Samsung Galaxy S20 Ultra ถ่ายภาพสวยด้วย Nona Binning ได้อย่างไร

สงครามเมกะพิกเซลของกล้องสมาร์ทโฟนชะลอตัวลงเป็นเวลาหลายปี แต่ก็กลับมาได้รับความนิยมอีกครั้งในปี 2562 การมาถึงในปี 2018 ของ Huawei P20 Pro (ทบทวน) และ Huawei Mate 20 Pro (ทบทวน) ด้วยเซ็นเซอร์ Quad Bayer ขนาดใหญ่ 40MP พิสูจน์ให้เห็นว่าเซ็นเซอร์เมกะพิกเซลสูงไม่จำเป็นต้องส่งผลเสียต่อการถ่ายภาพในที่แสงน้อย ต้องขอบคุณการรวมพิกเซลแบบ 4-in-1 ที่สวยงามและโหมดกลางคืนอันทรงพลัง ทำให้สมาร์ทโฟนเรือธงปี 2018 ของ Huawei สามารถอยู่ในนั้นได้อย่างสะดวกสบาย ระดับสูงสุดในการถ่ายภาพในสภาวะแสงน้อย การจับคู่ และในบางกรณี ยังสามารถเอาชนะ HDR+ และ Night Sight ของ Google ได้อีกด้วย เสนอ. ในปี 2019 โดยได้รับแรงบันดาลใจจาก Huawei เซ็นเซอร์ Quad Bayer ที่มีพิกเซลสูงได้เข้าสู่กระแสหลัก โดยมีผู้จำหน่ายสมาร์ทโฟนรายใหญ่ส่วนใหญ่ใช้รูปแบบของ 48MP โซนี่ IMX586, ซัมซุง GM1.48 ล้านพิกเซล และ GM2, 64MP ซัมซุง ISOCELL GW1และสุดท้ายคือ Sony IMX686 64MP รุ่นล่าสุด Xiaomi ยกระดับไปอีกขั้นด้วยการเปิดตัว

มิโน๊ต10ซึ่งมีจุดเด่นคือ 108MP ซัมซุง ISOCELL HMX เซ็นเซอร์หลัก ที่ Samsung Galaxy S20 Ultra เปิดตัวใหม่ เป็นโทรศัพท์เครื่องที่สองในตลาดที่ใช้กล้องหลัก 108MP (ไม่นับรวม มิมิกซ์อัลฟ่า โทรศัพท์แนวคิด) แต่ขั้นตอนการทำงานแตกต่างออกไป มาดูรายละเอียดกันดีกว่า

Galaxy S20 Ultra เป็นโทรศัพท์หลักในซีรีส์ Galaxy S20 ของ Samsung และมีสเปคและราคาที่ตรงกัน ในขณะที่ Galaxy S20 ปกติและ Galaxy S20+ ใช้เซ็นเซอร์หลัก 12MP ใหม่ที่มีขนาดพิกเซล 1.8 ไมครอน Galaxy S20 Ultra จะเลื่อนขึ้นไปเป็นเซ็นเซอร์หลัก 108MP นี่ไม่ใช่เซ็นเซอร์แบบเดียวกับ Mi Note 10 Galaxy S20 Ultra ใช้เซ็นเซอร์ ISOCELL HM1 ซึ่งเป็นการปรับปรุงเล็กน้อยจาก ISOCELL HMX ที่ใช้ใน Mi Note 10 สามารถบันทึกวิดีโอ 8K@24fps ได้ด้วยตัวเดียว สิ่งที่น่าสนใจยิ่งกว่านั้นคือ ก้าวออกจากการรวมพิกเซลแบบ 4-in-1 ที่ใช้ใน Mi Note 10 ไปสู่การรวมพิกเซลแบบ 9-in-1 ใหม่ที่สร้างภาพถ่าย 12MP Samsung เรียกสิ่งนี้ว่า nona binning และเป็นโทรศัพท์เครื่องแรกที่ใช้ binning พิกเซล 3x3 แทนที่จะเป็น binning พิกเซล 2x2 Galaxy S20 Ultra สามารถสลับระหว่างโหมดความละเอียดสูง 108MP และโหมด 12MP แบบไม่มีพิกเซล Binned ได้แบบไดนามิก

เพื่อให้เข้าใจว่าเหตุใดสิ่งนี้จึงเป็นประโยชน์ เรามาดูกันว่า Pixel Binning ทำงานอย่างไร

Pixel Binning บนเซ็นเซอร์ Quad Bayer ที่มีพิกเซลสูง

ก่อนปี 2018 กล้องสมาร์ทโฟนทุกตัวมีอาร์เรย์ฟิลเตอร์สีของไบเออร์ Huawei P20 Pro และ Huawei Mate 20 Pro เป็นโทรศัพท์เครื่องแรกที่ใช้เซ็นเซอร์ Quad Bayer พูดง่ายๆ ก็คือ เซ็นเซอร์ Quad Bayer มีความละเอียดของสีน้อยกว่าเซ็นเซอร์ที่มีเค้าโครงมาตรฐานของ Bayer ตัวอย่างเช่น ใน IMX586 ฟิลเตอร์สีจริงบนเซนเซอร์กล้องจะมีความละเอียดใช้งานจริงเพียง 12MP เท่านั้น ISP ของเซ็นเซอร์ดังกล่าวสามารถบรรลุผลลัพธ์เสมือนจริงของ Bayer 48MP จากเซ็นเซอร์ได้ โดยการจัดเรียงพิกเซลย่อยใหม่ระหว่างพิกเซลลอจิคัล ควรชัดเจนว่าแนวทางนี้ไม่ดีเท่ากับการใช้ตัวกรองมาตรฐานของไบเออร์ ความแตกต่างเฉพาะคืออะไร? ตาม อานันท์เทค, IMX586 ความละเอียด 48MP มีความละเอียดเชิงพื้นที่ใกล้เคียงกับ 27MP เนื่องจากสามารถเพิ่มความละเอียดเชิงพื้นที่ได้เพียงครึ่งทางเท่านั้น.

เหตุใดจึงต้องใช้เซ็นเซอร์ Quad Bayer? มันสมเหตุสมผลเพราะจนถึงตอนนี้ มันเป็นตัวเลือกเดียวในตลาดหากผู้ผลิตอุปกรณ์ต้องการรวมเซ็นเซอร์เมกะพิกเซลสูง ปัญหาเชิงลบเหล่านี้บรรเทาลงด้วยการใช้ 4-in-1 pixel binning ซึ่งรวมสี่พิกเซลเป็นหนึ่งพิกเซลที่ระดับเซ็นเซอร์ เพื่อลดสัญญาณรบกวน ปรับปรุงช่วงไดนามิก และปรับปรุงรายละเอียดต่อพิกเซล การรวมหลายพิกเซลเป็นหนึ่งเดียวไม่ใช่แนวคิดใหม่ เสร็จสิ้นด้วย Nokia 808 PureView และ Nokia Lumia 1020 ในปี 2012 และ 2013 ก่อนหน้านี้ แนวคิดก็คือว่าพิกเซลที่มีสัญญาณรบกวนหลายพิกเซลจะถูกรวมเข้าด้วยกันเป็นพิกเซล "ซุปเปอร์" ที่สะอาดตาเพียงพิกเซลเดียว การถือกำเนิดของเซ็นเซอร์ Quad Bayer นำไปสู่การเป็นที่นิยมของ Pixel Binning

ทฤษฎีเบื้องหลัง Pixel Binning คือสิ่งนี้ เซ็นเซอร์ 40MP แบบกำหนดเองของ Huawei บนเรือธงมีขนาดพิกเซล 1.0 ไมครอน เซ็นเซอร์หลัก 48MP และ 64MP มีขนาดพิกเซลที่เล็กกว่าที่ 0.8 ไมครอน แม้แต่เซ็นเซอร์ ISOCELL 108MP ก็มีขนาดพิกเซล 0.8 ไมครอนเท่ากัน เนื่องจากขนาดพิกเซลจะคงที่เมื่อเพิ่มความละเอียดพร้อมกันกับขนาดเซ็นเซอร์ เมื่อขนาดพิกเซลลดลง คุณภาพของภาพที่มีแสงน้อยจะได้รับผลกระทบในทางลบ ภาพถ่ายในสภาพแสงน้อยได้รับผลกระทบอย่างมากจากความไวต่อแสงของพิกเซล ดังนั้นจึงเป็นหลักการทั่วไป จะใช้ขนาดพิกเซลที่ใหญ่กว่า โดยเซ็นเซอร์เรือธง 12MP จะมีขนาดพิกเซลประมาณ 1.4 ไมครอน

เซ็นเซอร์ Quad Bayer ในทางทฤษฎีจะหลีกเลี่ยงข้อจำกัดนี้โดยการใช้ Pixel Binning Binning พิกเซลแบบ 4-in-1 ของ Huawei ทำให้ได้ภาพถ่าย 10MP ตามค่าเริ่มต้นที่ "ขนาดพิกเซลที่ใช้งานจริง" ที่ 2.0 ไมครอน เซ็นเซอร์ 48MP และ 64MP ใช้การรวมพิกเซลแบบ 4-in-1 สำหรับภาพถ่าย 12MP และ 16MP โดยค่าเริ่มต้นที่ขนาดพิกเซลใช้งานจริง 1.6 ไมครอน Xiaomi Mi Note 10 ใช้การรวมพิกเซลแบบ 4-in-1 สำหรับภาพถ่าย 27MP โดยค่าเริ่มต้นที่ขนาดพิกเซลใช้งานจริง 1.6 ไมครอน ช่วยให้พวกเขาบรรลุผลการแข่งขันในสภาพแสงน้อย แน่นอนว่าการถ่ายภาพด้วยสมาร์ทโฟนเป็นสาขาที่ซับซ้อน และการประมวลผลภาพก็เป็นปัจจัยที่สำคัญไม่แพ้กัน ปัจจัยอื่นๆ ทั้งหมดคงที่ ขนาดพิกเซลที่ใช้งานจริง 1.6 ไมครอน ควรดีกว่าขนาดพิกเซล 1.4 ไมครอน ผู้ผลิตอุปกรณ์บางรายประสบความสำเร็จมากกว่ารายอื่นๆ ในการใช้เซ็นเซอร์ Quad Bayer ที่มีเมกะพิกเซลสูงดังกล่าว Samsung, Huawei และ Apple เลือกที่จะใช้เซ็นเซอร์แบบกำหนดเอง ในขณะที่ Google ยังคงใช้ Sony ที่ค่อนข้างเก่าต่อไป IMX363 ใน Google Pixel 4 ชดเชยด้วยการถ่ายภาพด้วยคอมพิวเตอร์ในรูปแบบของ HDR+ และกลางคืนที่ได้รับการปรับปรุง ภาพ.

ดังนั้น ตอนนี้เราจึงมีตลาดที่แม้แต่โทรศัพท์ระดับกลางระดับล่างก็มีเซ็นเซอร์ Quad Bayer ความละเอียด 48MP และ 64MP เนื่องจากพวกเขามีข้อเสียอย่างแท้จริงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับเซ็นเซอร์ 12MP หรือ 16MP แบบดั้งเดิม เมื่อใช้ 4-in-1 pixel binning ภาพถ่ายสุดท้ายจะมีความละเอียด 12MP ในสภาพแสงส่วนใหญ่อยู่แล้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในที่แสงน้อย ข้อดีของความละเอียดสูงนั้นมาในเวลากลางวัน โดยที่โทรศัพท์บางรุ่นมีโหมด 48MP เพื่อใช้ประโยชน์จากความละเอียดเชิงพื้นที่ที่เพิ่มขึ้น

"nona binning" ของ Galaxy S20 Ultra

Galaxy S20 Ultra เป็นความก้าวหน้าเชิงตรรกะของวิธีการ Pixel Binning จนถึงขณะนี้ โทรศัพท์ที่ใช้เซ็นเซอร์เมกะพิกเซลสูงได้ใช้ 2x2 binning เพื่อรวมสี่พิกเซลให้เป็นหนึ่งเดียว ซึ่งช่วยให้ขนาดพิกเซลที่ใช้งานจริงเพิ่มขึ้นสองเท่าจาก 0.8 ไมครอนเป็น 1.6 ไมครอน เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ด้วยเซ็นเซอร์ 108MP จึงมีศักยภาพในการรวมพิกเซลจำนวนมากขึ้นในคราวเดียว การรวมพิกเซลแบบ 4-in-1 จะส่งผลให้มีโหมดการรวมพิกเซล 27MP ซึ่งยังคงใหญ่เกินไปสำหรับภาพถ่ายทั่วไป นอกจากนี้ ภาพถ่าย 27MP ที่ขนาดพิกเซลใช้งานจริง 1.6 ไมครอนก็ถือว่าดี แต่จะเป็นอย่างไรหากคุณสามารถมีภาพถ่าย 12MP ที่ขนาดพิกเซลใช้งานจริง 2.4 ไมครอนได้

Samsung บรรลุขนาดพิกเซลที่มีประสิทธิภาพที่ 2.4 ไมครอนโดยใช้ 3x3 pixel binning ซึ่งรวมเก้าพิกเซลเป็นพิกเซลเดียวที่ระดับเซ็นเซอร์ "Nona binning" เป็นเพียงคำทางการตลาดของบริษัทสำหรับ 3x3 binning การดำเนินการนี้จะรวมพิกเซลที่ค่อนข้างมีสัญญาณรบกวนเก้าพิกเซลเข้าเป็นซูเปอร์พิกเซลขนาดใหญ่และสะอาดตาเดียว ซึ่งในทางทฤษฎีจะช่วยเพิ่มความไวแสงในสภาพแสงน้อยเพิ่มเติม ขนาดพิกเซลใช้งานจริง 2.4 ไมครอนไม่เคยมีในกล้องสมาร์ทโฟนมาก่อน เส้นขนานเพียงอย่างเดียวคือ เซ็นเซอร์ภาพ 48MP OV48C ของ OmniVisonซึ่งเปิดตัวในงาน CES มันส่งออกภาพถ่ายมาตรฐานของ Bayer และมีขนาดพิกเซล 1.2 ไมครอนซึ่งใช้ binning พิกเซลใกล้เคียงเพื่อให้ได้ภาพถ่าย 12MP ด้วยขนาดพิกเซล 2.4 ไมครอน แม้ว่าจะมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม แต่ก็ยังไม่มีให้บริการในโทรศัพท์สำหรับจัดส่งใดๆ

ดังนั้นแนวทางของ Samsung จึงเป็นแนวทางที่ดีที่สุดในทั้งสองโลกในทางทฤษฎี โทรศัพท์จะเปลี่ยนระหว่างโหมดความละเอียดสูง 108MP และโหมด binned พิกเซล 12MP แบบไดนามิก ตามที่บริษัทระบุ ในเวลากลางวัน ควรจะสามารถถ่ายภาพที่มีความละเอียดสูงพิเศษ 108MP เพื่อเก็บรายละเอียดที่อยู่ห่างไกลและเพื่อการครอบตัดที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น หากการประมวลผลภาพอยู่ในขั้นเริ่มต้น ในที่แสงน้อย กล้องจะเปลี่ยนเป็นโหมด 12MP แบบไดนามิก โดยใช้การรวมพิกเซลแบบ 9-in-1 การถ่ายภาพในที่แสงน้อยได้รับผลกระทบจากขนาดพิกเซลมากกว่าความละเอียดมาก ในระดับทางทฤษฎี Binning พิกเซล 3x3 ในที่แสงน้อยเหมาะสมกว่า 2x2 Binning มาก แม้ว่าความละเอียดจะลดลงจาก 27MP (2x2 Binning) เป็น 12MP (3x3 Binning)

ดังนั้นเซ็นเซอร์ 108MP ของ Galaxy S20 Ultra จึงไม่มีจุดอ่อนบนกระดาษ ในความเป็นจริง มันควรจะกลายเป็นแชมป์ด้านคุณภาพของภาพรายใหม่ทั้งในเวลากลางวันและในสภาพแสงน้อย แม้ว่าเราจะสงวนวิจารณญาณจนกว่าเราจะทดสอบโทรศัพท์ด้วยตัวเอง แต่ Samsung ก็ตัดสินใจได้ถูกต้องบนกระดาษ โดยส่วนตัวแล้วฉันไม่สงสัยเลยว่าหากดำเนินการได้ดี ผู้จำหน่ายจำนวนมากที่ใช้เซ็นเซอร์ 108MP จะย้ายไปยัง 9-in-1 pixel binning จาก 4-in-1 binning เพื่อให้ได้ภาพถ่ายที่ดีขึ้นในที่แสงน้อย Galaxy S20 Ultra เป็นโทรศัพท์ที่น่าสนใจอย่างแน่นอน และทำให้เราหวังว่าประสิทธิภาพของกล้องสมาร์ทโฟนและคุณภาพของภาพจะก้าวไปอีกขั้นในปีนี้

ฟอรัม Samsung Galaxy S20 ||| ฟอรัม Samsung Galaxy S20+ ||| ฟอรัม Samsung Galaxy S20 Ultra