Чому розмір сенсора камери важливіший, ніж кількість мегапікселів

Якість камери – це новітня гонка озброєнь смартфонів, і сенсор камери робить один з головних вкладів в отримання чудових знімків. Хоча велика кількість мегапікселів стає все більш популярною тенденцією, як ми бачили в таких телефонах, як Galaxy S23 Ultra, насправді набагато важливіший за розмір датчика зображення камери. HUAWEI, Samsung та інші компанії роблять все можливе для збільшення розмірів датчиків зображення, вбудованих у їхні смартфони останніх поколінь. Але чому розмір сенсора камери, мабуть, такий важливий для отримання найкращих фотографій?

Щоб зрозуміти чому нам потрібно повернутися до фундаментального принципу фотозйомки — захоплення освітленості. Більший сенсор вловлює більше світла, ніж маленький, а за більшого освітлення знімки виходять краще. Але це ще не все, особливо в епоху комп’ютерної фотографії.

Чому розмір сенсора камери має значення?

На базовому рівні розмір сенсора визначає скільки світла доступно камері для створення зображення. Хоча роздільна здатність відіграє важливу роль в деталях, саме кількість світла, що знімається, визначає баланс експозиції камери, динамічний діапазон і навіть різкість. Ось чому 16-мегапіксельні та 20-мегапіксельні дзеркальні камери, як і раніше, виглядають краще, ніж сучасні 200-мегапіксельні смартфони.

Великі сенсори забезпечують більш високий динамічний діапазон та чистіші зображення.

Розміри більшості сенсорів смартфонів зазвичай становлять лише 1/2,55 дюйма або близько 1 см у поперечнику, хоча смартфони вищого класу все частіше оснащуються сенсорами розміром 1/1,31 дюйма та більше. Для порівняння, сенсори дзеркальної камери мають ширину понад дюйм, що легко збільшує їх розмір у 4-5 разів. Сенсори смартфонів у порівнянні з ними просто крихітні, хоча кілька брендів скорочують відставання від традиційного розміру сенсора наведи та знімай. Sony Xperia Pro-I, Xiaomi 13 Pro та інші є одними з найбільших у мобільній індустрії з діагоналлю 1 дюйм.

Чим більший сенсор, тим більше світла він уловлює при заданих витримках, ISO (чутливість до експозиції) та діафрагмі. Хоча ви можете компенсувати невеликі недоліки сенсора, використовуючи більш тривалу експозицію для отримання більшої кількості світла, це робить знімки більш схильними до розмиття через тремтіння і рух сцени. розмиття знижує різкість зображення незалежно від роздільної здатності сенсора. Аналогічним чином, об’єктиви з ширшою діафрагмою складніше створювати без появи спотворень об’єктива, а про зміну поля зору. Як ви, напевно, здогадалися, при більшому освітленні більші сенсори набагато краще справляються з фотографуванням при слабкому освітленні, ніж менші.

Google Pixel 4 RAW з низькою освітленістю – витримка 1/20, ISO 800

Nikon D3300 RAW при слабкому освітленні – витримка 1/20, ISO 800

Фотосайти камери, біти, відповідальні за перетворення сцени на електричні сигнали, люблять світло. Вони можуть бути розташовані по-різному, залежно від сенсора. У нових смартфонах використовуються традиційні сенсори Bayer, які еквівалентні одному пікселю на фотосайті. Хоча сучасні телефонні камери з високою роздільною здатністю перейшли на чотириядерні сенсори Bayer, які мають понад чотири або навіть дев’ять пікселів на фотосайт. Іншими словами, чотири пікселі використовують один колірний фільтр, який за допомогою технології, яка називається біннінгом пікселів, імітує атрибути більших фотосайтів. Докладніше про це пізніше.

У будь-якому випадку, чим більше світлих фотографій отримують сайти, тим краще динамічний діапазон (сприйняті переходи від світлого до темного), які вони можуть відтворювати. Думайте про це як про “впевненість” у тому, що будь-який даний піксель був світлішим або темнішим за свого сусіда. Судити про це набагато простіше за великої кількості світла, що потрапляє на сенсор, і мінімального шуму.

Розмір фотосайтів залежить від роздільної здатності камери та розміру сенсора. Збереження розміру сенсора постійним означає, що розмір фотосайту зменшується зі збільшенням роздільної здатності. Як альтернатива, при заданому дозволі, що більше фотосайти, то більшим стає сенсор.

Це важливо відзначити, оскільки фотосайти втиснуті у маленькі датчики. Їхнє близьке розташування означає, що іноді світло від одного пікселя просочується в сусідній піксель. Це шум сенсора, який часто досить виразно проявляється на знімках з низькою освітленістю та в суцільних кольорах, таких як Синє небо. Найменші розміри сенсорів та невеликих фотосайтів збільшують шум та зменшують динамічний діапазон. Samsung намагається вирішити цю проблему за допомогою власної сенсорної технології ISOCELL.

Чи найкращі сенсори камери?

З переходом на все більші дозволи (тепер вище 100 Мп) більші сенсори камери ніколи не були такими важливими. Дотримання розумних розмірів пікселів важливе для максимального збільшення потенціалу камер 48, 64 і 108 Мп. Хоча нам ще доведеться побачити камеру смартфона, яка забезпечує повний рівень деталізації, на який можна очікувати від цих цифр. Незважаючи на це, ці сенсори фіксують більше деталей, ніж будь-коли при хорошому освітленні.

Недавня тенденція в мобільному просторі – технологія об’єднання пікселів, що дозволяє цим датчикам з високою роздільною здатністю комбінувати пікселі для кращого захоплення світла. Ці більші сенсори і, отже, великі пікселі значно покращують якість зйомки при слабкому освітленні. В результаті виходить менше шуму і набагато краще перенесення кольорів навіть в умовах слабкого освітлення. Камери з чотириядерним байером із бінуванням пікселів також можуть створювати вражаючі HDR-зображення.

Більші сенсори є рушійною силою якісніших знімків при слабкому освітленні.

Великі розміри сенсорів впливають не тільки на роздільну здатність, але і на зовнішній вигляд та якість ваших знімків. Як ми згадували раніше, більш висока швидкість затвора та нижчий ISO гарантують, що ваші зображення виглядатимуть чіткими. Вам також не потрібна така широка діафрагма для захоплення великої кількості світла, що знижує можливість спотворень об’єктива, таких як фіолетовий ореол через хроматичні аберації.

Великі датчики також впливають на фокусну відстань зображення, що, зокрема, створює той химерний ефект розмиття боці, який ми асоціюємо з дзеркалками, коли об’єкт здається ізольованим, а решта зображення розмита. При встановленої діафрагмі глибина різкості зменшується зі збільшенням розміру сенсора, створюючи більш помітне розмиття переднього плану і фону. У той час, як маленькі мобільні сенсори не можуть змагатися з ефектом, доступним за допомогою DSLR, більші сенсори допомагають скоротити розрив.

Порівняння сенсорів смартфонів

Щоб продемонструвати широкий спектр датчиків зображення, доступних зараз на ринку смартфонів, ми відстежували основні розміри сенсорів у ряді телефонів високого класу за останні кілька років.

Потрібно було до 2020/2021 років, щоб велика кількість камер смартфонів перевершили 1/1,5-дюймовий сенсор Nokia Lumia 1020 2013, історичного титану мобільної фотографії. Великі сенсори, звичайно, не нова ідея, але компанії тепер готові піти на естетичні компроміси, які йдуть пліч-о-пліч з великими сенсорами.

Також примітно, що старі флагмани, такі як Google Pixel 5 та iPhone 11, посідають останнє місце серед сучасних флагманських сенсорів за розмірами, але при цьому вважалися одними з найкращих камерофонів свого покоління. Очевидно, що розмір сенсора – це ще не все, коли справа доходить до отримання чудового знімка. Комп’ютерна фотографія та інтелектуальне програмне забезпечення, безумовно, також можуть допомогти покращити якість зображення.

Наскільки важливим є розмір сенсора камери смартфона?

Великі датчики зображення є важливою частиною головоломки мобільних фотографій, але вони не єдині. Для камери відмінної якості також потрібні блискучий об’єктив, потужна система обробки зображень та програмне забезпечення, що дозволяє максимально ефективно використовувати апаратні засоби. Важливо дивитися на комплект повністю, а не лише на одну деталь або великі цифри на аркуші специфікацій.

Якість камери смартфону також все більше залежить від досягнень у галузі комп’ютерної фотографії та машинного навчання. Подивіться на Google Pixel 7 і доступний Pixel 7a, які, як і раніше, перевершують свою вагу. Настільки, що інтелектуальне програмне забезпечення часто перевершує raw-мегапікселі за якістю зображення. Незважаючи на це, відмінне програмне забезпечення не так багато може зробити при поганому устаткуванні. Інтелектуальним камерам потрібна надійна основа для побудови, а розмір сенсора зображення є важливим компонентом гонки за поліпшенням якості камер смартфонів.