Имат ли значение мегапикселите за камерите на смартфоните?

Камерите са сложни инструменти със сложни компоненти, които работят съвместно, за да създадат изображение. Въпреки че тези компоненти (и техните спецификации) играят важна роля при определянето на крайното качество на изображението, единствената техническа спецификация, която получава някакви думи в маркетинговата литература, е броят на мегапикселите.

Но дали това е достатъчно, за да вземете информирано решение при покупка на смартфон? Мегапикселите ли са последната дума, когато става въпрос за фотография със смартфон? И кой е най-добрият телефон с Android за любителите на смартфони?

Не, броят на мегапикселите не е единственият фактор, който трябва да имате предвид, когато пазарувате телефон. Въпреки че броят на мегапикселите е важен, други променливи влияят върху качеството на изображението. Хардуерът, софтуерът и вашите лични предпочитания определят качеството на картината. За да разберете защо броят на мегапикселите не е най-добрият арбитър на качеството на камерата, помага да знаете как работят камерите на смартфоните , какво прави всяка част и как тяхната производителност се определя количествено.

Светлината е най-важното нещо, от което всички камери се нуждаят, за да работят. Професионалните фотоапарати могат да контролират количеството светлина, което получават, като регулират блендата (отворът между вътрешната работа на камерата и външния свят). Все пак смартфоните в повечето случаи не разполагат с този лукс.

Samsung пусна някои водещи телефони преди няколко години с променлива бленда, а Huawei в момента предлага Mate 50 с тази функция. Производителите на телефони обаче не искат да използват пространството или да харчат пари, за да ги поставят в телефоните си. Обработката на снимки също може да постигне повечето от оптичните ефекти, произведени с променлива бленда.

Тъй като променлива бленда почти не може да става (засега) и тъй като всичко в мобилните камери е миниатюризирано, възможно най-много светлина трябва да достигне до сензора. Следователно вие искате възможно най-голямата бленда. Блендата се измерва в f-стопове. Колкото по-малко е числото, толкова по-голям е отворът.

Друго важно съображение е фокусното разстояние на камерата . За да разберем фокусното разстояние, трябва да разберем основите на традиционната камера. Светлината преминава през обектива на камерата, където се фокусира до точка, преди да бъде проектирана върху филм или сензор. При тази настройка фокусното разстояние е разстоянието между сензора/филма на камерата и мястото, където се събира светлината. Колкото по-ниско е фокусното разстояние (измерено в mm), толкова по-широк е зрителният ъгъл. Колкото по-голямо е фокусното разстояние, толкова по-тесен е изгледът и по-голямо е увеличението.

Фокусното разстояние на камера на смартфон е около 4 mm, но това число е безсмислено от фотографска гледна точка. Вместо това, фокусното разстояние на смартфоните е дадено в еквивалент на 35 mm. Какво фокусно разстояние ще ви трябва на пълнокадрова камера, за да постигнете същия зрителен ъгъл? По-висок или по-малък брой не е непременно по-добър или по-лош, но повечето смартфони имат поне една камера с широк ъгъл и късо фокусно разстояние, защото повечето хора искат да уловят възможно най-широка сцена със своите снимки.

Обективът е основен за фокусното разстояние на камерата. Обективът се състои от множество лещи (наречени елементи) и протектор за лещи. Задачата на обектива е да огъва и фокусира светлината върху сензора за изображения. Проблемът със светлината е, че тя не огъва фиксирано количество. Червената светлина и синята светлина се огъват по различен начин.

Производителите на смартфони използват множество елементи и софтуер, за да компенсират тези аберации и изкривявания. Нито една леща не позволява перфектно предаване на светлината, така че винаги има малка загуба. Недостатъкът на наличието на повече лещи е по-малкото осветление на сензора. Къде отива тази светлина? Отразена е. Тези отражения могат да се появят във вашите снимки и видеоклипове като отблясъци на обектива.

Физиката зад изкривяването и отражението е сложна, което вероятно е причината, поради която производителите на телефони не са склонни да публикуват информация за своите лещи с другите си спецификации на камерата. Ще трябва да използвате камерата, вместо да разчитате на показатели, за да определите дали тя отговаря на вашите стандарти.

Сензорът на камерата е хардуерна част, която преобразува необработените оптични данни (светлина) в електрическа информация. Повърхността на сензора е покрита с милиони отделни фотосайтове, които създават електрически сигнал въз основа на интензитета на светлината, която получава.

Колкото по-голям е отделният фотосайт (измерен в микрометри или μm), толкова по-добре той улавя светлината. Той може да възпроизведе "по-истинска" стойност, особено в ситуации на слаба светлина или динамична светлина. Компромисът с по-големите фотосайтове е, че по-малко могат да се поберат на сензора за изображения, поради което е важно да имате по-голям сензор (измерен във части от инча). По-големият сензор почти винаги е по-добър.

Фотосайтовете измерват само интензитета на светлината, но не и нейния цвят. За да извлекат цветни данни, сензорите за изображения покриват всеки фотосайт с цветен филтър (обикновено матрица от червено, зелено и синьо). Подредбата на този масив от цветни филтри се знае от процесора за изображения, който прилага тези цветове към стойностите на осветеност на всеки фотосайт, след което използва тази информация, за да създаде пълноцветно изображение.

Повечето телефони използват цветен филтър Bayer, който се състои от 50% зелен, 25% червен и 25% син филтър (RGGB). Преобладаването на зеленото е така, защото човешкото око вижда по-добре зеленото от другите цветове. Някои телефони използват филтърна матрица, която намалява тези числа наполовина: 25% зелено, 12,5% червено и 12,5% синьо, като останалите 50% отчитат нефилтрирани стойности на яркост (RGBA). Тази подредба е добра за събиране на допълнителни данни за осветеност, но за сметка на цветни данни.

Huawei направи телефон, който използва традиционния филтър на Байер, но замени зеления филтър с жълт филтър (RYYB), за да увеличи колекцията от светлина на своите фотосайтове.

Една популярна алтернатива на филтъра на Bayer е четворният Bayer. Той използва същия модел като RGGB филтъра, с изключение на това, че всеки цвят покрива четири фотосайта вместо един. Тази подредба е добра за фотография при слаба светлина и помага за намаляване на шума в изображението.

Последната част от тръбопровода за фотография на смартфони е процесорът за изображения. Това е мястото, където червените, зелените и сините стойности на яркост, произведени от сензора, се комбинират в пълноцветно изображение. Сензорите с RGGB филтър са склонни да имат по-добри крайни изображения, тъй като алгоритмите, използвани за тяхната демозайка, съществуват по-дълго и са по-зрели. Други цветни филтри се нуждаят от различни алгоритми, за да конвертират RAW изображението в снимка, достойна за Snap.

Всеки OEM има собствен тръбопровод за преобразуване на електрическите данни, генерирани от сензора, в изображение. При едно и също RAW изображение Samsung, Huawei, Pixel и iPhone създават различни изображения. Никой метод не е по-добър от друг. Някои хора предпочитат HDR-тежката обработка на Pixel пред по-консервативния и „естествен“ вид на iPhone.

Очакваме да уловим известна степен на автентичност, когато правим снимка. Като цяло искаме снимките ни да са възможно най-близки до "реалните" и видимата пикселизация разбива илюзията. За да запазим тази илюзия за реалност, трябва да приближим разделителната способност на човешкото око, която за човек със зрение 20/20 е около 720 пиксела на инч, гледано от един крак.

Ако искате да отпечатате снимките си в стандартния фотоформат 6 инча на 4 инча, имате нужда от разделителна способност от 4320 на 2880 или 12 441 600 пиксела, малко под 12,5 мегапиксела.

Но това повдига въпроса: Ако 12 мегапиксела са близо до границата на това, което обикновеният човек може да види, защо Samsung Galaxy S21 Ultra има 108MP? Телефони като S21 Ultra не произвеждат 12 728 на 8 485 изображения. Вместо това те използват техника, наречена pixel binning , при която софтуерът на телефона комбинира данните от квадрат от съседни фотосайтове в „супер пиксел“.

Този вид софтуерна магия е това, което телефоните с Quad Bayer сензори използват за подобряване на производителността. Вместо да използва един фотосайт за събиране на информация за цвета, той използва квадрат от четири фотосайта, за да удвои ефективно размера на фотосайта за сметка на крайната резолюция на изображението. Защо просто не направите по-големи фотосайтове? Бихте могли, но групирането на по-малки предлага предимства, с които по-големите сензори не могат да се сравнят, като например по-добри HDR изображения и възможности за мащабиране.

Този вид софтуерна магия е това, което телефоните с Quad Bayer сензори използват за подобряване на производителността. Вместо да използва един фотосайт за събиране на информация за цвета, той използва квадрат от четири фотосайта, за да удвои ефективно размера на фотосайта за сметка на крайната резолюция на изображението. Защо просто не направите по-големи фотосайтове? Бихте могли, но групирането на по-малки предлага предимства, с които по-големите сензори не могат да се сравнят, като например по-добри HDR изображения и възможности за мащабиране.