Когда кто-то задумывается Cambiar de Móvil или фотоаппаратКак правило, первое, на что люди обращают внимание, — это количество мегапикселей на сенсоре. На протяжении многих лет реклама постоянно твердила нам, что больше мегапикселей означает лучшие фотографии, до такой степени, что многие люди игнорируют другие важные факторы, такие как размер сенсора или размер пикселя.
Сегодня мы знаем, что сосредоточение внимания исключительно на мегапикселях — это лишь половина дела.Фактическое качество фотографий, сделанных вашим смартфоном, зависит от сочетания факторов: размера датчика изображения, размера каждого фотоэлемента (физического пикселя), плотности пикселей, оптики и, все чаще, вычислительной фотографии. Понимание того, как все это взаимосвязано, поможет вам более эффективно выбрать телефон и понять, почему некоторые телефоны делают такие потрясающие фотографии, даже ночью.
Что такое датчик изображения и как он работает в мобильном телефоне?
Датчик изображения — это сердце камеры мобильного телефона.Он состоит из миллионов крошечных светочувствительных элементов, называемых фотоэлементами или фотодиодами, изготовленных из кремния. Каждый из этих элементов собирает фотоны, попадающие через линзу, и преобразует их в электрический сигнал, который после обработки создаст пиксель на итоговой фотографии.
Каждый фотоэлемент в сенсоре соответствует одному пикселю в цифровом изображении.Сенсор с 12 миллионами фотоэлементов позволяет получать фотографии с разрешением приблизительно 12 мегапикселей. Основными технологиями производства таких сенсоров являются CCD и CMOS, хотя CMOS-сенсоры используются почти исключительно в мобильных телефонах из-за их более низкого энергопотребления и лучшей интеграции с процессорами.
Мегапиксельное разрешение — это просто общее количество пикселей. Это и будет окончательным изображением. Например, фотография размером 5472 x 3648 пикселей содержит 19 961 856 пикселей, или около 20 мегапикселей. Это определяет, насколько большими могут быть печатные копии без потери деталей, или сколько места у вас есть для обрезки изображения, чтобы оно не выглядело размытым.
Однако в цифровой фотографии, и особенно в мобильной фотографии,Одного лишь количества мегапикселей недостаточно для объяснения качества. Две камеры с одинаковым разрешением могут давать совершенно разные результаты, если изменяется размер сенсора, объектив или внутренняя обработка изображения.
Мегапиксели против размера сенсора: кто на самом деле правит бал?
Как правило, чем больше размер сенсора, тем выше потенциальное качество изображения.Более крупный сенсор имеет большую площадь поверхности для сбора света, что приводит к меньшему уровню шума, лучшей производительности при высоких значениях ISO и, в специализированных камерах, к большему контролю над глубиной резкости.
Если размер сенсора больше, то и фотоэлементы могут быть больше....при условии, что мы не будем увеличивать разрешение. Больший размер пикселя означает, что каждый фотодиод собирает больше фотонов, что приводит к более чистому сигналу и меньшей нагрузке на процессор, уменьшая шум и сохраняя больше деталей, особенно при слабом освещении.
Так почему же не все устройства оснащены огромными датчиками? Мобильные телефоны сталкиваются с двумя основными ограничениями: доступным физическим пространством и стоимостью. Сенсор, по размеру сопоставимый с сенсором полнокадровой камеры, просто не поместится в телефоне; для этого потребуются огромные линзы, а модуль камеры станет настолько большим, что конструкция телефона окажется нецелесообразной. Кроме того, производство больших сенсоров значительно дороже.
Чтобы наглядно увидеть различия, просто сравните размеры датчиков. Различают датчики разных устройств: от крошечных сенсоров многих смартфонов до сенсоров продвинутых компактных камер (например, 1/1,7″ или 1″) и APS-C или полнокадровых сенсоров 24 x 36 мм. Разница в площади между типичным сенсором мобильного телефона и полнокадровым сенсором может быть огромной, в десятки раз.
Именно поэтому размер сенсора в мобильном телефоне является ключевой информацией. который годами оставался скрытым или игнорировался в технических характеристиках, несмотря на то, что в мире фотоаппаратов он всегда считался основополагающим. Производители лишь недавно начали хвастаться этим показателем. когда они хотят продавать свои линейки продукции, предназначенные в основном для фотосъемки.
Плотность пикселей и размер пикселей: пара параметров, которая имеет решающее значение.
Для полного понимания взаимосвязи между мегапикселями и размером сенсора необходимо следующее:Стоит упомянуть еще два понятия: плотность пикселей и размер каждого физического пикселя. Это две стороны одной медали, тесно связанные с качеством изображения.
Плотность пикселей показывает, сколько пикселей сосредоточено на поверхности. Определяется плотность сенсора, обычно измеряемая в мегапикселях на квадратный сантиметр. Чем больше пикселей помещается на том же пространстве, тем выше плотность и тем меньше должен быть каждый фотоэлемент.
Размер пикселя — это длина каждого фотоэлемента на сенсоре.Он рассчитывается путем деления физической стороны сенсора на количество пикселей по этой оси и выражается в микронах (микрометрах). Типичное эталонное значение для высококачественных сенсоров составляет около 3,76 мкм во многих современных камерах, в то время как в последних поколениях мобильных телефонов благодаря технологиям объединения пикселей часто достигаются эффективные пиксели размером более 2 микрон.
Чем ниже плотность пикселей, тем больше может быть каждый пиксель. При использовании одного и того же сенсора и технологии качество изображения обычно лучше. Если сравнить две камеры с одинаковым размером сенсора и одного поколения, то у той, у которой меньше мегапикселей, будут более крупные физические пиксели, поэтому она будет захватывать больше света, обеспечивать меньший уровень шума и лучшую детализацию в тенях и светлых участках.
Иными словами, при одинаковом количестве мегапикселей он все равно окажется лучше. Камера с большим сенсором будет работать лучше, потому что плотность пикселей будет ниже, а размер каждого фотодиода — больше. Эта логика применима и к смартфонам, хотя обработка изображений играет гораздо более значительную роль в их разработке.
Вычислительная фотография: когда программное обеспечение компенсирует размер
В мобильных телефонах дело не только в сенсоре и оптике: процессор обработки изображений меняет всё.. Так называемый фотография компьютерная Это произвело революцию в возможностях смартфона, до такой степени, что сцены, которые раньше были невозможны — например, съемка ночных фотографий с рук в течение нескольких секунд — теперь можно решить одним нажатием кнопки и без штатива.
Секрет в том, что телефон делает не одну, а множество фотографий.Например, в ночном режиме телефон делает несколько снимков подряд, иногда объединяя информацию с разных камер (широкоугольной, стандартной, телеобъективной), и за миллисекунды его процессор объединяет все эти данные в одно итоговое изображение, хорошо экспонированное и с высокой детализацией.
Для съемки традиционной камерой потребовался бы штатив и постобработка.На смартфонах эта проблема решается автоматически. В результате аппаратное обеспечение уступает часть своего значения программному обеспечению и алгоритмам, и многие классические правила фотографии перестают быть актуальными.
Тем не менее, законы физики никуда не исчезают: более крупный сенсор по-прежнему является лучшей основой. для этих алгоритмов. Если процессор начинает работу с данными более высокого качества благодаря большей чувствительной поверхности и более крупным пикселям, у него будет больше возможностей для объединения экспозиций, уменьшения шума и увеличения динамического диапазона без искажения изображения.
Именно поэтому некоторые производители выбрали очень большие датчики. в своих флагманских телефонах, сочетая их с обширными исследованиями в области вычислительной фотографии. Это сочетание мощного оборудования и передового программного обеспечения объясняет многие недавние достижения в мобильной фотографии.
Практический пример: большие датчики в высококлассных мобильных телефонах.
В последние годы мы наблюдаем появление устройств, задающих тренды. Что касается размера сенсора, встроенного в основную камеру, то в некоторых моделях высокого класса используются сенсоры размером 1/1,28 дюйма, что, для сравнения, превосходит показатели многих продвинутых компактных камер недавнего прошлого, которые работали с сенсорами размером 1/1,7 дюйма.
Такой скачок в размерах приближает мобильные телефоны к компактным камерам с 1-дюймовым сенсором.Хотя различия всё ещё существуют, этот относительно большой сенсор в сочетании с яркими объективами и агрессивными, но эффективными алгоритмами обработки позволяет получать фотографии, которые демонстрируют очень хорошие результаты даже в сложных условиях освещения.
Размер пикселя в этих мобильных датчиках — еще один ключевой параметр.Некоторые устройства, обладающие впечатляющими фотовозможностями, заявляют об эффективном размере пикселей до 2,44 микрон при объединении нескольких пикселей в один с использованием технологии Quad Bayer. Эта стратегия позволяет сгруппировать четыре физических пикселя в один виртуальный пиксель для улучшения светочувствительности и динамического диапазона.
На практике эти датчики обычно обеспечивают очень высокое разрешение.Например, камера может иметь 48, 50 или более мегапикселей, но система масштабирует их, группируя пиксели в блоки по 4, чтобы получить итоговые изображения с разрешением 12 или 12,5 мегапикселей, меньшим уровнем шума и большей детализацией в тенях. При хорошем освещении телефон может использовать полное разрешение для достижения очень высокой детализации или для кадрирования без существенной потери качества.
Всё это имеет свою цену: для большего сенсора требуется больший модуль камеры.Если размер сенсора увеличивается, то и размер объектива, покрывающего его, также должен увеличиваться, что приводит к увеличению толщины камеры и влияет на внешний вид телефона. Найти баланс между качеством изображения, физическими размерами и дизайном — одна из самых больших проблем в современной мобильной фотографии.
Наиболее распространенные размеры сенсоров: от камер мобильных телефонов до полнокадровых.
На рынке фототехники сосуществуют несколько размеров сенсоров.Некоторые из них пришли непосредственно из эпохи химической пленки, например, 35-мм формат, который мы сейчас называем полнокадровым, в то время как другие появились в цифровую эпоху, например, стандарт Micro Four Thirds или многие форматы, используемые в мобильных телефонах.
В мобильной фотографии из-за физических ограничений сенсоры очень малы.Как правило, размеры сенсоров варьируются от примерно 1/2,5″ до 1/1,7″, а в топовых моделях в некоторых конфигурациях они приближаются к 1/1,3″ или даже 1″. Однако, даже если телефон рекламируется как имеющий «1-дюймовый сенсор», камера часто не использует всю диагональ сенсора из-за конструктивных ограничений.
Следующим шагом по размеру станут сенсоры Micro Four Thirds.Эти объективы очень популярны в легких беззеркальных камерах. Их размеры составляют 17,3 x 13 мм, что значительно больше, чем у типичного сенсора мобильного телефона, и они были разработаны для создания более компактного и удобного в использовании оборудования, чем полнокадровые камеры, с меньшими объективами, которые проще проектировать таким образом, чтобы свет равномерно распределялся от центра к углам.
Выше находится формат APS-C, столь желанный промежуточный вариант.Размеры этих сенсоров составляют примерно 22,2 x 14,8 мм (у некоторых производителей немного больше), и они предлагают интересный баланс между качеством изображения, размером камеры и стоимостью. Многие продвинутые любительские и профессиональные камеры основаны на этом формате, который часто предпочтителен для общего использования.
В верхней части этой шкалы находится полнокадровый формат.с 24 сенсорами размером 36 мм и площадью поверхности 864 мм². Этот формат напрямую происходит от 35-мм пленки, ставшей популярной в 20-х годах и долгое время считавшейся малоформатной по сравнению со средними или большими форматами. Сегодня в цифровой фотографии он является эталоном высокого класса.
Помимо полнокадровых сенсоров, существуют и сенсоры среднего формата. Профессиональные фотоаппараты очень дороги и предназначены для работы, где важна каждая деталь, например, в сфере моды, рекламы или воспроизведения произведений искусства. Однако из-за своей стоимости, размера и сложности эти камеры совершенно непригодны для мобильного использования.
Размер сенсора против размера пикселя: что весит больше?
Когда всё становится единицами и нулями, проектные решения меняются.Физический размер сенсора имеет значение, но настоящая разница в уровне шума и качестве при высоких значениях ISO заключается в размере каждого пикселя. Немного меньший сенсор с меньшим количеством мегапикселей может создавать тот же уровень шума, что и больший, если его пиксели имеют схожий размер.
Если производителю удастся сохранить размер пикселя Меньший по размеру сенсор, за счет снижения разрешения, при определенных условиях может обеспечить качество изображения, очень близкое к качеству изображения больших сенсоров. Теоретически, если два сенсора имеют одинаковые пиксели и схожую технологию, различия будут заключаться в основном в разрешении и динамическом диапазоне.
Исследования производительности в независимых лабораториях Они показывают, что размер сенсора также связан с динамическим диапазоном, то есть с возможностью одновременной записи деталей в очень светлых и очень темных областях. Между меньшим сенсором (например, Micro Four Thirds) и большим (например, APS-C) обычно существует разница в динамическом диапазоне примерно в одну ступень, что заметно при высокой контрастности сцены.
В социальных сетях и на маленьких экранах эти различия размываются.Если вы обращаете внимание на экспозицию, кадрирование и обработку, то часто бывает сложно определить, была ли фотография сделана с помощью сенсора мобильного телефона, сенсора APS-C или полнокадрового сенсора, просто просматривая её на телефоне. Но когда дело доходит до восстановления теней, печати больших изображений или сложной обработки, сенсор и размер пикселей имеют значение.
Мораль истории в том, что не существует универсально превосходного формата.Каждый размер сенсора имеет свои преимущества и недостатки, и выбор зависит от ваших потребностей: портативность, бюджет, глубина резкости, ночная съемка, профессиональное или любительское использование и т. д. В мобильной фотографии этот компромисс еще более очевиден из-за значительных ограничений по пространству.
Мобильная фотография против «больших» камер
Фотосъемка на смартфоны в гораздо большей степени опирается на цифровые технологии. В отличие от чистой оптики, изображение, которое вы видите на экране, является результатом сложных алгоритмов, которые корректируют искажения, повышают резкость, уменьшают шум, регулируют цвета и, иногда, объединяют несколько фотографий для создания результата, который без помощи программного обеспечения крошечный сенсор не смог бы обеспечить.
В традиционных фотоаппаратах физическим носителем была химическая пленка.где изображение формировалось посредством фотохимической реакции на галогенидах серебра. Сегодня эта пленка заменена электронными датчиками, улавливающими свет, но в мобильных телефонах электронные и обрабатывающие компоненты по-прежнему играют еще более важную роль.
На практике камеры смартфонов заняли огромную нишу на рынке.Благодаря вычислительной фотографии, хороший мобильный телефон может показывать превосходные результаты в повседневных сценах, а также в условиях низкой освещенности, что еще несколько лет назад было немыслимо. Специальные режимы, такие как портретный, ночной и «умный» HDR, теперь стали частью повседневной жизни миллионов пользователей.
Это не значит, что датчик мобильного телефона перестал быть важным.Напротив: чем лучше аппаратная база (больший сенсор, более крупные пиксели, более яркая оптика), тем легче процессору будет творить свою «магию», не скатываясь к искусственным эффектам, размытию или потере текстуры.
Камера мобильного телефона по-прежнему имеет явные ограничения из-за своих размеров.Установка больших объективов и сложных оптических систем невозможна без превращения телефона в громоздкий блок, поэтому все, что нельзя решить физически, решается программным путем. Именно здесь размер сенсора, пусть и небольшой по сравнению с камерой, играет решающую роль в самом сегменте мобильных устройств.
Какой размер сенсора вам больше всего подходит в зависимости от того, как вы фотографируете?
Выбор оптимального размера сенсора — это скорее вопрос практики, чем теории.Идеальных форматов не существует; есть комбинации размера, разрешения и технологий, которые лучше подходят для определенных потребностей, будь то специализированные фотоаппараты или мобильные телефоны.
Если вам нужен максимальный контроль над глубиной резкости Что касается максимально возможного разрешения, полнокадровые сенсоры остаются золотым стандартом. Они позволяют получать очень выразительное боке, экспериментировать с широкой диафрагмой без потери детализации по углам и обеспечивают доступ к очень высокому разрешению для требовательной работы.
Если для вас в приоритете легкость, компактные размеры и хорошая глубина резкости Даже при широкой диафрагме формат Micro Four Thirds остается очень привлекательным. Эти сенсоры позволяют легко добиться резкости по всему экрану и получить большую глубину резкости без необходимости значительного закрытия диафрагмы, что практично для пейзажной съемки, путешествий или видеосъемки.
Сенсоры APS-C представляют собой вполне разумный компромиссный вариант.Для многих фотографов это идеальный формат благодаря оптимальному сочетанию качества, стоимости и компактности оборудования. Он не такой громоздкий, как полнокадровый, но обеспечивает очень стабильную работу, особенно с современными сенсорами и качественной обработкой изображений.
В случае мобильных телефонов размер сенсора определяется конструкцией.Таким образом, пользователь выбирает скорее модель телефона, чем формат. Важно учитывать, указывает ли производитель размер сенсора, размер пикселя (в микронах) и использует ли он такие технологии, как объединение пикселей или сенсоры Quad Bayer, для улучшения качества съемки в условиях низкой освещенности.
Для повседневного использования, для публикации в социальных сетях или просмотра на экране.Хороший мобильный телефон с относительно большим для своей категории сенсором и хорошо развитой вычислительной фотографией более чем способен удовлетворить потребности большинства пользователей. Разница с более крупной камерой становится заметной, когда требуется больше: большие увеличения, экстремальная кадрировка или высококонтрастные и сложные сцены.
В конечном счете, датчик мобильного телефона — это всего лишь еще одно звено в системе. Это включает в себя оптику, процессор, алгоритмы и, конечно же, взгляд фотографа. Понимание роли размера и размеров пикселей позволяет лучше понять, почему одни камеры работают лучше других и чего можно ожидать от смартфона в различных условиях освещения.
