Kvalitet senzora i optike mobilnih telefona: kompletan vodič

Informatec Digital » Resursi » Kvalitet senzora i optike mobilnih telefona: kompletan vodič

Danas nosimo mobilne telefone. pričvršćen za ruku i koristimo ga kao glavnu kameru Za praktično sve: svakodnevne fotografije, posao, društvene mreže, putovanja… Zato je kvalitet senzora i objektiva pametnih telefona postao jedan od ključnih faktora pri odabiru uređaja, čak i više nego… snaga procesora ili količinu memorije.

Međutim, kada smo počeli tražiti tehnički listovi Nalazimo se u moru akronima, megapiksela i čudnih naziva senzora koji mogu zbuniti bilo koga. Nije dovoljno samo pogledati broj megapikselaTo uključuje veličinu senzora, kvalitet objektiva, stabilizaciju, procesor slike, noćne načine rada, različite zadnje kamere... pa čak i način na koji softver interpretira podatke o sceni.

Kako kamera mobilnog telefona zaista funkcioniše

Kamera modernog pametnog telefona se ne razlikuje toliko od tradicionalne kamere. U suštini, imamo optika koja usmjerava svjetlost prema senzoru i sistem za obradu koji pretvara te informacije u digitalnu sliku. Izazov (i teškoća) leži u tome kako sve to smjestiti u minimalni prostor koji je ostavilo kućište telefona.

Optički blok, odnosno sočivo ili set sočiva, odgovoran je za uhvatiti vidljivu svjetlost i dovesti je do senzora sa najmanjim mogućim izobličenjemAko objektiv unosi previše hromatskih aberacija ili distorzija, nije bitno koliko je dobar senzor: fotografija je uništena čak i prije nego što dođe do čipa.

Kada svjetlost padne na senzor, elektronika stupa na scenu. Ova komponenta se sastoji od matrica od miliona fotosenzitivnih ćelija (jedan fizički piksel za svaki piksel konačne slike). Svaka ćelija prima fotone i pretvara ih u električni signal proporcionalan količini svjetlosti koju je primila.

Zatim dolazi softver telefona: procesor slike i algoritmi ovog brenda brinu se o... interpretirati taj signal, podesiti boju, kontrast, smanjenje šuma, HDR, fokus i sve "završne detalje"Ovdje razlika između vrhunskog i jeftinog mobilnog telefona može biti ogromna, čak i kada se koriste slični senzori.

Veliki izazov za proizvođače je što sve ovo mora stati u vrlo tanko tijelo. Što je telefon tanji, to je manje prostora za senzor i optiku.A to vas prisiljava da donosite dizajnerske odluke: davanje prioriteta veličini senzora, otvoru blende, stabilizaciji, debljini modula kamere itd.

Tipovi senzora: CCD, CMOS i evolucija prema BSI-ju

Historijski gledano, u digitalnoj fotografiji su korištene dvije glavne porodice senzora: CCD (Charge-Coupled Device - uređaj sa spregnutim nabojem) i CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor - komplementarni metal-oksid-poluprovodnik)Godinama su CCD senzori smatrani superiornijim u kvaliteti slike, uglavnom zbog svog dinamičkog raspona i niskog nivoa šuma.

CCD senzori su nudili veoma čiste slike, sa Dobro rukovanje svjetlom i sjenama i manje šumaMeđutim, njihova proizvodnja je bila skupa, generirali su mnogo topline i zahtijevali su složene sisteme hlađenja - nešto potpuno nepraktično za tanki i lagani mobilni telefon. Nadalje, budući da su električno nabijeni, lakše privlače prašinu.

S druge strane, CMOS senzori su se enormno razvili u posljednjoj deceniji. Danas ih koriste gotovo svi pametni telefoni određenog nivoa. CMOS senzori ili napredni derivatijer troše do 75% manje energije od CCD-a, mnogo se manje zagrijavaju te su jeftiniji i fleksibilniji za proizvodnju.

Glavna prednost CMOS-a je što se mogu dizajnirati za integraciju funkcije obrade unutar samog senzora i učiniti ih programabilnim, približavajući njihov rad radu čipa opće namjene. To je dovelo do rješenja uveliko usmjerenih na mobilne uređaje, kao što su senzori s pozadinskim osvjetljenjem (BSI).

Kod BSI senzora, ćelijska struktura je reorganizovana kako bi se omogućilo da više svjetlosti dopre do područja detekcije. To rezultira... poboljšano snimanje u okruženjima sa slabim osvjetljenjemsa manje šuma i više detalja, što je ključno kod noćne fotografije pametnim telefonom.

Veličina senzora i svakog piksela: zašto je to toliko važno

Kada govorimo o kvaliteti slike, nije dovoljno samo reći koliko megapiksela kamera ima. Ono što je zaista važno je fizička veličina senzora i svakog piksela.Dva senzora mogu imati istu rezoluciju, ali ako je jedan veći, njegove ćelije će također biti veće i uhvatit će više svjetlosti.

Svaka fotosenzitivna ćelija funkcioniše kao mini "kocka" odgovorna za prebroj fotone koji do njega dođuŠto je veća površina te kocke, to više fotona može pohraniti prije nego što postane zasićena. To se prevodi u bolji dinamički raspon i manje šuma, posebno pri slabom osvjetljenju.

Ako uporedimo dva senzora sa istim brojem megapiksela, onaj sa Veći fizički pikseli uglavnom nude čistiju sliku, s boljom teksturom i realističnijim detaljima.Kamera će moći "opisati" scenu s više korisnih informacija, bez potrebe za prevelikim forsiranjem obrade.

Zato vidimo različite strategije među proizvođačima. Neki, poput HTC-a s One ili Applea s određenim iPhoneima, odlučili su se za Manje megapiksela, ali veći senzorinastojeći dati prioritet kvaliteti svake tačke u odnosu na ukupnu kvantitetu. Drugi, poput Sonyja, Samsunga ili Nokije (sa svojim legendarnim PureView kamerama od 40+ MP), odlučili su se za vrlo visoke rezolucije, oslanjajući se na velike senzore i agresivnu obradu.

U praksi, senzor velike površine s nižom rezolucijom može dati bolji rezultat od nekog drugog prepunog megapiksela, ali sa sitnim ćelijamaKljuč je u ravnoteži između veličine čipa, veličine piksela i vrste upotrebe koju ćete koristiti za fotografije (ekran, uvećani ispis, izrezivanje itd.).

Megapikseli: korisni, ali ne i čarobni štapić

Godinama se promovira ideja da "više megapiksela znači bolju kameru", a to je danas samo djelimično tačno. Rezolucija je i dalje relevantna, ali samo po sebi ne određuje konačnu kvalitetuTelefon od 12 MP može snimati bolje fotografije od telefona od 48 ili 108 MP ako su senzor i optika superiorniji.

Megapikseli pokazuju koliko će tačaka činiti konačnu sliku, što određuje maksimalnu veličinu ispisa ili koliko možete izrezati, a da to ne bude previše uočljivo. Ako je senzor mali ili lošeg kvaliteta, ta dodatna rezolucija samo povećava "mrlju". i uvećava nedostatke (šum, nedostatak finih detalja, artefakte).

Veličina svakog pojedinačnog piksela je takođe važna: veći pikseli hvataju više svjetlosti Oni nude bolji signal, što omogućava smanjenje šuma bez žrtvovanja detalja. Ovo je porijeklo tehnologija "pixel binning", koje grupišu nekoliko fizičkih piksela u veći virtuelni piksel kako bi se poboljšao kvalitet pri slabom osvjetljenju.

Kada ima smisla dati prioritet velikom broju megapiksela? Ako obično... Štampajte u velikom formatu, često izrezujte fotografije ili vam je potrebna margina za uređivanje.Visoka rezolucija, kada se efikasno koristi, može biti prednost. Ali ako su vaše fotografije uglavnom na telefonu, TV-u i društvenim mrežama, manje megapiksela i dobar senzor će biti više nego dovoljni.

Pametna odluka uključuje procjenu koliko megapiksela vam je zaista potrebno na osnovu vaše upotrebe i, na osnovu toga, Dajte prioritet fizičkoj veličini senzora, kvaliteti optike i obradi u odnosu na jednostavni broj rezolucije.

Optika: otvori blende, kvalitet objektiva i njihov uticaj na sliku

Drugi glavni stub kamere je objektiv. Odličan senzor je od male koristi ako je uparen sa osrednjim objektivom. Otvor blende se mjeri f-stop vrijednostima i govori nam... koliko svjetlosti može ući u senzorŠto je broj manji (f/1.6, f/1.8…), to više svjetlosti prolazi.

Širok otvor omogućava poboljšane performanse pri slabom osvjetljenju i izraženije zamućenje pozadine (taj bokeh koji je toliko tražen kod portreta). Nasuprot tome, manji otvori blende (f/2.8 ili više) propuštaju manje svjetla, što otežava noćne snimke i prisiljava vas da povećate ISO ili smanjite brzinu zatvarača, s posljedičnim rizikom od šuma i zamućenih fotografija.

Pored f-broja, tu je i stvarni kvalitet objektiva ili sklopa objektiva. Loš optički dizajn može dovesti do geometrijske distorzije, oreoli, bljeskovi i hromatske aberacije koje uništavaju fotografiju koja je, na papiru, imala sve sastojke da bude spektakularna.

Kada se govori o mobilnim telefonima sa objektivima ekvivalentnim 35mm f/1.6 ili sličnim za senzore blizu 1” (kao što se priča kod određenih Nubia modela ili onih sa velikim objektivima), mora se shvatiti da Brzi objektiv za veliki senzor zauzima prostor.Zato sve više vidimo istaknute module kamera u vodećim telefonima.

Kod mobilnih telefona s više kamera (širokokutne, telefoto, makro...), obično svaki važan objektiv Obično je praćen vlastitim senzoromOvo povećava troškove, ali ne toliko koliko se možda čini jer proizvođači ponovo koriste mnogo tehnologije i senzora iz sličnih asortimana u različitim modelima.

Obrada slika i umjetna inteligencija: magija koju ne možete vidjeti

Druga polovina jednačine leži u procesoru slike (ISP) i algoritmima. Čak i ako je hardver kamere vrlo sličan, vrhunski mobilni telefon obično nudi mnogo bolje rezultate jer... Ima veću računarsku snagu i preciznije algoritme za obradu svake fotografije i svakog video kadra.

Procesor slike obavlja zadatke kao što su Interpretirajte signal senzora, prilagodite balans bijele, ekspoziciju, boju, oštrinu i HDRTakođer učestvuje u oštrenju, smanjenju šuma i cijelom video procesu, gdje su zahtjevi ogromni.

U mnogim trenutnim uređajima, moduli također dolaze do izražaja Umjetna inteligencija posvećena kameriOni detektuju scene (pejzaž, portret, hrana, noć, pozadinsko osvjetljenje...), identificiraju lica i oči te automatski podešavaju parametre kako bi snimili „odličnu“ fotografiju bez da korisnik išta dodiruje.

Ključna stvar je da sva ova „magija“ pravi veliku razliku kada je scena komplikovanaSlabo osvjetljenje, visok dinamički raspon, pokretni subjekti, miješanje umjetnog svjetla... U dobro osvijetljenim i statičnim situacijama, gotovo svi moderni mobilni telefoni oslanjaju se na senzor koji radi u svojoj optimalnoj zoni i pružaju prilično sličan kvalitet.

Zato nije uvijek tačno reći da vrhunski telefon "ima bolju kameru" zbog svog senzora ili optike (ponekad su vrlo slični onima kod telefona srednje i visoke klase). Prava superiornost obično leži u... procesni cjevovod, napredna stabilizacija i računarski načini rada kao što su noćni režim ili portretni režim.

Noćni način rada i fotografiranje pri slabom osvjetljenju

Noćne fotografije su tradicionalno bile Ahilova peta mobilnih telefona. Pri vrlo slabom osvjetljenju, senzor prima malo fotona; ako to kompenzirate povećanjem ISO vrijednosti, Šum se povećava i detalji se gubeOsim toga, kameri je potrebno duže vrijeme ekspozicije, što znači da će svaki mali pokret pokvariti snimak.

Da bi riješili ovaj problem, gotovo svi proizvođači su uveli neku vrstu noćni režimOsnovna ideja je snimiti nekoliko fotografija s različitim postavkama (ISO, vrijeme ekspozicije itd.) i kombinirati ih kako biste dobili jednu, bolje osvijetljenu sliku s više detalja u sjenama i manje šuma.

Ovaj proces se oslanja na računarske tehnike fotografije i vještačku inteligenciju. Mobilni uređaj Poravnajte različite snimke, odaberite najupotrebljivije dijelove svakog od njihIspravlja kretanje pulsa i koristi obučene modele za čišćenje šuma bez brisanja važne teksture.

U praksi, ovo vam omogućava da napravite "čudesne" noćne fotografije telefonom koje su, prije nekoliko godina, bile moguće samo sa mnogo većim kamerama i stativom. Uprkos tome, važno je zapamtiti da noćni režim... Ne zamjenjuje dobar hardver.Veliki senzor s velikim brojem piksela i dobrim otvorom blende i dalje će imati prednost.

Stoga, ako snimate mnogo fotografija koncerata, interijera ili slabo osvijetljenih scena, trebali biste potražiti telefone sa... veliki senzori (idealno 1/1.3”, 1/1.28” ili čak 1”) i dobar otvor blende, pored pouzdanog noćnog načina rada koji je dobro ocijenjen u stvarnim recenzijama.

Stabilizacija: OIS, EIS i upotrebljiv video

Stabilizacija je jedan od onih faktora koji vam nedostaju samo kada je nemate. Njena funkcija je kompenzirati kretanje pulsa ili samog telefona. kako bi se izbjegle mutne fotografije i videozapisi "slični zemljotresima".

Postoje dvije glavne vrste: optička stabilizacija slike (OIS) i elektronska stabilizacija slike (EIS). OIS koristi fizički mehanizmi za blago pomicanje sočiva ili samog senzora i neutralizira podrhtavanje; efikasniji je kod fotografija i videozapisa pri slabom osvjetljenju, jer omogućava korištenje nešto sporijih brzina zatvarača.

S druge strane, EIS radi softverski, neznatno izrezujući sliku i podešavanje okvira radi uglađivanja pokretaKoristan je i često dopunjuje OIS, ali sam po sebi ne dostiže isti nivo, posebno kada je osvjetljenje komplikovano.

Za dnevnu fotografiju sa statičkim scenama, možete preživjeti bez OIS-a, ali ako snimate puno fotografija pri slabom osvjetljenju ili puno videa, optička stabilizacija slike je neophodna. To pravi ogromnu razliku u oštrini i profesionalnoj završnoj obradiU današnjoj vrhunskoj ponudi, gotovo svi glavni senzori ga već uključuju.

Kod videa, pored OIS i EIS, u obzir dolaze i drugi parametri, kao što su rezolucija (1080p, 4K), broj sličica u sekundi (30/60 fps ili više) i HDR u realnom vremenuDobar senzor sa lošom obradom videa može dati osrednje rezultate, dok snažan ISP izvlači mnogo bolje performanse iz hardvera.

Više zadnjih kamera: šta svaka od njih doprinosi

Prešli smo s jedne zadnje kamere na telefone s tri, četiri ili više modula. Nije u pitanju samo marketing: kada se dobro implementiraju, ovi dodatni objektivi mogu biti vrlo učinkoviti. Oni uveliko proširuju kreativne mogućnosti.

Uobičajeno je da se pronađe jedan glavna kamera (najuravnoteženiji po kvaliteti, obično onaj s najboljim senzorom), a širok ugao obuhvatiti pejzaže ili velike grupe, i telefoto približiti udaljene subjekte optičkim ili hibridnim zumom uz manje gubitke.

Ponekad makro kamera Za detalje iz vrlo velike blizine, i ToF ili slični senzori koji pomažu u mjerenju udaljenosti i poboljšanju efekata poput zamućenja pozadine u portretima. Međutim, ne nude svi dodatni objektivi iste prednosti: mnogi makro objektivi i osnovni senzori dubine su više popunjavanje nego išta drugo.

U većini trenutnih dizajna, svaka glavna kamera ima vlastiti specifični senzor prilagođen žižnoj daljini i predviđenoj upotrebiNe radi se o jednom senzoru s nekoliko sočiva ispred, jer bi to ozbiljno ograničilo optički dizajn i vidno polje svakog modula.

Ovaj "zoološki vrt" kamera utiče na cijenu, ali omogućava modernom mobilnom telefonu da se lako nosi sa gotovo svakom situacijom: Od selfija i video poziva do širokih pejzaža, udaljenih zumiranja ili ekstremnih krupnih planovaKljučno je pogledati koje od tih kamera imaju dobar hardver, stabilizaciju i obradu, a koje su samo za pokazivanje.

Specifični senzori koji prave razliku

U svijetu senzora, određena imena se stalno pojavljuju kada govorimo o telefonima sa ozbiljnim kamerama. Neki su postali popularni zbog curenja informacija, a drugi zato što ih proizvođači koriste kao prodajni argument u svojim vodećim modelima.

Huawei govori o senzorima poput SC5AOCS (SmartSens)povezano s asortimanom koji je jasno usmjeren na čistu fotografiju. Iako potpuni javni popis specifikacija nije uvijek dostupan, osnovna poruka je jasna: odlučite se za Veliki senzori, bolje noćne performanse i dobar dinamički rasponsmanjenje ovisnosti o trećim stranama.

Samsung, sa svoje strane, ima porodice poznate kao ISOCELLNa primjer, ISOCELL GNV je velikodušno dimenzionirani senzor od 50 MP dizajniran da pruži solidnu osnovu za detalje, HDR i noćni vid bez prisiljavanja softvera da čini čuda. To je tipična komponenta koja se savršeno uklapa u telefone sa "pouzdanom fotografijom": usmjerite, snimajte i obično ispadne dobro.

Zatim postoje opklade poput OmniVision OV50X50Senzor od 50 MP u optičkom formatu od 1 inča s pikselima od 1,6 μm, dizajniran je da zaista razlikuje vodeće telefone od ostalih: ogromne mogućnosti snimanja u uvjetima slabog osvjetljenja, napredni HDR (s tehnologijama poput LOFIC-a) i brzi autofokus. U kombinaciji sa zaštitnim znakovima poput Light Fusiona i velikih objektiva, izvrsno se pokazao u noćnom snimanju, snimanju u zatvorenom prostoru i zahtjevnom videu.

Sa Sonyjeve strane, imena poput LYT-900 Postali su gotovo sinonim za "kameru mobilnog telefona koja izgleda kao ozbiljna kamera". To je veliki senzor (u mobilnom kontekstu), 50 MP i 1,6 μm piksela, snažno fokusiran na pružanje boljih noćnih performansi, pravog dinamičkog raspona i tog prirodnijeg i impresivnijeg izgleda na konačnoj slici.

drugima se sviđa Sony IMX903 Stekli su istaknutost zbog svoje povezanosti s iPhoneom "Pro". Apple ne prodaje senzor; prodaje iskustvo: konzistentnost, boju, video, stabilan HDR. Dodana vrijednost dolazi iz njihovog kompletnog procesa (ISP, obrada, stabilizacija, softver), ali senzor je fizička osnova koja sve to omogućava.

Također zvuči kao Sony LYT-828Moderni senzor od 50 MP dizajniran je za izvrsnost u scenama visokog kontrasta i uvijek uključenom HDR-u, čak i u pregledu, s veličinom od 1/1.28" što je vrlo tipično za vrhunske telefone kada ne idu direktno do 1". Fokus je ovdje na... kombinuju dobru veličinu senzora sa snažnim i efikasnim HDR-om u potrošnji.

Iznad tehničkih specifikacija: kako procijeniti kameru mobilnog telefona

Sa toliko specifikacija, lako se izgubiti. U konačnici, ono što je najvažnije je kako se telefon ponaša u stvarnim situacijama. Ne fokusirajte se samo na brojeve megapiksela, otvora blende ili naziva senzora.

Idealno bi bilo da testirate (ili pronađete pouzdane primjere testiranja) u ovim scenarijima: Scene sa slabim osvjetljenjem, fotografije sa visokim dinamičkim rasponom (pozadinsko osvjetljenje, zalasci sunca), portreti sa bokeh efektom i pokretni subjektiTu se marketing odvaja od pravog kvaliteta kamere.

Također vrijedi pogledati kako se telefon ponaša u video zapisima: rezolucija, glatkoća (FPS), stabilnost i HDR performanse. Mnogi modeli se hvale svojim fotografijama, ali Ne uspijevaju snimiti video zbog loše obrade, loše stabilizacije ili problema s kontinuiranim fokusom..

Konačno, ne smijemo zaboraviti brendove koji su se tradicionalno fokusirali na mobilnu fotografiju. Apple se ističe svojom ukupnom dosljednošću i video mogućnostima; Google zbog performansi u uvjetima slabog osvjetljenja i umjetne inteligencije; Samsung zbog svojih ISOCELL senzora i ambicioznih mogućnosti zumiranja; i Xiaomi zbog ponude... vrlo moćne vrhunske konfiguracije po konkurentnim cijenamaAli čak i unutar svakog brenda postoje značajne razlike između asortimana.

U konačnici, razumijevanje kako svaka komponenta (senzor, optika, procesor, stabilizacija i softver) utječe na performanse omogućava vam da... odabir pametnog telefona čiji fotoaparat zaista odgovara vašem stilu fotografisanja, izbjegavajući zamku pretjeranih megapiksela ili naduvanih tehničkih specifikacija koje se ne prevode u bolje fotografije u vašem svakodnevnom životu.