Первая гонка мегапикселей началась примерно в 2004 году (когда телефоны с камерами впервые преодолели отметку в 1 МП) и закончилась примерно в 2013 году с появлением Nokia 808 PureView. Его 41-мегапиксельная камера будет превзойдена по разрешению только в 2018 году. В этот период телефоны сосредоточились на других аспектах камеры, а не на разрешении. Но теперь нас ждет вторая мегапиксельная гонка.
Первый закончился отчасти потому, что здравый смысл сместился с «больше пикселей — лучше» на «больше пикселей — лучше». Появление вычислительной фотографии также сыграло важную роль и позволило iPhone, Galaxy и Pixel в течение нескольких лет придерживаться разрешения 12MP для своих основных камер (на самом деле Apple только сейчас оставила позади 12MP).
В наши дни все вернулось к принципу «чем больше пикселей, тем лучше», хотя и не полностью — текущая тенденция на самом деле представляет собой смесь двух подходов. У нас уже есть телефоны с 200-мегапиксельными датчиками, а также телефоны с 1-дюймовыми датчиками.
Мы более подробно рассмотрим две возникшие ветви, начиная с ветви «больше пикселей — лучше» сегодня и оставляя другую на следующий раз.
Вторая гонка мегапикселей привела к распространению 48-мегапиксельных сенсоров, которые стали довольно популярными на устройствах среднего класса (флагманы по-прежнему предпочитают больший размер сенсора более высокому разрешению). Давайте посмотрим, например, на Samsung ISOCELL GM1 2018 года выпуска. Он невелик для оптического формата 1/2 дюйма, но имеет пиксели размером 0,8 мкм, которые выросли до довольно больших 1,6 мкм при биннинге.
Здесь мы должны сделать небольшое отступление, чтобы поговорить о фильтре Байера. Когда-то мы написали подробное объяснение, но фильтры Байера, Квадробайера и т. д. занимают центральное место в сегодняшней теме. В датчике GM1 использовалась технология Tetrapixel, термин Samsung для Quad Bayer. Это выглядит так: четыре соседних пикселя имеют один и тот же цветной квадрат фильтра. Это делает естественным объединение четырех пикселей в один выходной пиксель (биннинг 4-в-1).
Сейчас есть датчики, которые охватывают группы 3х3 и даже группы пикселей 4х4 одним и тем же цветовым фильтром, они используют биннинг 9-в-1 и 16-в-1 соответственно. Разрешение 12 МП, о котором мы упоминали ранее, не исчезло — камеры 108 МП и 200 МП по-прежнему нацелены на 12 МП в качестве конечного результата после биннинга. Это хорошая настройка по умолчанию, поскольку вы получаете достаточное разрешение для увеличения, но вам не нужно манипулировать фотографиями, которые занимают десятки мегабайт памяти.
Вернемся к гонке мегапикселей. Поскольку датчики с высоким разрешением стали стандартом для телефонов среднего класса, возникло стремление снизить затраты, и это означало только одно — датчики меньшего размера.
В то время как GM1 имел пиксели 0,8 мкм, 48-мегапиксельная ISOCELL GM5 2020 года уменьшилась до 0,7 мкм, что сделало его сенсором 1/2,55 дюйма. JN1 2021 года стал еще меньше с пикселями 0,64 мкм, поэтому, несмотря на высокое разрешение 50 МП, он имел только оптический формат 1/2,76 дюйма.
Компания Samsung не одинока в использовании крошечных пикселей, например, OmniVisions OV60A — это 60-мегапиксельный сенсор, оптический формат 1/2,8 дюйма, размер пикселей 0,61 мкм и фильтр Quad Bayer. Существуют также датчики большего размера, такие как 1/1,34” OV64A, но мы снова поговорим о них в следующий раз.
Хорошо, мы рассмотрели размеры пикселей и фильтры Байера, пришло время преодолеть барьер в 100 МП. Первым датчиком, который превзошел все ожидания, стал Samsung ISOCELL Bright HMX. Его полное разрешение составляло 12 032 x 9 024 пикселей, а размер пикселей — 0,8 мкм, что соответствует оптическому формату 1/1,33 дюйма.
Первым телефоном, в котором он использовался, был Xiaomi Mi CC9 Pro (предполагалось, что это будет Mi Mix Alpha, но его отменили). Вы можете ознакомиться с нашим практическим обзором образцов камер. По умолчанию телефон снимает с разрешением в одну четверть, 27MP, с объединением пикселей.
Другой 108-мегапиксельный сенсор 1/1,33 дюйма — это HM3, который также имеет пиксели 0,8 мкм и использовался в Galaxy S21 Ultra. Тем не менее, этот делает биннинг 9-в-1 с разрешением по умолчанию 12MP. Как и в случае с 48-мегапиксельными датчиками, все началось с 0,8 мкм, но быстро начало снижаться — при 0,7 мкм и 108 МП у нас есть такие же, как у HM2 1/1,52 дюйма, затем при 0,64 мкм и разрешении 108 МП есть HM6, 1 /1,67-дюймовый сенсор.
Мы уже упоминали JN1, еще один датчик 0,64 мкм. Как вы, наверное, заметили, датчики можно сгруппировать по размеру пикселя. Например, Samsung построила несколько датчиков на основе своей технологии 0,7 мкм:
Теперь мы подошли к 200-мегапиксельным сенсорам, у Samsung их два — HP1 1/1,22 дюйма (пиксели 0,64 мкм) и HP3 1/1,4 дюйма с самыми маленькими пикселями, которые мы когда-либо видели, всего 0,56 мкм.
OmniVision имеет пару конкурирующих датчиков. OVB0B имеет пиксели размером 0,61 мкм, OVB0A соответствует HP3 с размерами 1/1,4 дюйма и 0,56 мкм.
200 МП — это максимальное разрешение камер современных смартфонов. Тем не менее, Samsung, как говорят, работает над датчиками с разрешением до 600MP, так что это не конец пути.
Прежде чем мы закончим, мы должны быстро рассмотреть преимущества такого количества пикселей. Первое очевидное, хвастовство. Мы знаем, что отделы маркетинга любят это, особенно когда они могут поставить «Первый!» этикетка на нем.
Но есть и практические преимущества. Цифровой зум значительно выиграл от этого — датчики, использующие биннинг пикселей, обычно могут выполнять цифровое масштабирование без потерь с тем же коэффициентом (например, бинирование 2×2 пикселей и 2-кратное увеличение). Даже при вынужденной интерполяции конечный результат лучше, потому что приходится работать с большим количеством пикселей.
Без моторизованного объектива это единственный способ добиться плавного масштабирования (например, в видео). Моторизованные зум-объективы, которые достаточно малы для современных смартфонов, уже есть на рынке, хотя они крайне редки.
Еще одно интересное использование датчиков с высоким разрешением — рассматривать их как два или даже отдельные датчики. Например, половина пикселей может снимать с низким значением ISO, а другая половина — с высоким значением ISO, которое затем можно объединить в одно изображение с детализацией как в ярких, так и в темных областях. Пошаговый HDR выполняет аналогичный трюк, за исключением того, что он меняет время экспозиции (низкое, среднее и высокое).
Двойной ISO
Смещенный HDR
На сегодня это все, в следующий раз мы посмотрим на другую ветку и проследим за ростом сенсоров изображения смартфонов до отметки в 1 дюйм. Раньше у нас были 1-дюймовые телефонные камеры, но Panasonic CM1 превосходит даже Xiaomi 12S. Ультра выглядеть стройно.