Obrovský 108MP primárny fotoaparát Samsungu Galaxy S20 Ultra využíva združovanie pixelov 9 v 1 v režime 12 MP pixelov. Samsung tomu hovorí nona binning.
Megapixlové vojny smartfónov sa na niekoľko rokov spomalili a zastavili, no v roku 2019 sa opäť rozprúdili. Príchod Huawei P20 Pro v roku 2018 (preskúmanie) a Huawei Mate 20 Pro (preskúmanie) s obrovskými 40MP snímačmi Quad Bayer dokázal, že snímače s vysokým megapixelom nie sú nevyhnutne na škodu pri fotografovaní pri slabom osvetlení. Vďaka šikovnému spájaniu pixelov 4 v 1 a výkonnému nočnému režimu boli vlajkové smartfóny Huawei pre rok 2018 pohodlne špičková úroveň vo fotografovaní pri slabom osvetlení, zhoduje sa a v niektorých prípadoch dokonca prekonáva to najlepšie, čo HDR+ a nočné videnie od Google museli ponúknuť. V roku 2019 sa vysokomegapixelové snímače Quad Bayer inšpirovali spoločnosťou Huawei a dostali sa do hlavného prúdu väčšiny veľkých predajcov smartfónov, ktorí používajú určitú formu 48 MP Sony IMX586, 48 MP Samsung GM1
Galaxy S20 Ultra je vlajkovou loďou v sérii Samsung Galaxy S20 a má zodpovedajúce špecifikácie a ceny. Zatiaľ čo bežné Galaxy S20 a Galaxy S20+ používajú nový 12MP primárny snímač s veľkosťou pixelov 1,8 mikrónu, Galaxy S20 Ultra sa presúva na 108MP primárny snímač. Toto však nie je rovnaký senzor ako Mi Note 10. Galaxy S20 Ultra používa snímač ISOCELL HM1, čo je mierne zlepšenie oproti ISOCELL HMX používanému v Mi Note 10. Je schopný nahrávať video v rozlíšení 8K@24fps. Čo je ešte zaujímavejšie, odstupuje od zlučovania pixelov 4 v 1 používaného v Mi Note 10 k novému spájaniu pixelov 9 v 1, ktoré vytvára 12MP fotografie. Samsung to nazýva nona binning a je to prvý telefón, ktorý používa 3x3 pixel binning namiesto 2x2 pixel binning. Galaxy S20 Ultra dokáže dynamicky prepínať medzi režimom s vysokým rozlíšením 108 MP a režimom bez pixelov s rozlíšením 12 MP.
Aby sme pochopili, prečo je to výhodné, pozrime sa, ako funguje pixel binning.
Združovanie pixelov na vysokomegapixelových snímačoch Quad Bayer
Pred rokom 2018 mal v podstate každý fotoaparát smartfónu pole farebných filtrov Bayer. Huawei P20 Pro a Huawei Mate 20 Pro boli prvé telefóny, ktoré používali snímače Quad Bayer. Jednoducho povedané, snímač Quad Bayer má menšie farebné rozlíšenie ako snímač so štandardným rozložením Bayer. Napríklad na IMX586 majú fyzické farebné filtre na snímači fotoaparátu iba efektívne rozlíšenie 12 MP. ISP takýchto snímačov je schopný dosiahnuť virtuálny 48MP Bayer výsledok zo snímača opätovným usporiadaním subpixelov medzi logickými pixelmi. Malo by byť jasné, že tento prístup nie je taký dobrý ako použitie štandardného Bayerovho filtra. Aký je konkrétny rozdiel? Podľa AnandTech, 48MP IMX586 má priestorové rozlíšenie bližšie k 27MP, pretože je schopný zvýšiť priestorové rozlíšenie len do polovice.
Prečo potom používať snímače Quad Bayer? Dávajú zmysel, pretože až doteraz sú jedinou možnosťou na trhu, ak chce výrobca zariadenia začleniť snímač s vysokým megapixelom. Ich negatíva sú zmiernené použitím 4-v-1 pixel binning, ktorý kombinuje štyri pixely do jedného pixelu na úrovni snímača, aby sa znížil šum, zlepšil dynamický rozsah a zlepšili sa detaily na pixel. Spojenie viacerých pixelov do jedného nie je nový nápad; bolo to urobené s Nokia 808 PureView a Nokia Lumia 1020 v rokoch 2012 a 2013. Predtým bola myšlienka, že viacero zašumených pixelov sa spojí do jedného čistého „super“ pixelu. Príchod snímačov Quad Bayer viedol k popularizácii pixel binningu.
Teória za pixel binning je takáto. Vlastný 40MP snímač Huawei na svojich vlajkových lodiach má veľkosť pixelov 1,0 mikrónu. Bežné 48MP a 64MP snímače majú ešte menšiu veľkosť pixelov na 0,8 mikrónu. Dokonca aj 108MP snímače ISOCELL majú rovnakú veľkosť pixelov 0,8 mikrónu, pretože veľkosť pixelov zostáva konštantná, keď sa rozlíšenie zvyšuje súčasne s veľkosťou snímača. Keď sa veľkosť pixelov zníži, kvalita obrazu pri slabom osvetlení sa nepriaznivo ovplyvní. Fotografie pri slabom osvetlení sú veľmi ovplyvnené citlivosťou pixelu na svetlo, a preto platí pravidlo má ísť s väčšou veľkosťou pixelov, pričom vlajková loď 12MP senzorov sa ustáli na veľkosti pixelov približne 1,4 mikrónu.
Snímače Quad Bayer teoreticky obchádzajú toto obmedzenie tým, že idú s pixel binningom. Výsledkom funkcie spájania pixelov 4 v 1 od spoločnosti Huawei je štandardne 10 megapixelové fotografie pri „efektívnej veľkosti pixelov“ 2,0 mikrónu. 48MP a 64MP senzory štandardne používajú 4-v-1 pixel binning pre 12MP a 16MP fotografie pri efektívnej veľkosti pixelov 1,6 mikrónu. Xiaomi Mi Note 10 štandardne používa 4-v-1 pixel binning pre 27MP fotografie pri efektívnej veľkosti pixelov 1,6 mikrónu. To im umožňuje dosahovať konkurencieschopné výsledky pri slabom osvetlení. Samozrejme, fotografovanie smartfónom je komplikovaná oblasť a spracovanie obrazu je rovnako dôležitým faktorom, ale Ak sú všetky ostatné faktory konštantné, efektívna veľkosť pixelu 1,6 mikrónu by mala byť lepšia ako veľkosť pixelu 1,4 mikrón. Niektorí výrobcovia zariadení boli pri implementácii takýchto vysokomegapixelových snímačov Quad Bayer úspešnejší ako iní. Samsung, Huawei a Apple sa rozhodli zostať pri svojich vlastných senzoroch, zatiaľ čo Google naďalej používal relatívne starý Sony IMX363 v Google Pixel 4, kompenzuje to výpočtovou fotografiou v podobe vylepšeného HDR+ a Night Zrak.
Takže teraz máme trh, kde aj telefóny nižšej strednej triedy majú 48MP a 64MP Quad Bayer snímače, pretože majú v podstate málo skutočných nevýhod oproti tradičným 12MP alebo 16MP snímačom. Pri použití 4-v-1 pixel binning budú mať finálne fotografie aj tak rozlíšenie 12MP vo väčšine svetelných podmienok, najmä pri slabom osvetlení. Výhoda vysokého rozlíšenia prichádza za denného svetla, kde niektoré telefóny ponúkajú 48MP režimy, aby sa využilo zvýšené priestorové rozlíšenie.
„Nona binning“ Galaxy S20 Ultra
Galaxy S20 Ultra je logickým vývojom metodológie spájania pixelov. Až doteraz používali telefóny využívajúce vysokomegapixelové snímače 2x2 binning na spojenie štyroch pixelov do jedného. To umožňuje zdvojnásobiť efektívnu veľkosť pixelov napríklad z 0,8 mikrónu na 1,6 mikrónu. So 108-megapixelovým snímačom však existuje potenciál na spojenie ešte väčšieho počtu pixelov naraz. Zoskupovanie pixelov 4 v 1 bude mať za následok režim zoskupenia pixelov s rozlíšením 27 MP, ktorý je pre bežné fotografie stále príliš veľký. Tiež 27MP fotografie pri efektívnej veľkosti pixelov 1,6 mikrónu sú dobré, ale čo keby ste mohli mať 12MP fotografie s efektívnou veľkosťou pixelov 2,4 mikrónu?
Spoločnosť Samsung dosahuje efektívnu veľkosť pixelov 2,4 mikrónu použitím 3x3 pixel binning, ktorý kombinuje deväť pixelov do jedného pixelu na úrovni snímača. „Nona binning“ nie je nič iné ako marketingový termín spoločnosti pre 3x3 binning. Tým sa skombinuje deväť relatívne zašumených pixelov do jedného veľkého a čistého superpixelu, čo by teoreticky ešte viac zvýšilo citlivosť na slabé svetlo. Efektívna veľkosť pixelov 2,4 mikrónu je vo fotoaparátoch smartfónov nevídaná. Jediná paralela je Obrazový snímač OmniVison OV48C s rozlíšením 48 MP, ktorý odštartoval na CES. Vytvára štandardné fotografie Bayer a má veľkosť pixelov 1,2 mikrónu, ktorá využíva zosúladenie takmer pixelov na dosiahnutie 12MP fotografií s veľkosťou pixelov 2,4 mikrónu. Aj keď má skvelé špecifikácie, zatiaľ sa nedostal do žiadneho mobilného telefónu.
Prístup Samsungu je preto teoreticky najlepší z oboch svetov. Podľa spoločnosti sa telefón bude dynamicky prepínať medzi režimom s vysokým rozlíšením 108 MP a 12 MP režimom bez pixelov. Za denného svetla by mal byť schopný zhotovovať fotografie v ultra vysokom rozlíšení 108 MP na zachytenie vzdialených detailov a na efektívnejšie orezanie, ak je spracovanie obrazu na špičkovej úrovni. Pri slabom osvetlení sa dynamicky prepne do 12MP režimu pomocou 9-v-1 pixel binning. Fotografiu pri slabom osvetlení ovplyvňuje oveľa viac veľkosť pixelov ako rozlíšenie. Na teoretickej úrovni dáva 3x3 binning pri slabom osvetlení oveľa väčší zmysel ako 2x2 binning, aj keď rozlíšenie kleslo z 27MP (2x2 binning) na 12MP (3x3 binning).
108MP snímač Galaxy S20 Ultra teda nemá na papieri žiadne slabiny. V skutočnosti by sa malo ukázať, že ide o nového šampióna kvality obrazu pri dennom svetle, ako aj pri slabom svetle. Aj keď si vyhradzujeme úsudok, kým telefón sami nevyskúšame, spoločnosť Samsung urobila na papieri správne rozhodnutia. Osobne nepochybujem o tom, že ak bude vykonanie vykonané dobre, viac predajcov používajúcich 108MP senzory prejde na 9-in-1 pixel binning z 4-in-1 binningu, aby dosiahli lepšie fotografie pri slabom osvetlení. Galaxy S20 Ultra je rozhodne zaujímavý telefón a dáva nám nádej, že výkon fotoaparátu smartfónu a kvalita obrazu urobia tento rok ďalší krok vpred.
Fórum Samsung Galaxy S20 ||| Fórum Samsung Galaxy S20+ ||| Fórum Samsung Galaxy S20 Ultra