Kvaliteten af ​​mobiltelefonsensorer og optik: en komplet guide

Informatic Digital » Recursos » Kvaliteten af ​​mobiltelefonsensorer og optik: en komplet guide

I dag bærer vi vores mobiltelefoner fastgjort til hånden, og vi bruger den som hovedkamera Til stort set alt: hverdagsfotos, arbejde, sociale medier, rejser… Derfor er kvaliteten af ​​smartphone-sensorer og -linser blevet en af ​​nøglefaktorerne, når man vælger en enhed, endnu mere end… processorens kraft eller mængden af ​​hukommelse.

Men da vi begyndte at kigge tekniske ark Vi befinder os i et hav af akronymer, megapixels og mærkelige sensornavne, der kan forvirre enhver. Det er ikke nok bare at se på antallet af megapixelsDette inkluderer sensorstørrelse, objektivkvalitet, stabilisering, billedprocessor, nattilstande, forskellige bagkameraer ... og endda hvordan softwaren fortolker scenedata.

Sådan fungerer et mobiltelefonkamera i virkeligheden

Et moderne smartphonekamera er ikke så forskelligt fra et traditionelt kamera. Grundlæggende har vi et optik, der retter lys mod en sensor og et behandlingssystem, der konverterer disse oplysninger til et digitalt billede. Udfordringen (og vanskeligheden) ligger i at få plads til alt dette på den minimale plads, som telefonens chassis efterlader.

Den optiske blok, det vil sige linsen eller linsesættet, er ansvarlig for at indfange synligt lys og bringe det til sensoren med mindst mulig forvrængningHvis objektivet introducerer for mange kromatiske aberrationer eller forvrængninger, er det ligegyldigt, hvor god sensoren er: billedet er ødelagt, selv før det når chippen.

Når lyset rammer sensoren, træder elektronikken i kraft. Denne komponent består af en matrix af millioner af lysfølsomme celler (én fysisk pixel for hver pixel i det endelige billede). Hver celle modtager fotoner og omdanner dem til et elektrisk signal, der er proportionalt med den mængde lys, den har modtaget.

Dernæst kommer telefonens software: mærkets billedprocessor og algoritmer tager sig af det fortolke signalet, justere farve, kontrast, støjreduktion, HDR, fokus og alle de "sidste detaljer"Det er her, at forskellen mellem en high-end mobiltelefon og en billig en kan være enorm, selv når man bruger lignende sensorer.

Den store udfordring for producenterne er, at alt dette skal passe ind i et meget tyndt karosseri. Jo tyndere telefonen er, desto mindre plads er der til sensoren og optikken.Og det tvinger dig til at træffe designbeslutninger: prioritering af sensorstørrelse, blænde, stabilisering, kameramodulets tykkelse osv.

Sensortyper: CCD, CMOS og udviklingen mod BSI

Historisk set er der blevet brugt to hovedfamilier af sensorer i digital fotografering: CCD (Charge-Coupled Device) og CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)I årevis blev CCD'er anset for at have overlegen billedkvalitet, primært på grund af deres dynamiske område og lave støjniveau.

CCD-sensorerne gav meget rene billeder, med God håndtering af lys og skygger og mindre støjDe var dog dyre at fremstille, genererede en masse varme og krævede komplekse kølesystemer – noget der var fuldstændig upraktisk i en tynd og let mobiltelefon. Desuden tiltrækker de lettere støv, fordi de er elektrisk ladede.

CMOS-sensorer har derimod udviklet sig enormt i det seneste årti. I dag bruger stort set alle smartphones på et vist niveau dem. CMOS-sensorer eller avancerede derivaterfordi de forbruger op til 75 % mindre energi end en CCD, opvarmes meget mindre og er billigere og mere fleksible at fremstille.

En væsentlig fordel ved CMOS er, at de kan designes til at integrere behandlingsfunktioner i selve sensoren og gøre dem programmerbare, hvilket bringer deres funktion tættere på en generel chip. Dette har ført til løsninger, der er stærkt rettet mod mobile enheder, såsom baggrundsbelyste sensorer (BSI'er).

I BSI-sensorer er cellestrukturen omorganiseret for at tillade mere lys at nå sensorområdet. Dette resulterer i en forbedret optagelse i omgivelser med svagt lysmed mindre støj og flere detaljer, noget afgørende ved natfotografering med en smartphone.

Sensorens størrelse og hver pixel: hvorfor det betyder så meget

Når vi taler om billedkvalitet, er det ikke nok blot at sige, hvor mange megapixels et kamera har. Det, der virkelig betyder noget, er sensorens fysiske størrelse og hver pixel.To sensorer kan have samme opløsning, men hvis den ene er større, vil dens celler også være større og vil opfange mere lys.

Hver lysfølsom celle fungerer som en mini-"terning", der er ansvarlig for tæl de fotoner, der når denJo større overfladearealet af terningen er, desto flere fotoner kan den lagre, før den bliver mættet. Dette betyder et bedre dynamisk område og mindre støj, især i svagt lys.

Hvis vi sammenligner to sensorer med det samme antal megapixels, den med Større fysiske pixels giver generelt et renere billede med bedre tekstur og realistiske detaljerKameraet vil være i stand til at "beskrive" scenen med mere nyttig information uden at skulle forcere behandlingen så meget.

Derfor ser vi forskellige strategier blandt producenter. Nogle, som HTC med One eller Apple med visse iPhones, valgte Færre megapixels, men større sensorersøger at prioritere kvaliteten af ​​hvert punkt frem for den samlede mængde. Andre, såsom Sony, Samsung eller Nokia (med deres legendariske 40+ MP PureView-kameraer), er gået efter meget høje opløsninger og er afhængige af store sensorer og aggressiv processorkraft.

I praksis kan en sensor med stort overfladeareal og lavere opløsning give bedre resultat end et andet fyldt med megapixels, men med bittesmå cellerNøglen er balancen mellem chipstørrelse, pixelstørrelse og den type brug, du vil give billederne (skærm, stortryk, beskæring osv.).

Megapixels: nyttigt, men ikke en mirakelkur

I årevis har ideen om, at "flere megapixels er lig med et bedre kamera", været fremme, og det er kun delvist sandt i dag. Opløsning er stadig relevant, men bestemmer ikke i sig selv den endelige kvalitetEn 12 MP-telefon kan tage bedre billeder end en 48- eller 108 MP-telefon, hvis sensoren og optikken er bedre.

Megapixels angiver, hvor mange punkter det endelige billede vil udgøre, hvilket bestemmer den maksimale udskriftsstørrelse eller hvor meget du kan beskære uden at det bliver for synligt. Hvis sensoren er lille eller af dårlig kvalitet, gør den ekstra opløsning kun "pletterne" større. og forstørrer defekterne (støj, mangel på fine detaljer, artefakter).

Størrelsen på hver enkelt pixel har også betydning: Større pixels indfanger mere lys De tilbyder et bedre signal, hvilket muliggør støjreduktion uden at gå på kompromis med detaljer. Dette er oprindelsen til "pixel binning"-teknologier, som grupperer flere fysiske pixels i en større virtuel pixel for at forbedre kvaliteten i svagt lys.

Hvornår giver det mening at prioritere et højt antal megapixels? Hvis du normalt Udskriv i stort format, beskær dine fotos meget, eller brug for margen til redigering.En høj opløsning kan være en fordel, når den bruges effektivt. Men hvis dine fotos primært ligger på din telefon, dit tv og dine sociale medier, vil færre megapixels og en god sensor være mere end nok.

Den kloge beslutning indebærer at vurdere, hvor mange megapixels du virkelig har brug for, baseret på dit forbrug, og derfra prioritér sensorens fysiske størrelse, optikkens kvalitet og behandlingen i forhold til det simple opløsningsnummer.

Optik: blænder, linsekvalitet og deres effekt på billedet

Kameraets anden vigtige søjle er objektivet. En fremragende sensor er til ringe nytte, hvis den kombineres med et middelmådigt objektiv. Blænden måles med f-stop-værdier og fortæller os hvor meget lys kan komme ind i sensorenJo lavere tallet er (f/1.6, f/1.8…), desto mere lys passerer igennem.

En bred åbning tillader forbedret ydeevne i svagt lys og mere udtalt baggrundssløring (den bokeh, der er så eftertragtet i portrætter). I modsætning hertil lukker mindre blænder (f/2.8 eller højere) mindre lys ind, hvilket gør natbilleder vanskeligere og tvinger dig til at øge ISO-værdien eller sænke lukkertiden med deraf følgende risiko for støj og slørede billeder.

Ud over f-tallet er der den faktiske kvalitet af objektivet eller objektivenheden. Dårligt optisk design kan introducere geometriske forvrængninger, haloer, reflekser og kromatiske aberrationer der ødelægger et foto, der på papiret havde alle ingredienserne til at være spektakulært.

Når man taler om mobiltelefoner med objektiver svarende til 35 mm f/1.6 eller lignende for sensorer tæt på 1" (som rygtet går om visse Nubia-modeller eller dem med store objektiver), skal det forstås, at Et lysstærkt objektiv til en stor sensor optager plads.Derfor ser vi stadig mere fremtrædende kameramoduler i flagskibstelefoner.

I mobiltelefoner med flere kameraer (vidvinkel, tele, makro…) er hvert vigtigt objektiv normalt Den er normalt ledsaget af sin egen sensorDette øger omkostningerne, men ikke så meget som det måske ser ud til, fordi producenterne genbruger en masse teknologi og sensorer fra lignende serier i forskellige modeller.

Billedbehandling og AI: den magi, du ikke kan se

Den anden halvdel af ligningen ligger i billedprocessoren (ISP) og algoritmerne. Selv hvis kameraets hardware er meget ens, tilbyder en high-end mobiltelefon normalt meget bedre resultater, fordi Den har mere computerkraft og mere raffinerede algoritmer til at behandle hvert foto og hvert videobillede.

Billedprocessoren håndterer opgaver som f.eks. Fortolk sensorsignalet, juster hvidbalance, eksponering, farve, skarphed og HDRDet deltager også i skarphed, støjreduktion og hele videopipeline, hvor kravene er enorme.

I mange nuværende enheder kommer moduler også i spil Kunstig intelligens dedikeret til kameraetDisse registrerer motiver (landskab, portræt, mad, nat, modlys…), identificerer ansigter og øjne og justerer automatisk parametrene for at tage et "fantastisk" billede uden at brugeren rører ved noget.

Et centralt punkt er, at al denne "magi" kun gør en stor forskel når scenen er kompliceretSvagt lys, højt dynamisk område, motiver i bevægelse, blanding af kunstigt lys ... I godt oplyste og statiske situationer er næsten alle moderne mobiltelefoner afhængige af, at sensoren arbejder i sin optimale zone og leverer nogenlunde ensartet kvalitet.

Derfor er det ikke altid korrekt at sige, at en high-end-telefon "har et bedre kamera" på grund af dens sensor eller optik (nogle gange er de meget lig dem på en mellem- til high-end-telefon). Den virkelige overlegenhed ligger normalt i... behandlingspipeline, avanceret stabilisering og beregningstilstande såsom nattilstand eller portrættilstand.

Nattilstand og fotografering i svagt lys

Natbilleder har traditionelt været mobiltelefoners akilleshæl. I meget svagt lys modtager sensoren få fotoner; hvis man kompenserer ved at øge ISO-værdien, Støjen øges, og detaljerne går tabtDerudover har kameraet brug for en længere eksponeringstid, hvilket betyder, at enhver lille bevægelse vil ødelægge optagelsen.

For at løse dette problem har næsten alle producenter introduceret en eller anden form for nattilstandGrundideen er at tage flere billeder med forskellige indstillinger (ISO, eksponeringstid osv.) og kombinere dem for at få et enkelt, bedre belyst billede med flere detaljer i skygger og mindre støj.

Denne proces er afhængig af beregningsbaserede fotografiske teknikker og kunstig intelligens. Mobilen Juster de forskellige optagelser, og vælg de mest brugbare dele af hver enkelt.Den korrigerer pulsbevægelser og bruger trænede modeller til at rense støj uden at slette vigtig tekstur.

I praksis giver dette dig mulighed for at tage "mirakuløse" natbilleder med din telefon, som for et par år siden kun var mulige med meget større kameraer og et stativ. Alligevel er det vigtigt at huske, at nattilstand... Det erstatter ikke god hardware.En stor sensor med generøse pixels og en god blændeåbning vil stadig have en fordel.

Hvis du tager mange billeder af koncerter, indendørs eller svagt oplyste scener, bør du derfor kigge efter telefoner med store sensorer (ideelt set 1/1.3", 1/1.28" eller endda 1") og god blændeåbning, udover en pålidelig nattilstand, der er blevet godt bedømt i anmeldelser fra den virkelige verden.

Stabilisering: OIS, EIS og brugbar video

Stabilisering er en af ​​de faktorer, man kun overser, når man ikke har den. Dens funktion er kompensere for pulsens eller selve telefonens bevægelse. for at undgå slørede fotos og "jordskælvslignende" videoer.

Der er to hovedtyper: optisk billedstabilisering (OIS) og elektronisk billedstabilisering (EIS). OIS bruger fysiske mekanismer til at bevæge linsen eller selve sensoren en smule og modvirke rystelser; det er mere effektivt i fotos og videoer i svagt lys, fordi det tillader brug af lidt langsommere lukkertider.

EIS fungerer derimod via software, hvor billedet beskæres en smule og justering af rammerne for at udjævne bevægelsenDet er nyttigt og supplerer ofte OIS, men i sig selv når det ikke samme niveau, især når belysningen er kompliceret.

Til fotografering i dagslys med statiske scener kan du leve uden OIS, men hvis du tager mange billeder i svagt lys eller optager meget video, er optisk billedstabilisering afgørende. Det gør en kæmpe forskel i skarphed og professionel finishI dagens high-end-sortiment har stort set alle hovedsensorer det allerede indbygget.

I video spiller andre parametre, udover OIS og EIS, ind, såsom opløsningen (1080p, 4K), billedhastigheden (30/60 fps eller mere) og HDR i realtidEn god sensor med dårlig videobehandling kan give middelmådige resultater, mens en kraftfuld internetudbyder får meget bedre ydeevne ud af hardwaren.

Flere bagkameraer: hvad hvert enkelt bidrager med

Vi er gået fra at have et enkelt bagkamera til at se telefoner med tre, fire eller flere moduler. Det er ikke bare markedsføring: Når de implementeres korrekt, kan disse ekstra linser være meget effektive. De udvider de kreative muligheder betydeligt.

Det er normalt at finde en hovedkamera (den mest afbalancerede i kvalitet, normalt den med den bedste sensor), en vidvinkel at omfatte landskaber eller store grupper, og en telefoto at bringe fjerne motiver tættere på med optisk eller hybrid zoom med mindre tab.

Nogle gange en makro kamera Til meget tætte detaljer, og ToF eller lignende sensorer, der hjælper med at måle afstande og forbedre effekter som baggrundssløring i portrætter. Dog tilbyder ikke alle ekstra objektiver de samme fordele: mange makroobjektiver og grundlæggende dybdesensorer fylder mere end noget andet.

I de fleste nuværende designs har hvert større kamera sin egen specifikke sensor tilpasset brændvidden og den tilsigtede anvendelseDet er ikke en enkelt sensor med flere linser foran, fordi det ville begrænse det optiske design og synsfeltet for hvert modul alvorligt.

Denne "zoo" af kameraer påvirker prisen, men den gør det muligt for en moderne mobiltelefon nemt at håndtere næsten enhver situation: Fra selfies og videoopkald til vidtstrakte landskaber, zoom på afstand eller ekstreme nærbillederNøglen er at se på, hvilke af disse kameraer har god hardware, stabilisering og processorkraft, og hvilke der udelukkende er til pynt.

Specifikke sensorer, der gør en forskel

I sensorernes verden dukker visse navne hele tiden op, når vi taler om telefoner med seriøse kameraer. Nogle er blevet populære på grund af lækager, og andre fordi producenter bruger dem som et salgsargument i deres flagskibsmodeller.

Huawei taler om sensorer som f.eks. SC5AOCS (SmartSens)forbundet med serier, der tydeligt fokuserer på ren fotografering. Selvom et komplet offentligt specifikationsark ikke altid er tilgængeligt, er det underliggende budskab klart: vælg Store sensorer, bedre natfunktion og godt dynamisk områdemindske afhængigheden af ​​tredjeparter.

Samsung har på sin side familier kendt som ISOCELLISOCELL GNV er for eksempel en generøst stor 50MP-sensor, der er designet til at give et solidt fundament inden for detaljer, HDR og nattesyn uden at tvinge softwaren til at udføre mirakler. Det er den typiske komponent, der passer perfekt i telefoner med "pålidelig fotografering": sigt, skyd, og det bliver som regel godt.

Så er der væddemål som OmniVision OV50X50En 50MP-sensor i et 1-tommer optisk format med 1,6μm pixels, designet til virkelig at differentiere flagskibstelefoner: enorme muligheder for svagt lys, avanceret HDR (med teknologier som LOFIC) og hurtig autofokus. Kombineret med varemærker som Light Fusion og store objektiver udmærker den sig i nat, indendørs og krævende video.

På Sony-siden er der navne som LYT-900 De er blevet næsten synonyme med "et mobiltelefonkamera, der ligner et seriøst kamera." Det er en stor sensor (i mobilsammenhæng), 50 MP og 1,6 μm pixels, der er stærkt fokuseret på at levere bedre natkvalitet, ægte dynamisk område og det mere naturlige og fordybende look i det endelige billede.

andre kan lide Sony IMX903 De har opnået fremtrædende plads på grund af deres tilknytning til iPhone "Pro". Apple sælger ikke selve sensoren, de sælger oplevelsen: ensartethed, farve, video, stabil HDR. Merværdien kommer fra deres komplette pipeline (internetudbyder, processor, stabilisering, software), men sensoren er det fysiske fundament, der gør det hele muligt.

Det lyder også som Sony LYT-828En moderne 50MP-sensor designet til at udmærke sig i scener med høj kontrast og altid aktiveret HDR, selv i preview, med en 1/1.28" størrelse, der er meget typisk for high-end-telefoner, når de ikke går direkte op til 1". Fokus her er på Kombinér en god sensorstørrelse med kraftfuld og effektiv HDR i forbrug.

Ud over de tekniske specifikationer: Sådan evaluerer du et mobiltelefonkamera

Med så mange specifikationer er det nemt at fare vild. I sidste ende er det vigtigste, hvordan telefonen klarer sig i virkelige situationer. Fokuser ikke kun på tallene af megapixels, blænder eller sensornavne.

Ideelt set bør du teste (eller finde pålidelige eksempler på testning) i disse scenarier: Motiver i svagt lys, billeder med højt dynamisk område (modlys, solnedgange), portrætter med bokeh og motiver i bevægelseDet er her, markedsføring adskiller sig fra kameraets sande kvalitet.

Det er også værd at se på, hvordan telefonen klarer sig i video: opløsning, jævnhed (FPS), stabilitet og HDR-ydeevne. Mange modeller kan prale af deres fotos, men De leverer ikke på video på grund af dårlig behandling, dårlig stabilisering eller problemer med kontinuerlig fokusering.

Endelig må vi ikke glemme de mærker, der traditionelt har fokuseret på mobilfotografering. Apple skiller sig ud for sin overordnede ensartethed og videofunktioner; Google for sin ydeevne i svagt lys og AI; Samsung for sine ISOCELL-sensorer og ambitiøse zoomfunktioner; og Xiaomi for at tilbyde... Meget kraftfulde high-end-konfigurationer til aggressive priserMen selv inden for hvert mærke er der bemærkelsesværdige forskelle mellem serierne.

I sidste ende giver en forståelse af, hvordan hver komponent (sensor, optik, processor, stabilisering og software) påvirker ydeevnen dig mulighed for at... valg af smartphone hvis kamera virkelig passer til din fotostil, og undgår fælden med overdrevne megapixels eller oppustede tekniske specifikationer, der ikke resulterer i bedre billeder i din hverdag.