Когато някой обмисли смяна на мобилен или камераОбикновено първото нещо, което хората гледат, е броят мегапиксели на сензора. Години наред рекламите многократно ни казваха, че повече мегапиксели означават по-добри снимки, до степен, че много хора пренебрегват други важни фактори като размера на сензора или размера на пиксела.
Днес знаем, че фокусирането единствено върху мегапикселите е само половината от историята.Действителното качество на снимките, които правите със смартфона си, зависи от комбинация от фактори: размера на сензора за изображение, размера на всеки фото обект (физически пиксел), плътността на пикселите, оптиката и, все по-често, компютърната фотография. Разбирането как всичко това се вписва заедно ви помага да изберете телефона си по-ефективно и да разберете защо някои телефони правят толкова невероятни снимки, дори през нощта.
Какво е сензор за изображения и как работи в мобилен телефон?
Сензорът за изображение е сърцето на камерата на мобилния телефон.Състои се от милиони малки светлочувствителни елементи, наречени фотозити или фотодиоди, изработени от силиций. Всяка от тези точки събира фотоните, които пристигат през обектива, и ги преобразува в електрически сигнал, който след обработка ще произведе пиксел в крайната снимка.
Всеки фотосайт в сензора съответства на един пиксел в цифровото изображение.Сензор с 12 милиона фотоячейки ще произведе приблизително 12-мегапикселови снимки. Преобладаващите технологии за производство на тези сензори са CCD и CMOS, въпреки че CMOS сензорите се използват почти изключително в мобилни телефони поради по-ниската им консумация на енергия и по-добрата интеграция с процесорите.
Мегапикселовата резолюция е просто общият брой пиксели което ще бъде крайната резолюция на изображението. Например, снимка с размери 5472 x 3648 пиксела съдържа 19 961 856 пиксела или около 20 мегапиксела. Това определя колко големи могат да бъдат отпечатаните копия, без да се губят детайли, или колко място имате, за да изрежете изображението, без да изглежда размазано.
Въпреки това, в цифровата фотография, и особено в мобилната фотографияСамо този брой мегапиксели не обяснява качеството. Две камери с еднаква резолюция могат да предложат много различни резултати, ако размерът на сензора, обективът или вътрешната обработка на изображението се променят.
Мегапиксели срещу размер на сензора: кой наистина управлява
Като общо правило, колкото по-голям е сензорът, толкова по-високо е потенциалното качество на изображението.По-големият сензор има по-голяма повърхност за събиране на светлина, което се изразява в по-малко шум, по-добра производителност при високи ISO стойности и, при специализирани фотоапарати, по-голям контрол върху дълбочината на рязкост.
Ако сензорът е по-голям, фотосайтовете също могат да бъдат по-големи....при условие че не увеличаваме резолюцията. По-големият размер на пиксела означава, че всеки фотодиод събира повече фотони, което води до по-чист сигнал и по-малко работа за процесора, намалявайки шума и запазвайки повече детайли, особено при слаба светлина.
И така, защо не всички устройства имат огромни сензори? Мобилните телефони са изправени пред две основни ограничения: наличното физическо пространство и цената. Сензор, подобен по размер на този на пълноформатен фотоапарат, просто няма да се побере в телефон; той би изисквал огромни обективи и би направил модула на камерата толкова голям, че дизайнът на телефона би бил неосъществим. Освен това производството на големи сензори е значително по-скъпо.
За да визуализирате разликите, просто сравнете размерите на сензорите от различни устройства: от малките сензори на много смартфони, през тези на усъвършенстваните компактни фотоапарати (например 1/1,7″ или 1″), до APS-C или пълноформатни 24 x 36 мм сензори. Между типичния сензор на мобилен телефон и пълноформатния сензор може да има огромна разлика в площта, десетки пъти.
Ето защо размерът на сензора в мобилния телефон е ключова информация. което години наред е било скрито или пренебрегвано в техническите спецификации, въпреки факта, че в света на камерите винаги е било смятано за фундаментално. Едва наскоро производителите започнаха да се хвалят с тази стойност. когато искат да продадат по-голямата си фотографска гама.
Плътност на пикселите и размер на пиксела: двойката, която прави цялата разлика
За да разберем напълно връзката между мегапикселите и размера на сензораСтрува си да се въведат две допълнителни понятия: плътност на пикселите и размер на всеки физически пиксел. Това са две страни на една и съща монета и са тясно свързани с качеството на изображението.
Плътността на пикселите показва колко пиксела са концентрирани върху дадена повърхност Плътността на сензора се определя, обикновено измервана в мегапиксели на квадратен сантиметър. Колкото повече пиксели побираме в едно и също пространство, толкова по-висока е плътността и толкова по-малък трябва да бъде всеки фотообект.
Размерът на пиксела е дължината на всеки фотосайт на сензора.Изчислява се чрез разделяне на физическата страна на сензора на броя пиксели по тази ос и се изразява в микрони (микрометри). Типична референтна стойност за висок клас сензори е около 3,76 µm в много съвременни фотоапарати, докато в най-новото поколение мобилни телефони често се постигат ефективни пиксели с размер над 2 микрона благодарение на техниките за обединяване на пиксели.
Колкото по-ниска е плътността на пикселите, толкова по-голям може да бъде всеки пиксел. И с един и същ сензор и технология, качеството на изображението обикновено е по-добро. Ако сравним две камери с еднакъв размер на сензора и от едно и също поколение, тази с по-малко мегапиксели ще има по-големи физически пиксели, така че ще улавя повече светлина и ще предлага по-малко шум и по-добри детайли в сенките и светлите зони.
Друг начин да го погледнем: със същите мегапиксели, ще излезе напред. Камерата с по-голям сензор ще се представя по-добре, защото плътността на пикселите ще бъде по-ниска, а индивидуалният размер на всеки фотодиод ще бъде по-голям. Тази логика важи и за смартфоните, въпреки че обработката на изображения играе много по-значителна роля в тяхното развитие.
Компютърна фотография: когато софтуерът компенсира размера
При мобилните телефони не всичко е въпрос на сензор и оптика: процесорът за изображения променя всичко.Така наречената изчислителна фотография Това революционизира възможностите на смартфона, до степен, че сцени, които преди бяха невъзможни – като например правене на нощни снимки от ръка за няколко секунди – сега могат да бъдат заснети с едно натискане и без статив.
Номерът е, че телефонът не прави нито една снимка, а много.Например, за нощен режим телефонът заснема няколко експозиции последователно, понякога комбинирайки информация от различни камери (широкоъгълна, стандартна, телеобектив) и за милисекунди процесорът му обединява всички тези данни в едно окончателно изображение, добре експонирано и с много детайли.
Това, което при традиционен фотоапарат би изисквало статив и последваща обработкаПри смартфоните това се решава автоматично. В резултат на това хардуерът губи част от важността си в полза на софтуера и алгоритмите и много от класическите правила на фотографията вече не важат като такива.
Въпреки това, физиката не изчезва: по-големият сензор все още е по-добра основа. за тези алгоритми. Ако процесорът започне с данни с по-високо качество благодарение на по-голяма чувствителна повърхност и по-големи пиксели, той ще има повече свобода на действие за наслагване на експозиции, намаляване на шума и увеличаване на динамичния диапазон, без изображението да се разпадне.
Ето защо някои производители са избрали много големи сензори в своите водещи телефони, комбинирайки ги с обширна работа в областта на компютърната фотография. Тази комбинация от мощен хардуер и усъвършенстван софтуер обяснява много от последните постижения в мобилната фотография.
Практически пример: големи сензори във висок клас мобилни телефони
През последните години видяхме устройства, които задават тенденции. Що се отнася до размера на сензора, интегриран в основната камера, някои модели от висок клас включват 1/1,28-инчови сензори, цифра, която, за да ви дадем представа, надминава тази на много напреднали компактни фотоапарати от не толкова отдавна, които работеха със сензори 1/1,7″.
Този скок в размера доближава мобилните телефони до компактните фотоапарати с 1-инчов сензор.Въпреки че все още съществуват разлики, този сравнително голям сензор, комбиниран със светли лещи и агресивни, но ефикасни алгоритми за обработка, води до снимки, които се представят много добре дори при трудни условия на осветление.
Размерът на пикселите в тези мобилни сензори е друга ключова информация.Някои устройства, които се гордеят с впечатляващи фотографски възможности, твърдят, че постигат ефективни пиксели до 2,44 микрона, когато множество пиксели се комбинират в един, използвайки технологията Quad Bayer. Тази стратегия позволява четири физически пиксела да бъдат групирани в един виртуален пиксел, за да се подобри улавянето на светлина и динамичният диапазон.
На практика тези сензори обикновено предлагат много висока резолюция.Например, камерата може да има 48, 50 или повече мегапиксела, но системата ги мащабира, като групира пикселите в блокове от по 4, за да генерира крайни изображения от 12 или 12,5 мегапиксела с по-малко шум и повече детайли в сенките. При добро осветление телефонът може да използва пълната резолюция, за да постигне много фино ниво на детайлност или да позволи изрязване без да се губи твърде много качество.
Всичко това идва с цената на дизайна: по-голям сензор изисква по-голям модул на камерата.Ако сензорът расте, същото важи и за покриващата го леща, което ще увеличи дебелината на камерата и ще повлияе на външния вид на телефона. Намирането на баланс между качество на изображението, физически размер и дизайн е едно от най-големите предизвикателства в мобилната фотография днес.
Най-често срещаните размери на сензорите: от камера на мобилен телефон до пълноформатни сензори
На пазара на фотографията съществуват едновременно няколко размера сензори.Някои идват директно от ерата на химическия филм, като например 35-милиметровия формат, който сега наричаме пълен кадър, докато други са родени в дигиталната ера, като например стандарта Micro Four Thirds или много от форматите, използвани в мобилните телефони.
В мобилната фотография, поради физически ограничения, сензорите са много малки.Обикновено ще намерите размери, вариращи от приблизително 1/2,5″ до 1/1,7″, като моделите от висок клас достигат 1/1,3″ или дори 1″ в определени конфигурации. Въпреки това, дори когато телефонът се рекламира като имащ „1-инчов сензор“, камерата често не използва целия диагонал на сензора поради конструктивни ограничения.
Следващата стъпка по размер биха били Micro Four Thirds сензорите.Те са много популярни в леките безогледални фотоапарати. Размерите им са 17,3 x 13 мм, значително по-големи от типичния сензор на мобилен телефон, и са проектирани да създадат по-компактно и лесно управляемо оборудване от пълноформатните фотоапарати, с по-малки обективи, които са по-лесни за проектиране, така че светлината да пада добре от центъра към ъглите.
Над това е форматът APS-C, високо ценен среден вариант.Тези сензори са с размери около 22,2 x 14,8 мм (малко по-големи при някои марки) и предлагат интересен баланс между качество на изображението, размер на камерата и цена. Много съвременни любителски и професионални камери са базирани на този формат, който често е предпочитан за обща употреба.
На върха на тази скала се намира форматът на пълен кадър.с 24 x 36 мм сензори и площ на повърхността от 864 мм². Този формат произлиза директно от 35-милиметровия филм, който става популярен през 20-те години на миналия век и дълго време се смята за малък формат в сравнение със средния или големия формат. Днес, в дигиталния свят, той е еталон за висок клас.
Над пълния кадър все още има сензори със среден формат Професионалните фотоапарати са много скъпи и са предназначени за работа, където всеки детайл е от значение, като например мода, реклама или репродукции на произведения на изкуството. Тези фотоапарати обаче са напълно неподходящи за мобилна употреба поради цената, размера и сложността си.
Размер на сензора срещу размер на пиксела: кой тежи повече
Когато всичко се свежда до единици и нули, дизайнерските решения се променят.Физическият размер на сензора е от значение, но това, което наистина прави разликата по отношение на шума и качеството при високи ISO стойности, е размерът на всеки пиксел. Малко по-малък сензор, с по-малко мегапиксели, може да произведе същото количество шум като по-голям, ако пикселите му са с подобен размер.
Ако производителят успее да поддържа размера на пикселите По-малкият сензор, чрез намаляване на резолюцията, може да предложи качество на изображението, много близко до това на по-големите сензори при определени условия. На хартия, ако два сензора имат еднакви пиксели и подобна технология, разликите ще се състоят предимно в резолюцията и динамичния диапазон.
Проучвания на производителността в независими лаборатории Те показват, че размерът на сензора е свързан и с динамичния диапазон, т.е. способността за едновременно записване на детайли в много светли и много тъмни области. Между по-малък сензор (като Micro Four Thirds) и по-голям (като APS-C) обикновено има разлика в динамичния диапазон от около един стоп, нещо, което се забелязва, когато сцената е с висок контраст.
В социалните медии и малките екрани тези разлики се размиват.Ако обърнете внимание на експозицията, кадрирането и обработката, често е трудно да различите дали дадена снимка е направена със сензор на мобилен телефон, APS-C сензор или пълноформатен сензор, само като я гледате на телефона. Но когато става въпрос за възстановяване на сенки, отпечатване на големи изображения или извършване на обширно редактиране, сензорът и размерът на пикселите са от значение.
Поуката от историята е, че няма универсално превъзходен формат.Всеки размер на сензора има своите предимства и недостатъци, а изборът зависи от вашите нужди: преносимост, бюджет, дълбочина на рязкост, работа през нощта, професионална или любителска употреба и др. При мобилната фотография този компромис е още по-очевиден поради значителните ограничения на пространството.
Мобилна фотография срещу „големи“ фотоапарати
Фотографията със смартфони разчита много повече на цифровите технологии отколкото в чистата оптика. Изображението, което виждате на екрана, е резултат от сложни алгоритми, които коригират изкривяванията, увеличават остротата, намаляват шума, настройват цветовете и понякога комбинират множество снимки, за да създадат резултат, който без помощта на софтуер малкият сензор не би могъл да предложи.
В традиционните фотоапарати физическата среда е била химически филм.където изображението се е формирало чрез фотохимична реакция върху сребърни халиди. Днес този филм е заменен от електронни сензори, които улавят светлина, но в мобилните телефони електронните и обработващите компоненти все още играят още по-голяма роля.
На практика, камерите на смартфоните са си изградили огромна ниша.Благодарение на компютърната фотография, един добър мобилен телефон може да постигне отлични резултати както в ежедневни сцени, така и при условия на слаба светлина, нещо немислимо само преди няколко години. Специфични режими като портрет, нощен режим и „интелигентен“ HDR вече са част от ежедневието на милиони потребители.
Това не означава, че сензорът на мобилния телефон вече не е важен.Напротив: колкото по-добра е хардуерната база (по-голям сензор, по-големи пиксели, по-ярка оптика), толкова по-лесно ще бъде за процесора да извърши своята „магия“, без да изпада в изкуствени ефекти, акварели или загуба на текстура.
Камерата на мобилния телефон все още има ясни ограничения поради размера си.Големите обективи и сложните оптични системи не могат да бъдат монтирани, без телефонът да се превърне в тухла, така че всичко, което не може да бъде решено физически, се решава със софтуер. Именно тук размерът на сензора, макар и малък в сравнение с камерата, прави цялата разлика в самия мобилен сегмент.
Какъв размер на сензора ви е най-подходящ в зависимост от това как правите снимки
Изборът на най-добрия размер на сензора е по-скоро въпрос на употреба, отколкото на теория.Няма един-единствен перфектен формат; има комбинации от размер, резолюция и технология, които са по-подходящи за определени нужди, независимо дали говорим за специализирани камери или мобилни телефони.
Ако търсите максимален контрол върху дълбочината на рязкост А за възможно най-високата резолюция, пълноформатните сензори остават златният стандарт. Те позволяват много изразено боке, игра с широки отвори на блендата без загуба на твърде много детайли в ъглите и достъп до много високи резолюции за взискателна работа.
Ако давате приоритет на лекотата, компактния размер и добрата дълбочина на рязкост Дори с широки отвори на блендата, форматът Micro Four Thirds остава много привлекателен. Тези сензори улесняват постигането на рязкост от ъгъл до ъгъл и постигат голяма дълбочина на рязкост, без да е необходимо значително затваряне на блендата, което е практично за пейзажи, пътувания или видео.
APS-C сензорите представляват много разумен компромис.За много фотографи това е идеалният формат поради баланса си между качество, цена и размер на оборудването. Не е толкова обемист, колкото пълноформатния, но предлага много солидна производителност, особено с модерни сензори и добра обработка на изображенията.
В случая на мобилните телефони, размерът на сензора се определя от дизайна.Следователно, потребителят не избира толкова формата, колкото модела на телефона. Тук е важно да се провери дали производителят посочва размера на сензора, размера на пикселите (в микрони) и дали използва технологии като pixel binning или Quad Bayer сензори за подобряване на производителността при слаба светлина.
За ежедневна употреба, за споделяне в социалните мрежи или гледане на екранаЕдин добър мобилен телефон със сравнително голям сензор за своята категория и добре развита компютърна фотография може повече от достатъчно да задоволи нуждите на повечето потребители. Разликата с по-голяма камера става забележима, когато е необходимо повече: големи увеличения, екстремно изрязване или силно контрастни и сложни сцени.
В крайна сметка, сензорът на мобилния телефон е просто още едно звено в системата. Това включва оптика, процесор, алгоритми и, разбира се, окото на фотографа. Разбирането на ролята на размера и пикселите ви позволява да разберете по-добре защо някои камери се представят по-добре от други и какво можете да очаквате от вашия смартфон при различни условия на осветление.
