Компания Samsung представила новую матрицу для мобильных камер с разрешением 108 мегапикселей. Сенсор, получивший название ISOCELL Bright HMX, создавался в партнерстве с китайским производителем смартфонов — компанией Xioami.
В пресс-релизе Samsung заявила следующее: «Благодаря более чем 100 миллионам эффективных пикселей, позволяющих получать чрезвычайно четкие фотографии с богатой детализацией, ISOCELL Bright HMX также способна давать исключительный результат даже при очень плохом освещении».
Учитывая, что размер одного пикселя ISOCELL Bright HMX составляет всего 0.8 мкм, при недостаточном освещении новая матрица может работать в режиме биннинга, объединяя 4 физических пикселя в один, размером 1.6 мкм. В таком режиме разрешение снимков будет составлять 27 Мп вместо 108 Мп при обычном режиме.
Данная технология, получившая название Tetracell, успешно используется в других продуктах компании, в частности, на 48-мегапиксельной матрице ISOCELL Bright GM1 и 64-мегапиксельной матрице ISOCELL Bright GW1.
Кроме того, новая матрица на 108 Мп поддерживает технологию Smart-ISO, которая автоматически изменяет светочувствительность пикселей в зависимости от количества освещения.
Что же не так с новой матрицей?
В своем заявлении, президент Xiaomi сообщил:
«Разрешение снимка, ранее встречающееся только на самых дорогих профессиональных зеркальных фотокамерах, сегодня становится доступным и для смартфонов!»
Лин Бин
Основная проблема заключается в том, что размер матрицы мобильной камеры очень сильно отличается от размера матрицы профессиональной зеркальной камеры. А это главный показатель качества.
Samsung гордо сообщила о том, что выпускает первую в мире мобильную матрицу такого большого размера — 1/1.33″.
На первый взгляд, это действительно большой сенсор. Для сравнения, размер матрицы Samsung Galaxy S10+ составляет всего 1/2.6″, а сенсор одного из лучших на сегодняшний день камерофонов Huawei P30 Pro имеет размеры 1/1.7″, что также заметно меньше, чем у новой 108-мегапиксельной матрицы.
Однако, учитывая разрешение, размеры пикселя на Huawei P30 Pro составляют 1 мкм, а в режиме биннинга — 2 мкм, что уже на четверть больше размера пикселя Samsung ISOCELL Bright HMX.
Более того, матрица 1/1.33″ не является самой большой среди мобильных телефонов. К примеру, на лучшем в истории камерофоне Nokia 808 размер матрицы составлял 1/1.2″ при разрешении 41 Мп. Один пиксель имел размер 1.4 мкм. И это еще без учета объединения пикселей (камера могла «объединять» до 14 пикселей в один).
Другими словами, плотность пикселей на новой матрице слишком высокая для своего размера.
Но ведь, чем выше плотность пикселей, тем выше детализация снимка!
Это верно лишь до определенной степени. Нельзя уменьшать пиксели до бесконечности. Существуют определенные законы физики, которые нарушить пока не под силу даже Samsung и Xiaomi. Речь идет о таком понятии, как дифракция (преломление).
В рамках этой небольшой заметки мы не будем сильно углубляться в теорию, достаточно лишь понять следующее. Свет распространяется по прямой линии. Но как только мы пропускаем его через объектив камеры, он начинает рассеиваться. И чем меньше отверстие, тем ярче этот эффект будет выражен.
В результате дифракции, пятно света (кружок рассеивания), которое должно иметь четкие очертания, выглядит следующим образом:
Клеточки на рисунке выше — это пиксели. Так как одна клетка достаточно большая, весь пучок света помещается внутри одного пикселя, то есть, дифракция не влияет на детализацию изображения.
Но если мы будем повышать плотность пикселей, получится следующая ситуация:
Как видим, свет рассеивается и уже начинает затрагивать другие пиксели. Если же мы продолжим наращивать мегапиксели, получим такую картину:
Получается, в погоне за большей детализацией мы начинаем терять ее.
И это не просто теория. Мы уже рассматривали первые реальные снимки с 64-мегапиксельной камеры Realme. Не смотря на хорошее освещение и невероятную плотность пикселей, многие участки фотографии выглядели очень смазано. Вот пример той фотографии:
А теперь приблизим участок фото с растениями на крыше (100% кроп):
Важно заметить, что фото сделано на матрицу, с ровно такими же характеристиками, как и у новинки Bright HMX: размер пикселя составляет всё те же 0.8 мкм или 1.6 мкм в режиме биннинга.
Помимо потери детализации, мы также получаем большой уровень цифрового шума, так как его количество обратно пропорционально размеру пикселя (чем меньше пиксель — тем больше шумов).
И, кроме того, чем меньше пиксель, тем ниже динамический диапазон матрицы. Напомним, динамический диапазон — это разница между самым ярким и самым темным участком на фотографии. Чтобы лучше это понять, позвольте привести следующую иллюстрацию.
Представьте, что пиксель — это ведро, в которое нам нужно набрать воду (фотоны света). Чем ярче участок на фото, тем больше света должно накопится на одном пикселе (больше воды должно вместить наше ведро). Если света слишком много, «вода переполнит ведро» и тогда участок на фото окажется просто белым пятном.
А теперь представьте, что вместо ведра мы используем стакан (крошечный пиксель мобильной матрицы). Его ничтожный размер не идет ни в какое сравнение с тем объемом воды, которое способно вместить ведро.
По этой причине производитель прибегает к разного рода уловкам и программным технологиям, вроде HDR. Смартфон просто делает несколько фотографий с разной экспозицией, а затем склеивает их в одну.
И если для HDR-обработки в режиме реального времени нужна высокая мощность смартфона даже при 12-мегапиксельной камере, тогда представьте, какая нагрузка ложится на процессор для обработки 108-мегапиксельного снимка.
Мы рассмотрели только 3 проблемы с новой матрицей, но существуют и другие.
А ради чего все это?
Фотография со смартфона не будет выглядеть как фотография с профессиональной зеркальной камеры только по той причине, что производитель запихнул 108 миллионов фотоэлементов в крошечную матрицу.
Но продать смартфон со 108-мегапиксельной камерой намного проще, чем смартфон с «жалкими» 12-мегапикселями. Поэтому, в условиях отсутствия реальных инноваций, производитель начинает наращивать бессмысленные цифры, чтобы как-то стимулировать продажи.
Мы обязательно подробно протестируем новую 108-мегапиксельную камеру, как только такие смартфоны появятся на рынке. Но пока что подобные новости вызывают лишь недоумение.
P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на наш научно-популярный сайт о мобильных технологиях, чтобы не пропустить самое интересное!
