Waarom de race om megapixels in smartphones absurd is
Apparaten / / January 06, 2021
Hoe de smartphonecamera werkt
Een camera is een complex iets: hij integreert een sensor, een optisch systeem, een controller en andere hulpcomponenten, evenals software voor foto- en videoverwerking. Laten we elk element in meer detail bekijken.
Matrix
De matrix is een rechthoekige microschakeling die bestaat uit lichtgevoelige elementen - pixels. Elke pixel bevat drie subpixels. Een subpixel zendt slechts bepaalde golflengten uit: voor rood, groen of blauw (rood, groen, blauw). Dit kleurmodel heet RGB.
De matrix kan ook monochroom zijn, zonder kleurenfilters. Drie keer zoveel fotonen vallen op elk van de pixels. Het resultaat zijn scherpere zwart-witfoto's. Dergelijke matrices kunnen worden gebruikt om het kleurenbeeld van een andere cameramodule te verbeteren.
Een van de belangrijkste kenmerken van een matrix is resolutie. Het geeft weer hoeveel pixels erop passen.
Lens
De kleine smartphonelens is bijna een sieraad. Een zeldzaam systeem bevat 4 à 5 elementen - meestal zijn er 7 à 8 en meer.
Bij smartphones met meerdere camera's heeft elke matrix zijn eigen lens. Elk van hen lost zijn eigen probleem op:
- Telelens (telefoto) is nodig om op grote afstand te fotograferen.
- Wijde hoek (shirik) zal helpen om meer objecten in het frame te passen - dit is handig voor groepsfoto's en architectuurfotografie.
- Universeel met de lens kun je elk onderwerp redelijk goed fotograferen: van een portret tot een landschap.
- Varifocale lens (zoom) kan het onderwerp dichterbij halen.
Lenzen voor smartphonelenzen zijn gemaakt van glas of speciale polymeren. Als hun transparantie verre van ideaal is en de elementen niet goed passen, verwacht dan geen goede foto's. Zelfs als de lens een paar micron beweegt, zal het optische systeem onscherp worden.
Diafragma
Het diafragma is het gat waardoor licht de camera binnenkomt. Het bepaalt hoeveel licht de sensor kan ontvangen. De diafragmawaarde wordt uitgevoerd in het formaat f / 1.7.
Stabilisatiesysteem
Stabilisatie compenseert onscherpte als gevolg van cameratrillingen, zoals wanneer u opnamen uit de hand maakt in plaats van een statief te gebruiken. Het kan uit twee soorten bestaan:
- Optisch. Een eerlijk elektromechanisch systeem dat de camera fysiek in één positie houdt (althans probeert). Het geeft je scherpere foto's met minimale ruis en stelt je in staat om bijna zonder softwareverwerking te werken.
- Elektronisch. Dit zijn software-algoritmen. De camera trilt nog steeds, maar door meerdere frames te analyseren ontstaat een min of meer netjes resultaat.
Autofocussysteem
Autofocus bepaalt zelf de afstand tot het object en past de parameters van de camera-optiek dienovereenkomstig aan. Moderne smartphones gebruiken drie soorten systemen:
- Fase. Speciale sensoren verzamelen lichtstralen op verschillende punten in het frame. Het licht wordt vervolgens opgesplitst in twee stromen en naar een lichtsensor gestuurd om de afstand tot het object te bepalen. Voordelen: hoge precisie en snelheid van werken. Nadelen: hoge prijs, complexiteit van het ontwerp en de instellingen.
- Contrastrijk. Het contrast van de scène wordt geanalyseerd. Door de lenzen te bewegen probeert de camera het contrast van het onderwerp tegen de achtergrond te maximaliseren. Voordelen: compact formaat en lage kosten. Nadelen: het systeem is langzamer en is niet goed geschikt voor dynamische scènes.
- Hybride. Combineert fase- en contrastfocus om de beste resultaten te krijgen.
Software
Software kan ook als onderdeel van de camera worden beschouwd, omdat deze direct betrokken is bij het verkrijgen van het resultaat van de opname. Tegenwoordig geeft geen enkele smartphone u frames zoals ze zijn, zonder softwareverwerking. Geavanceerde algoritmen, die vaak een enorme database of kunstmatige intelligentietechnologie gebruiken, bewerken elke opname om 'je mooi te maken'.
Raw-afbeeldingen zullen niet helder of duidelijk genoeg zijn. De software verwijdert overbelichting, tekent donkere gebieden, verbetert kleuren, verhoogt de scherpte. En het doet dit allemaal automatisch en heel snel.
Maar er is ook een keerzijde aan de medaille. Door agressieve ruisonderdrukking kan een foto die in de schemering is gemaakt, korrelig lijken, alsof er veel kleine vlekjes op staan. Dit verslechtert details en maakt kleuren onnatuurlijk.
Waar heeft het aantal pixels invloed op?
De gedetailleerde kenmerken van een smartphone geven meestal de fysieke grootte van de cameramatrix aan - zoiets als 1 / 2,6 ″. Op de website van de fabrikant vind je gegevens over de pixelgrootte in de matrix. Deze parameter heeft invloed op het aantal punten in het frame. Hoe hoger de resolutie, hoe beter de details worden weergegeven.
Maar als de pixels klein zijn, ontvangen ze allemaal weinig licht en kunnen ze de kleur van een punt in het echte beeld niet nauwkeurig bepalen. Als gevolg hiervan verschijnt er ruis op de foto.
Ruis bestaat uit verspreide punten van willekeurige kleur en helderheid. Hoe slechter de belichting en hoe lager de kwaliteit van de cameramatrix, hoe meer ruis er op de foto komt.
Het aantal in het frame is evenredig met de pixelgrootte of het kwadraat van de matrixdiagonaal. Als we twee matrices met punten van 1,55 µm en 1,1 µm vergelijken, heeft het frame met de eerste de helft van de ruis.
Het dynamische bereik van de matrix is ook belangrijk: het vermogen om het volledige spectrum van kleuren en helderheid van de omringende wereld vast te leggen. De goedkope hebben een klein bereik en de foto's zijn vaag, troebel.
Waarom smartphonefabrikanten op pixels jagen
Omdat kopers altijd het meeste willen. Zelfs als je in een auto voor 300 paarden moet staan in de file of solitaire moet spelen op een coole spelcomputer.
Welke smartphone zou je voor dezelfde prijs kopen: met een 12 MP camera of een 48 MP camera? Als je de tweede kiest, krijg je vier keer meer megapixels voor hetzelfde geld. Maar uw foto's verviervoudigen niet.
Een sensor met een groot aantal kleine pixels is goedkoper dan een sensor met grote pixels en zal beter verkopen.
Grote matrices nemen meer ruimte in de smartphone in beslag. Het optische systeem voor hen zou ook groter moeten zijn. Dienovereenkomstig zal er minder ruimte zijn voor de resterende delen in het lichaam. De smartphone wordt dikker of de camera steekt uit. Het moet worden beschermd met gehard glas of saffierglas. En dit is ook geld.
Een dikke, dure smartphone verkopen is moeilijk. Het is gemakkelijker om matrices met een groot aantal kleine pixels te bestellen en een luide marketingcampagne te voeren: op de foto met camera's voegen een automatisch stempel toe "geschoten op een supermegaflagman met 48 megapixels" zodat iedereen weet dat iemand een nieuwe heeft gekocht smartphone. En laat fans en professionals DSLR's gebruiken.
Al nam Nokia bijvoorbeeld een risico en kreeg de legendarische smartphones Lumia 1020 met 41 megapixelcamera's. En dit is in 2013!
Wat bepaalt de kwaliteit van de foto in werkelijkheid
Matrix- en pixelgrootte
Als u twee matrices met dezelfde resolutie neemt, worden de foto's van betere kwaliteit mogelijk verkregen met de grotere. Daar zijn de pixels groter, wat betekent dat er bij het fotograferen meer fotonen op vallen. Als resultaat kunnen subpixels de kleur van een specifiek punt nauwkeuriger bepalen.
Het lijkt erop dat als in de ene matrix de pixels 1,4 micron groot zijn, en in de andere - 1,2 micron, ze praktisch hetzelfde zijn. Maar 17% is een tastbaar verschil dat zeker terugkomt in de kwaliteit van foto's en video's, vooral als je fotografeert bij weinig licht.
Een ander belangrijk punt is de afstand tussen aangrenzende pixels. In kleine matrices besparen fabrikanten er eerlijk gezegd op. In grotere kunnen ze u in staat stellen om naburige pixels kwalitatief te scheiden, zodat ze elkaar niet beïnvloeden.
Productie Technologie
Nieuwe methoden maken het mogelijk om de intensiteit van de lichtstroom nauwkeuriger te bepalen uit een kleiner aantal fotonen, en betekent een laag geluidsniveau en een goede kleurreproductie, zelfs als u zonder opnamen in de schemering maakt flash.
Maar je moet lezen en analyseren. De HTC One (M7) -smartphone bood bijvoorbeeld UltraPixel-technologie aan. De fabrikant beloofde een serieuze verhoging van de kwaliteit van foto's en video's.
In feite bleken de UltraPixels gewoon grotere pixels van 2 micron te zijn. Kan dit worden beschouwd als een nieuwe technologie? Onwaarschijnlijk. Ter vergelijking: de Google Pixel, die HTC ook heeft geassembleerd en die ooit als een van de beste cameratelefoons op de markt werd beschouwd, had een matrix met pixels van 1,55 micron. De grootte van de camera is niet vergroot om de dikte van de smartphone niet te vergroten. De matrixresolutie van 5 megapixels was zelfs voor 2014 klein. Als gevolg hiervan waren er geen wachtrijen voor de HTC One (M7).
Een ander voorbeeld zijn technologieën zoals Super Pixel of Quad Pixel. Vier aangrenzende pixels van een grote matrix worden gecombineerd om een foto te krijgen met een lagere resolutie, maar van betere kwaliteit. De oplossing is puur software. Als de matrix zo-zo is, zal de efficiëntie laag zijn.
Stabilisatie
Optische stabilisatie is altijd beter dan digitaal. Naverwerkingsalgoritmen zijn nog steeds van toepassing op het frame en het is beter als het aanvankelijk scherp is.
Zoom
Om dichter bij het onderwerp in het frame te komen, verschuift de optische zoom de lenzen en wordt de kwaliteit van de foto praktisch niet beïnvloed. Digitale zoom rekt een deel van de foto uit om het hele frame te vullen. Deze functie is beschikbaar in elk fotobewerkervaak zelfs in een standaard camera-app. Daarom heeft het geen zin om te betalen voor digitale zoom.
Autofocussysteem
Contrast AF is een goedkoop systeem voor middelmatige camera's. Autofocus met fasedetectie is geschikt als u snel rennende kinderen, katten of atleten fotografeert. Maar de ideale optie is een hybride systeem dat de voordelen van fasedetectie en autofocus met contrastdetectie combineert.
Diafragma
Omdat een smartphone wordt gebruikt om in een groot aantal verschillende situaties te fotograferen, profiteert een camera met een groter diafragma hiervan: f / 1.7 is beter dan f / 2.0. Hoe hoger de waarde (of hoe lager het getal na de schuine streep), hoe groter het diafragma van de lens en hoe efficiënter het zal werken in de schemering of binnenshuis.
Merknaam
Ja, het is niet alleen een advertentietool. Het komt voor dat dezelfde matrix is geïnstalleerd in de Chinese smartphone en het vlaggenschip van het A-merk. Maar de output shots zijn heel verschillend.
Als de fabrikant geen inspanningen en middelen investeert in de ontwikkeling van componenten, technologieën en software, mag je geen mooie heldere kaders verwachten. Als hij alles opslaat, bijvoorbeeld goedkope lenzen met slechte transparantie opzet, heeft dat invloed op het resultaat.
Wat te onthouden
- Tientallen megapixels zijn voornamelijk marketing. De kwaliteit van foto's en video's hangt er niet rechtstreeks van af.
- Zelfs 5 of 8 megapixels is voldoende om een foto van goede kwaliteit op een liggend vel af te drukken. De 4K-schermresolutie van een geavanceerde tv is ongeveer 8-9 megapixels. Full HD - slechts 2 megapixels.
- Grotere pixels vangen meer licht op. Het resultaat is een scherpe, goed gedetailleerde lijst met natuurlijke kleuren en zonder ruis.
- Als je niet met theorie bezig wilt zijn, ga dan naar de praktijk. Vergelijkende beoordelingen van smartphones en foto's van camera's (op ware grootte en bijgesneden - geknipte en vergrote fragmenten) zullen het mogelijk maken om de werkelijke stand van zaken te begrijpen.
Lees ook📸
- Hoe katten te fotograferen: 19 professionele tips
- Hoe maak je een goede foto: 6 basisprincipes
- 5 redenen waarom fotograferen met een smartphone beter is dan een gewone camera