсор Quad Bayer имеет меньшее цветовое разрешение, чем сенсор со стандартной компоновкой Bayer. Например, в IMX586 физические цветные фильтры на сенсоре камеры имеют эффективное разрешение только 12 МП. Интернет-провайдер таких датчиков может получить виртуальный результат Байера с разрешением 48 МП за счет перестановки субпикселей среди логических пикселей. Должно быть ясно, что этот подход не так хорош, как использование стандартного фильтра Байера. В чем конкретное отличие? В соответствии с АнандТех, 48-мегапиксельная IMX586 имеет пространственное разрешение, близкое к 27-мегапиксельной, поскольку она способна увеличить пространственное разрешение только наполовину..

Зачем тогда использовать датчики Quad Bayer? Они имеют смысл, потому что до сих пор они являются единственным вариантом на рынке, если производитель устройств хочет установить датчик с высоким мегапикселем. Их негативные последствия смягчаются за счет использования объединения пикселей 4-в-1, которое объединяет четыре пикселя в один на уровне сенсора для уменьшения шума, улучшения динамического диапазона и улучшения попиксельной детализации. Объединение нескольких пикселей в один — идея не новая; это было сделано с Nokia 808 PureView и Nokia Lumia 1020 еще в 2012 и 2013 годах. Раньше идея заключалась в том, что несколько зашумленных пикселей будут объединены в один чистый «супер» пиксель. Появление датчиков Quad Bayer привело к популяризации объединения пикселей.

Теория объединения пикселей заключается в следующем. Специальный 40-мегапиксельный сенсор Huawei на флагманах имеет размер пикселя 1,0 микрона. Основные датчики на 48 и 64 МП имеют еще меньший размер пикселей — 0,8 микрона. Даже сенсоры ISOCELL с разрешением 108 МП имеют одинаковый размер пикселя 0,8 микрона, поскольку размер пикселя остается постоянным, когда разрешение увеличивается одновременно с размером сенсора. Уменьшение размера пикселя ухудшает качество изображения при слабом освещении. На фотографии при слабом освещении сильно влияет чувствительность пикселей к свету и, следовательно, эмпирическое правило. должен использовать больший размер пикселей: флагманские 12-мегапиксельные датчики имеют размер пикселя около 1,4 микрона.

Датчики Quad Bayer теоретически обходят это ограничение, используя объединение пикселей. Объединение пикселей Huawei «4 в 1» по умолчанию дает фотографии с разрешением 10 Мп при «эффективном размере пикселя» 2,0 микрона. Датчики на 48 и 64 мегапикселя по умолчанию используют объединение пикселей 4-в-1 для фотографий с разрешением 12 и 16 мегапикселей при эффективном размере пикселя 1,6 микрона. Xiaomi Mi Note 10 по умолчанию использует объединение пикселей 4-в-1 для фотографий с разрешением 27 Мп при эффективном размере пикселя 1,6 микрона. Это позволяет им достигать конкурентоспособных результатов при слабом освещении. Конечно, фотография смартфона — сложная область, и обработка изображений — не менее важный фактор, но при прочих равных условиях эффективный размер пикселя 1,6 микрона должен быть лучше, чем размер пикселя 1,4. микрон. Некоторые производители устройств добились большего успеха, чем другие, во внедрении таких мегапиксельных датчиков Quad Bayer. Samsung, Huawei и Apple предпочли остаться со своими собственными датчиками, в то время как Google продолжил использовать относительно старые датчики Sony. IMX363 в Google Pixel 4, компенсируя это вычислительной фотографией в виде улучшенных HDR+ и Night. Взгляд.

Таким образом, теперь у нас есть рынок, где даже телефоны среднего класса имеют датчики Quad Bayer на 48 и 64 мегапикселя, поскольку у них, по сути, мало реальных недостатков по сравнению с традиционными датчиками на 12 или 16 мегапикселей. Благодаря объединению пикселей 4-в-1 окончательные фотографии в любом случае будут иметь разрешение 12 МП в большинстве условий освещения, особенно при слабом освещении. Преимущество высокого разрешения проявляется при дневном свете, когда некоторые телефоны предлагают режимы 48 МП, чтобы воспользоваться преимуществами повышенного пространственного разрешения.

«Нона-биннинг» Galaxy S20 Ultra

Galaxy S20 Ultra — это логическое развитие методологии объединения пикселей. До сих пор в телефонах, оснащенных сенсорами с высоким разрешением, использовалось биннинг 2x2 для объединения четырех пикселей в один. Это позволяет, например, удвоить эффективный размер пикселя с 0,8 микрона до 1,6 микрона. Однако с сенсором на 108 МП существует возможность объединения еще большего количества пикселей одновременно. Объединение пикселей 4-в-1 приведет к созданию режима объединения пикселей с разрешением 27 Мп, что, возможно, все еще слишком велико для обычных фотографий. Кроме того, фотографии с разрешением 27 МП и эффективным размером пикселя 1,6 микрона — это хорошо, но что, если бы вы могли иметь фотографии 12 МП с эффективным размером пикселя 2,4 микрона?

Samsung достигает эффективного размера пикселя 2,4 микрона за счет объединения пикселей 3x3, объединяя девять пикселей в один на уровне сенсора. «Биннинг Нона» — это не что иное, как маркетинговый термин компании, обозначающий группировку 3х3. Это объединит девять относительно шумных пикселей в один большой и чистый суперпиксель, что теоретически еще больше повысит чувствительность при слабом освещении. Эффективный размер пикселя 2,4 микрона является неслыханным явлением для камер смартфонов. Единственная параллель – это Датчик изображения OmniVison OV48C с разрешением 48 МП., который был представлен на выставке CES. Он выводит стандартные фотографии Байера и имеет размер пикселя 1,2 микрона, который использует близкое к пикселю объединение для получения фотографий с разрешением 12 МП с размером пикселя 2,4 микрона. Несмотря на отличные характеристики, он еще не появился ни на одном телефоне.

Таким образом, подход Samsung теоретически является лучшим из обоих миров. По данным компании, телефон будет динамически переключаться между режимом высокого разрешения (108 МП) и режимом без объединения пикселей (12 МП). При дневном свете он сможет делать фотографии со сверхвысоким разрешением 108 Мп, чтобы фиксировать удаленные детали и более эффективно кадрировать, если обработка изображений находится на должном уровне. При слабом освещении он динамически переключается в режим 12 МП, используя объединение пикселей 9-в-1. На фотографию при слабом освещении гораздо больше влияет размер пикселя, чем разрешение. На теоретическом уровне объединение пикселей 3x3 при слабом освещении имеет гораздо больше смысла, чем объединение 2x2, даже если разрешение снижается с 27 МП (бинирование 2x2) до 12 МП (бинирование 3x3).

Таким образом, 108-мегапиксельный сенсор Galaxy S20 Ultra на бумаге не имеет недостатков. Фактически, он должен стать новым рекордсменом по качеству изображения как при дневном, так и при слабом освещении. Хотя мы оставляем за собой право выносить суждения до тех пор, пока не протестируем телефон самостоятельно, Samsung приняла правильные решения на бумаге. Лично я не сомневаюсь, что если реализация будет выполнена хорошо, все больше поставщиков, использующих датчики на 108 МП, перейдут на объединение пикселей 9-в-1 с объединения 4-в-1, чтобы добиться более качественных фотографий при слабом освещении. Galaxy S20 Ultra, безусловно, интересный телефон, и он вселяет надежду, что производительность камеры смартфона и качество изображения в этом году сделают еще один шаг вперед.

Форумы Samsung Galaxy S20 ||| Форумы Samsung Galaxy S20+ ||| Форумы Samsung Galaxy S20 Ultra