Kvaliteten på mobiltelefonsensorer og optikk: en komplett guide

Informatec Digital » Ressurser » Kvaliteten på mobiltelefonsensorer og optikk: en komplett guide

I dag bærer vi med oss ​​mobiltelefonene våre. festet til hånden, og vi bruker den som hovedkamera For praktisk talt alt: hverdagsbilder, jobb, sosiale medier, reiser ... Derfor har kvaliteten på smarttelefonsensorer og -linser blitt en av nøkkelfaktorene når man velger en enhet, enda mer enn ... prosessorens kraft eller mengden minne.

Men da vi begynte å se etter tekniske ark Vi befinner oss i et hav av akronymer, megapiksler og merkelige sensornavn som kan forvirre hvem som helst. Det er ikke nok å bare se på antall megapikslerDette inkluderer sensorstørrelse, linsekvalitet, stabilisering, bildeprosessor, nattmoduser, forskjellige bakkameraer ... og til og med hvordan programvaren tolker scenedata.

Hvordan et mobiltelefonkamera egentlig fungerer

Et moderne smarttelefonkamera er ikke så ulikt et tradisjonelt kamera. I hovedsak har vi et optikk som retter lys mot en sensor og et prosesseringssystem som konverterer denne informasjonen til et digitalt bilde. Utfordringen (og vanskeligheten) ligger i å få plass til alt dette på den minimale plassen som telefonens chassis har igjen.

Den optiske blokken, det vil si linsen eller settet med linser, er ansvarlig for å fange synlig lys og bringe det til sensoren med minst mulig forvrengningHvis objektivet introduserer for mange kromatiske avvik eller forvrengninger, spiller det ingen rolle hvor god sensoren er: bildet er ødelagt allerede før det når brikken.

Når lyset treffer sensoren, kommer elektronikken i spill. Denne komponenten består av en matrise av millioner av lysfølsomme celler (én fysisk piksel for hver piksel i det endelige bildet). Hver celle mottar fotoner og konverterer dem til et elektrisk signal proporsjonalt med mengden lys den har mottatt.

Deretter kommer telefonens programvare: merkets bildeprosessor og algoritmer tar seg av det tolke signalet, justere farge, kontrast, støyreduksjon, HDR, fokus og alle de «siste finpussene»Det er her forskjellen mellom en avansert mobiltelefon og en billig en kan være enorm, selv når man bruker lignende sensorer.

Den store utfordringen for produsentene er at alt dette må få plass i et veldig tynt karosseri. Jo tynnere telefonen er, desto mindre plass er det til sensoren og optikken.Og det tvinger deg til å ta designbeslutninger: prioritere sensorstørrelse, blenderåpning, stabilisering, kameramodultykkelse osv.

Sensortyper: CCD, CMOS og utviklingen mot BSI

Historisk sett har to hovedfamilier av sensorer blitt brukt i digital fotografering: CCD (Charge-Coupled Device) og CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)I årevis ble CCD-er ansett som overlegne når det gjaldt bildekvalitet, hovedsakelig på grunn av sitt dynamiske område og lave støynivå.

CCD-sensorene ga svært rene bilder, med God håndtering av lys og skygger og mindre støyDe var imidlertid dyre å produsere, genererte mye varme og krevde komplekse kjølesystemer – noe som er fullstendig upraktisk i en tynn og lett mobiltelefon. Dessuten, fordi de er elektrisk ladet, tiltrekker de seg støv lettere.

CMOS-sensorer har derimot utviklet seg enormt det siste tiåret. I dag bruker så godt som alle smarttelefoner på et visst nivå dem. CMOS-sensorer eller avanserte derivaterfordi de bruker opptil 75 % mindre energi enn en CCD, varmes opp mye mindre, og er billigere og mer fleksible å produsere.

En stor fordel med CMOS er at de kan utformes for å integrere prosesseringsfunksjoner i selve sensoren og gjøre dem programmerbare, noe som bringer driften deres nærmere den til en generell brikke. Dette har ført til løsninger som er sterkt rettet mot mobile enheter, for eksempel bakgrunnsbelyste sensorer (BSI-er).

I BSI-sensorer er cellestrukturen omorganisert for å tillate mer lys å nå sensorområdet. Dette resulterer i en forbedret opptak i omgivelser med lite lysmed mindre støy og flere detaljer, noe som er kritisk ved nattfotografering med smarttelefon.

Størrelsen på sensoren og hver piksel: hvorfor det er så viktig

Når vi snakker om bildekvalitet, er det ikke nok å bare si hvor mange megapiksler et kamera har. Det som virkelig betyr noe er den fysiske størrelsen på sensoren og hver piksel.To sensorer kan ha samme oppløsning, men hvis den ene er større, vil cellene også være større og fange opp mer lys.

Hver lysfølsom celle fungerer som en liten «kube» som er ansvarlig for tell fotonene som når denJo større overflatearealet til kuben er, desto flere fotoner kan den lagre før den blir mettet. Dette betyr bedre dynamisk område og mindre støy, spesielt i svakt lys.

Hvis vi sammenligner to sensorer med samme antall megapiksler, den med Større fysiske piksler gir vanligvis et renere bilde, med bedre tekstur og realistiske detaljerKameraet vil kunne «beskrive» scenen med mer nyttig informasjon, uten å måtte tvinge frem prosesseringen så mye.

Derfor ser vi ulike strategier blant produsenter. Noen, som HTC med One eller Apple med visse iPhones, valgte Færre megapiksler, men større sensorersøker å prioritere kvaliteten på hvert punkt fremfor den totale kvantiteten. Andre, som Sony, Samsung eller Nokia (med sine legendariske PureView-kameraer på 40+ MP), har gått for svært høye oppløsninger, og er avhengige av store sensorer og aggressiv prosessering.

I praksis kan en sensor med stort overflateareal og lavere oppløsning gi bedre resultat enn et annet fullpakket med megapiksler, men med bittesmå cellerNøkkelen er balansen mellom brikkestørrelse, pikselstørrelse og hva slags bruk du skal gi bildene (skjerm, stor skrift, beskjæring osv.).

Megapiksler: nyttig, men ikke en magisk løsning

I årevis har ideen om at «flere megapiksler er lik et bedre kamera» blitt fremmet, og det er bare delvis sant i dag. Oppløsning er fortsatt relevant, men bestemmer ikke i seg selv den endelige kvalitetenEn 12 MP-telefon kan ta bedre bilder enn en 48- eller 108 MP-telefon hvis sensoren og optikken er overlegen.

Megapiksler angir hvor mange punkter som vil utgjøre det endelige bildet, noe som bestemmer den maksimale utskriftsstørrelsen eller hvor mye du kan beskjære uten at det blir for synlig. Hvis sensoren er liten eller av dårlig kvalitet, gjør den ekstra oppløsningen bare «flekken» større. og forstørrer defektene (støy, mangel på fine detaljer, artefakter).

Størrelsen på hver enkelt piksel har også betydning: større piksler fanger opp mer lys De tilbyr et bedre signal, noe som muliggjør støyreduksjon uten at det går på bekostning av detaljer. Dette er opprinnelsen til «pixel binning»-teknologier, som grupperer flere fysiske piksler til en større virtuell piksel for å forbedre kvaliteten i svakt lys.

Når er det fornuftig å prioritere et høyt antall megapiksler? Hvis du vanligvis Skriv ut i stort format, beskjær bildene dine mye, eller trenger marg for redigering.Høy oppløsning kan være en fordel når den brukes effektivt. Men hvis bildene dine stort sett er på telefonen, TV-en og sosiale medier, vil færre megapiksler og en god sensor være mer enn nok.

Den smarte avgjørelsen innebærer å vurdere hvor mange megapiksler du virkelig trenger basert på bruken din, og derfra prioriter den fysiske størrelsen på sensoren, optikkens kvalitet og prosesseringen kontra det enkle oppløsningstallet.

Optikk: blenderåpninger, linsekvalitet og deres effekt på bildet

Den andre viktige søylen i kameraet er objektivet. En utmerket sensor er lite nyttig hvis den er paret med et middelmådig objektiv. Blenderåpningen måles med f-stoppverdier og forteller oss hvor mye lys som kan komme inn i sensorenJo lavere tallet er (f/1.6, f/1.8…), desto mer lys slipper gjennom.

En bred åpning tillater forbedret ytelse i svakt lys og mer uttalt bakgrunnsuskarphet (den bokeh-effekten som er så ettertraktet i portretter). I motsetning til dette slipper mindre blenderåpninger (f/2.8 eller høyere) inn mindre lys, noe som gjør nattbilder vanskeligere og tvinger deg til å øke ISO-en eller redusere lukkerhastigheten, med påfølgende risiko for støy og uskarpe bilder.

Utover f-tallet er det den faktiske kvaliteten på objektivet eller objektivenheten. Dårlig optisk design kan føre til geometriske forvrengninger, haloer, refleksjoner og kromatiske avvik som ødelegger et bilde som på papiret hadde alle ingrediensene til å være spektakulært.

Når man snakker om mobiltelefoner med objektiver tilsvarende 35 mm f/1.6 eller lignende for sensorer nær 1 tomme (som ryktet går om visse Nubia-modeller eller de med store objektiver), må det forstås at Et lyssterkt objektiv for en stor sensor tar opp plass.Derfor ser vi stadig mer fremtredende kameramoduler i flaggskiptelefoner.

I mobiltelefoner med flere kameraer (vidvinkel, tele, makro…), vanligvis hver viktige linse Den er vanligvis ledsaget av sin egen sensorDette øker kostnadene, men ikke så mye som det kan virke, fordi produsenter gjenbruker mye teknologi og sensorer fra lignende serier i forskjellige modeller.

Bildebehandling og AI: magien du ikke kan se

Den andre halvdelen av ligningen ligger i bildeprosessoren (ISP) og algoritmene. Selv om kameramaskinvaren er veldig lik, tilbyr en avansert mobiltelefon vanligvis mye bedre resultater fordi Den har mer datakraft og mer raffinerte algoritmer for å behandle hvert bilde og hvert videobilde.

Bildeprosessoren håndterer oppgaver som Tolke sensorsignalet, justere hvitbalanse, eksponering, farge, skarphet og HDRDen deltar også i skjerping, støyreduksjon og hele videoprosessen, der kravene er enorme.

I mange nåværende enheter kommer også moduler inn i bildet Kunstig intelligens dedikert til kameraetDisse oppdager scener (landskap, portrett, mat, natt, motlys…), identifiserer ansikter og øyne, og justerer automatisk parameterne for å ta et «flott» bilde uten at brukeren berører noe.

Et viktig poeng er at all denne «magien» bare utgjør en stor forskjell når scenen er komplisertLite lys, høyt dynamisk område, bevegelige motiver, blanding av kunstig lys ... I godt opplyste og statiske situasjoner er nesten alle moderne mobiltelefoner avhengige av at sensoren jobber i sin optimale sone og gir ganske lik kvalitet.

Derfor er det ikke alltid riktig å si at en high-end-telefon «har et bedre kamera» på grunn av sensoren eller optikken (noen ganger er de veldig like de på en mellom- til high-end-telefon). Den virkelige overlegenheten ligger vanligvis i... prosesseringsrørledning, avansert stabilisering og beregningsmoduser som for eksempel nattmodus eller portrettmodus.

Nattmodus og fotografering i svakt lys

Nattbilder har tradisjonelt vært mobiltelefonenes akilleshæl. I svært svakt lys mottar sensoren få fotoner. Hvis du kompenserer ved å øke ISO-verdien, Støyen øker og detaljer går taptI tillegg trenger kameraet lengre eksponeringstid, noe som betyr at enhver liten bevegelse vil ødelegge bildet.

For å løse dette problemet har nesten alle produsenter introdusert en eller annen form for nattmodusGrunnideen er å ta flere bilder med forskjellige innstillinger (ISO, eksponeringstid osv.) og kombinere dem for å få ett enkelt, bedre belyst bilde med flere detaljer i skygger og mindre støy.

Denne prosessen er avhengig av beregningsbaserte fotograferingsteknikker og kunstig intelligens. Mobilen Juster de forskjellige bildene, velg de mest brukbare delene av hvert av demDen korrigerer pulsbevegelser og bruker trente modeller for å rense støy uten å slette viktig tekstur.

I praksis lar dette deg ta «mirakuløse» nattbilder med telefonen din, noe som for noen år siden bare var mulig med mye større kameraer og et stativ. Likevel er det viktig å huske at nattmodus... Det erstatter ikke god maskinvare.En stor sensor med sjenerøse piksler og en god blenderåpning vil fortsatt ha en fordel.

Derfor, hvis du tar mange bilder av konserter, interiør eller svakt opplyste scener, bør du se etter telefoner med store sensorer (ideelt sett 1/1.3", 1/1.28" eller til og med 1") og god blenderåpning, i tillegg til en pålitelig nattmodus som har blitt godt vurdert i anmeldelser fra den virkelige verden.

Stabilisering: OIS, EIS og brukbar video

Stabilisering er en av de faktorene du bare går glipp av når du ikke har den. Funksjonen er kompensere for bevegelsen til pulsen eller selve telefonen. for å unngå uskarpe bilder og «jordskjelvlignende» videoer.

Det finnes to hovedtyper: optisk bildestabilisering (OIS) og elektronisk bildestabilisering (EIS). OIS bruker fysiske mekanismer for å bevege linsen eller selve sensoren litt og motvirke risting; den er mer effektiv i bilder og videoer i svakt lys, fordi den tillater bruk av litt lavere lukkertider.

EIS, derimot, fungerer via programvare, og beskjærer bildet litt og justere rammene for å jevne ut bevegelsenDet er nyttig og utfyller ofte OIS, men alene når det ikke samme nivå, spesielt når belysningen er komplisert.

For fotografering på dagtid med statiske motiver kan du klare deg uten OIS, men hvis du tar mange bilder i svakt lys eller filmer mye, er optisk bildestabilisering viktig. Det utgjør en stor forskjell i skarphet og profesjonell finishI dagens high-end-sortiment har så godt som alle hovedsensorer det allerede.

I video, i tillegg til OIS og EIS, spiller andre parametere inn, som f.eks. oppløsningen (1080p, 4K), bildefrekvensen (30/60 fps eller mer) og HDR i sanntidEn god sensor med dårlig videobehandling kan gi middelmådige resultater, mens en kraftig internettleverandør får mye bedre ytelse ut av maskinvaren.

Flere bakkameraer: hva hvert enkelt bidrar med

Vi har gått fra å ha et enkelt bakkamera til å se telefoner med tre, fire eller flere moduler. Det handler ikke bare om markedsføring: når de implementeres riktig, kan disse ekstra linsene være svært effektive. De utvider kreative muligheter betraktelig.

Det er vanlig å finne en hovedkameraet (den mest balanserte i kvalitet, vanligvis den med den beste sensoren), en vidvinkel å omfatte landskap eller store grupper, og en tele for å bringe fjerne motiver nærmere med optisk eller hybridzoom med mindre tap.

Noen ganger en makro kamera For detaljer på veldig nært hold, og ToF eller lignende sensorer som hjelper med å måle avstander og forbedre effekter som bakgrunnsuskarphet i portretter. Imidlertid tilbyr ikke alle ekstraobjektiver de samme fordelene: mange makroobjektiver og grunnleggende dybdesensorer er mer fyllstoff enn noe annet.

I de fleste nåværende design har hvert større kamera funksjoner sin egen spesifikke sensor tilpasset brennvidden og den tiltenkte brukenDet er ikke én enkelt sensor med flere linser foran, fordi det ville begrense den optiske utformingen og synsfeltet til hver modul betraktelig.

Denne «dyrehagen» av kameraer påvirker prisen, men den gjør at en moderne mobiltelefon enkelt kan håndtere nesten enhver situasjon: Fra selfier og videosamtaler til vidstrakte landskap, zoom på avstand eller ekstreme nærbilderNøkkelen er å se på hvilke av disse kameraene som har god maskinvare, stabilisering og prosessering, og hvilke som kun er for syns skyld.

Spesifikke sensorer som utgjør en forskjell

I sensorenes verden dukker det stadig opp visse navn når vi snakker om telefoner med seriøse kameraer. Noen har blitt populære på grunn av lekkasjer, og andre fordi produsenter bruker dem som et salgsargument i flaggskipmodellene sine.

Huawei snakker om sensorer som SC5AOCS (SmartSens)assosiert med serier som tydelig fokuserer på ren fotografering. Selv om et komplett offentlig spesifikasjonsark ikke alltid er tilgjengelig, er det underliggende budskapet klart: velg Store sensorer, bedre ytelse om natten og godt dynamisk områderedusere avhengigheten av tredjeparter.

Samsung har på sin side familier kjent som ISOCELLISOCELL GNV, for eksempel, er en generøs 50MP-sensor designet for å gi et solid grunnlag for detaljer, HDR og nattsyn uten å tvinge programvaren til å utføre mirakler. Det er den typiske komponenten som passer perfekt i telefoner med "pålitelig fotografering": pek, skyt, og det blir vanligvis bra.

Så finnes det spill som OmniVision OV50X50En 50 MP-sensor i et 1-tommers optisk format med 1,6 μm piksler, designet for å virkelig differensiere flaggskiptelefoner: enorme egenskaper i svakt lys, avansert HDR (med teknologier som LOFIC) og rask autofokus. Kombinert med varemerker som Light Fusion og store linser, utmerker den seg i nattelivet, innendørs og krevende video.

På Sony-siden, navn som LYT-900 De har blitt nesten synonymt med «et mobiltelefonkamera som ser ut som et seriøst kamera». Det er en stor sensor (i mobilsammenheng), 50 MP og 1,6 μm piksler, sterkt fokusert på å levere bedre nattytelse, ekte dynamisk område og det mer naturlige og oppslukende utseendet i det endelige bildet.

andre liker Sony IMX903 De har fått fremtredende plass på grunn av tilknytningen sin til iPhone «Pro». Apple selger ikke sensoren; de selger opplevelsen: konsistens, farge, video, stabil HDR. Merverdien kommer fra hele pipelinen (internettleverandør, prosessering, stabilisering, programvare), men sensoren er det fysiske fundamentet som gjør alt mulig.

Det høres også ut som Sony LYT-828En moderne 50 MP-sensor designet for å utmerke seg i scener med høy kontrast og alltid på HDR, selv i forhåndsvisning, med en størrelse på 1/1.28 tommer som er veldig typisk for avanserte telefoner når de ikke går rett opp til 1 tommer. Fokuset her er på Kombiner en god sensorstørrelse med kraftig og effektiv HDR i forbruk.

Utover de tekniske spesifikasjonene: hvordan evaluere et mobiltelefonkamera

Med så mange spesifikasjoner er det lett å gå seg vill. Til syvende og sist er det viktigste hvordan telefonen yter i virkelige situasjoner. Ikke bare fokuser på tallene av megapiksler, blenderåpninger eller sensornavn.

Ideelt sett bør du teste (eller finne pålitelige eksempler på testing) i disse scenariene: Motiver i svakt lys, bilder med høyt dynamisk område (motlys, solnedganger), portretter med bokeh og motiver i bevegelseDet er der markedsføring skiller seg fra kameraets sanne kvalitet.

Det er også verdt å se på hvordan telefonen yter i video: oppløsning, jevnhet (FPS), stabilitet og HDR-ytelse. Mange modeller skryter av bildene sine, men De klarer ikke å levere på video på grunn av dårlig prosessering, dårlig stabilisering eller problemer med kontinuerlig fokusering.

Til slutt må vi ikke glemme merkene som tradisjonelt har fokusert på mobilfotografering. Apple skiller seg ut for sin generelle konsistens og videofunksjoner; Google for sin ytelse i svakt lys og AI; Samsung for sine ISOCELL-sensorer og ambisiøse zoomfunksjoner; og Xiaomi for å tilby... svært kraftige high-end-konfigurasjoner til aggressive priserMen selv innenfor hvert merke er det bemerkelsesverdige forskjeller mellom seriene.

Til syvende og sist, det å forstå hvordan hver komponent (sensor, optikk, prosessor, stabilisering og programvare) påvirker ytelsen, lar deg ... å velge en smarttelefon hvis kamera virkelig passer din fotostil, og unngår fellen med overdrevne megapiksler eller oppblåste tekniske spesifikasjoner som ikke fører til bedre bilder i hverdagen.