Zum digital 2.0 pada telefon pintar: Dipotong “zum optik” mengarut?

53
sensor kamera
© atdigit/Shutterstock.com, nextpit

iPhone 14 Pro mempunyai empat kamera, di mana Apple menulis dinyatakan pada halaman produk sebagai kamera utama, sudut ultra lebar dan zum dwi dan tiga kali ganda. Bagaimanapun, hanya tiga kamera boleh dilihat di bahagian belakang. Penyelesaian kepada teka-teki yang kelihatan ini? A “kamera maya” dengan zum dwi, ​​dimungkinkan oleh sensor quad-pixel 48 MP. Adakah pemasaran nakal ini atau sebenarnya maklumat yang berguna?

Ante terus meningkat pada tahun 2022 di mana perlumbaan megapiksel tidak siuman berkenaan. Selepas telefon pintar 108 MP pertama mencecah pasaran pada penghujung 2019, tanda 200 MP telah dipalang bulan ini dengan Motorola Edge 30 Ultra (semakan) dan Xiaomi 12T Pro (hands-on).

Malah iPhone 14 Pro yang disebutkan sebelum ini telah melonjak ke kamera 48 MP tahun ini, yang sangat luar biasa untuk Apple. Walau bagaimanapun, ciri menarik bagi penderia beresolusi sangat tinggi bukanlah foto 100 MB yang digunakan untuk cetakan di dalam rumah, tetapi untuk zumnya.

Klik pada bahagian Kamera pada iPhone 14 Pro Max

iPhone 14 Pro (Max) mempunyai kamera resolusi 48 MP buat kali pertama. Adakah itu masuk akal? / © NextPit

Bagaimanakah zum 2x dalam iPhone 14 Pro berfungsi?

Tidak seperti kamera digital penuh, sebahagian besar telefon pintar tidak mempunyai kanta zum yang boleh menukar jarak fokus dengan mengalihkan kanta, disebabkan oleh had ruang. Sebaliknya, terdapat penderia berasingan untuk tahap zum yang berbeza. iPhone 14 Pro mempunyai satu sensor untuk sudut ultra lebar (0.5x), satu untuk sudut lebar (1x), dan satu untuk telefoto (3x).

Apabila mengezum menggunakan gerak isyarat dua jari dalam apl kamera, telefon pintar kini mengezum secara digital ke dalam imej satu kamera sehingga pembesaran modul kamera seterusnya dicapai sebelum ia beralih. Apabila pembesaran digital meningkat, kualiti secara semula jadi akan berkurangan. Tahap penurunan bergantung pada kamera berkenaan.

iPhone 14 Pro Sensorgrößen im Vergleich

Lihat perbandingan saiz penderia yang berkesan dalam iPhone 14 Pro. / © NextPit

Kamera utama iPhone 14 Pro ialah penderia imej 1/1.28 inci yang berukuran 9.8 kali 7.3 milimeter, dengan resolusi 48 MP. Dengan zum 2x, Apple hanya memotong bahagian 12 megapiksel dari tengah sensor, yang kemudiannya masih mengukur 4.9 kali 3.7 milimeter pada sensor – dan dengan itu kira-kira sepadan dengan format 1/3 inci. Itu masih cukup untuk gambar yang baik di bawah keadaan pencahayaan yang baik.

Pada zum 3x, Apple kemudian beralih kepada penderia 12 megapiksel seterusnya (yang sebenarnya lebih seperti 3.2x dengan panjang fokus setara 77 milimeter). Dengan format 1/3.5 inci atau 4.0 kali 3.0 milimeter, penderia sekali lagi sedikit lebih kecil daripada “2x sensor” yang dipotong daripada bahagian tengah kamera utama.

Dalam carta berikut, anda boleh melihat jumlah kawasan penderia yang tersedia untuk kamera dalam iPhone 14 Pro dan iPhone 13 Pro pada jarak fokus yang berbeza. Sudut ultra lebar (13 milimeter) bermula di hujung sebelah kiri. Kamera utama (24 milimeter) menunjukkan peningkatan yang ketara. Sehingga kamera telefoto (77 milimeter), iPhone 14 Pro sentiasa mempunyai lebih banyak kawasan penderia yang tersedia daripada iPhone 13 Pro. Akhirnya, kamera telefoto kekal sama.

Sensorgrößen daripada iPhone 14 Pro dan iPhone 13 Pro im Vergleich

Di sini, anda boleh melihat jumlah kawasan penderia yang tersedia untuk kamera dalam iPhone 14 Pro dan iPhone 13 Pro pada jarak fokus yang sepadan. / © NextPit

Carta di atas juga menarik, hanya dengan megapiksel (MP) dan bukannya kawasan penderia yang dilihat pada paksi menegak. Walaupun perkembangan adalah sama untuk penderia ultra lebar dan telefoto yang masing-masing 12 MP, lonjakan kepada 48 MP jelas ketara. iPhone 14 Pro mempunyai resolusi yang lebih ketara untuk dimainkan dalam zum digital antara 1x dan 3.2x.

iPhone 14 Pro dan iPhone 13 Pro tidak boleh didapati di Vergleich

iPhone 14 Pro juga mempunyai lebih banyak ruang goyang dari segi resolusi. / © NextPit

Seberapa besar dan resolusi tinggi yang diperlukan?

iPhone 14 Pro yang dibincangkan setakat ini bukanlah telefon pintar dengan resolusi tertinggi atau sensor terbesar. Minggu ini, Xiaomi melancarkan 12T Pro, yang menawarkan penderia 200 MP – dan menggantikan kamera telefoto sepenuhnya. Tetapi berapa banyak lagi ruang untuk zum digital yang ditawarkan oleh banyak megapiksel? Mari kita lihat perbandingannya dengan iPhone 14 Pro:

iPhone 14 Pro dan iPhone 13 Pro tidak boleh didapati di Vergleich

iPhone 14 Pro juga mempunyai lebih banyak ruang goyang dari segi resolusi. / © NextPit

Walau bagaimanapun, faktor yang lebih penting selain resolusi ialah kawasan sensor yang tersedia untuk kamera pada jarak fokus yang berbeza. Isocell HP1 yang dipasang dalam Xiaomi 12T Pro jauh lebih besar daripada kamera utama dalam iPhone 14 Pro dengan 1/1.22 inci, tetapi kemudiannya hilang dari segi kawasan sensor yang tersedia apabila telefon pintar Apple beralih kepada zum telefoto:

Sensorgrößen daripada iPhone 14 Pro dan Xiaomi 12T Pro im Vergleich

Xiaomi 12T Pro mempunyai lebih banyak kawasan sensor tersedia dengan kamera utama. Walau bagaimanapun, iPhone 14 Pro menang apabila bertukar kepada penderia telefoto. / © NextPit

Dan bagaimana pula dengan quad-bayer?

Kami telah mengabaikan satu faktor setakat ini: topeng warna di atas penderia. Untuk menerangkan Quad-Bayer, pertama sekali kita perlu melihat cara penderia imej berfungsi. Penderia imej terdiri daripada banyak penderia cahaya kecil yang hanya mengukur jumlah cahaya kejadian tanpa dapat membezakan warna. 12 MP bermakna mempunyai 12 juta penderia cahaya sedemikian.

Untuk menukar penderia hitam-putih ini kepada penderia warna, topeng warna diletakkan di atas penderia untuk menapis cahaya kejadian mengikut hijau, merah atau biru. Topeng Bayer yang digunakan dalam kebanyakan penderia imej sentiasa membahagikan dua kali dua piksel kepada dua piksel hijau dan satu piksel merah dan satu biru. Oleh itu, penderia dengan resolusi 12 MP mempunyai enam juta piksel hijau dan tiga juta piksel biru dan merah setiap satu.

Demosaicing dijelaskan

Penderia Bayer (kiri) mempunyai piksel hijau dua kali lebih banyak daripada piksel merah dan biru. Semasa demosaicing, jurang yang terhasil diisi dan piksel RGB diinterpolasi. / © Sony

Dalam demosaicing , atau de-bayering , algoritma pemprosesan imej menggunakan nilai kecerahan piksel sekeliling dengan warna berbeza untuk membuat kesimpulan nilai RGB bagi setiap piksel. Piksel hijau yang sangat terang dikelilingi oleh “gelap” sehingga piksel biru dan merah menjadi hijau sepenuhnya. Dan piksel hijau di sebelah piksel biru dan merah yang terdedah sepenuhnya menjadi putih. Dan seterusnya, sehingga kita mempunyai imej dengan 12 juta piksel RGB.

Walau bagaimanapun, dengan penderia resolusi yang lebih tinggi, topeng warna kelihatan berbeza. Dengan apa yang dipanggil sensor quad-bayer, biasanya dalam julat 50 MP, terdapat empat piksel kecerahan di bawah setiap piksel merah, hijau atau biru. Penderia 108 MP malah mengumpulkan sembilan (3×3) piksel di bawah satu kawasan warna, dan penderia 200 MP mempunyai 16 (4×4) piksel. Sony memanggil quad-bayer ini, manakala Samsung menggunakan tetra-, nona- atau tetra2pixel.

Sony IMX586 Quad-Bayer

Sensor pertama dengan topeng quad-bayer ialah Sony IMX586, ditunjukkan di sini pada pembentangan OnePlus 7. / © NextPit

Walaupun penderia imej sebenarnya mempunyai resolusi sehingga 200 MP dari segi kecerahan, topeng warna berhenti pada 12 MP. Ini juga bukan masalah, kerana dalam persepsi, resolusi kecerahan adalah lebih penting daripada resolusi warna. Namun begitu, pada zum digital yang sangat tinggi, resolusi warna akhirnya berkurangan sehingga ralat imej berlaku.

Sebagai contoh, kami telah memproses foto android kecil di sini. Di sebelah kiri (1) anda melihat imej skala kelabu, di sebelah kanan (3) imej RGB dengan resolusi sukuan. Imej tengah adalah gabungan kedua-dua imej kiri dan kanan – dan pada pandangan pertama, hasilnya kelihatan sangat baik. Walau bagaimanapun, apabila diteliti lebih dekat, peralihan antara hijau dan biru di bahagian atas android adalah najis.

Dan tepat pada peralihan sedemikian artifak berlaku apabila anda mengezum terlalu jauh ke dalam penderia di mana topeng warna mempunyai resolusi yang lebih rendah daripada penderia itu sendiri. Ngomong-ngomong, Samsung mungkin menggunakan penderia 64 MP dengan matriks RGB yang tidak tipikal untuk resolusi ini untuk penderia telefoto 1.1x yang banyak difitnah dalam S20 Plus dan S21 Plus atas sebab yang tepat ini.

Farbauflösung lwn Helligkeitsauflösung

Resolusi kecerahan adalah lebih penting daripada resolusi warna: Imej berpusat ini (2) dihasilkan daripada imej hitam-putih resolusi tinggi (1) dan imej warna resolusi rendah (3). / © NextPit

Intinya adalah, sukar untuk mengetahui semata-mata dari spesifikasi perkakasan bagaimana kualiti imej berkelakuan dalam kamera, terutamanya kerana peranan yang sangat menentukan akhirnya juga pergi ke algoritma pengeluar. Dan apa yang dipanggil re-mosaicing juga merupakan cabaran utama untuk penderia dengan bayermasks 2×2, 3×3 atau 4×4. Tidak seperti penyahmosaian biasa, nilai warna perlu diinterpolasi pada kawasan penderia yang lebih besar dan dengan kerumitan yang lebih besar.

Sebaliknya, sensor yang lebih besar juga membawa masalah mereka sendiri. Untuk memastikan kanta padat, pengeluar perlu menggunakan kanta yang membiaskan cahaya dengan lebih banyak dan dengan itu menghadapi masalah dengan penyimpangan kromatik dan artifak lain, terutamanya di tepi imej. Dan kedalaman medan yang cetek juga menjadi masalah pada jarak dekat.

Oleh itu, ia tetap menarik, dan saya harap anda mendapati perjalanan ini ke dunia penderia imej yang sangat besar dan beresolusi sangat tinggi menarik. Apakah rupa kamera idaman anda dalam telefon pintar? Saya menantikan komen anda!