Почему не стоит поддаваться рекламе 100-мегапиксельных камер в смартфонах

Камеры с большим количеством мегапикселей для рынка смартфонов уже не в новинку. В 2013 году компания Nokia представила модель Lumia 1020, который получил основную камеру с разрешением 41 Мп. Однако, тогда производители поставили на паузу гонку за числом мегапикселей, а возобновилась она в прошлом году.

Nokia Lumia 1020

В конце марта Huawei представила модель P20 Pro, которая получила модуль, основанный на базе 40-мегапиксельного датчика изображения Sony IMX600. Сейчас в ассортименте производителя есть несколько смартфонов с 40-мегапиксельными камерами. У Huawei Mate 30 Pro, который был выпущен около двух месяцев назад, таких сразу две. В конце 2018 года на рынке появился сенсор разрешением 48 Мп – Sony IMX586. Спустя несколько месяцев идентичный датчик показала компания Samsung, а весной 2019 года Sony выпустила ещё одну 48-мегапиксельную матрицу – IMX582. Сейчас технологический гигант из Страны восходящего Солнца тестирует датчик разрешением 60 Мп, а несколько дней назад дебютировала первая в мире 108-мегапиксельная матрица производства Samsung.

Huawei P30 Pro

Есть большая вероятность, что это станет трендом 2020 года. Несколько месяцев назад один из представителей Qualcomm заявил, что скоро 100-мегапиксельные сенсоры станут нормой даже для недорогих смартфонов, и чипсеты американского чипмейкера уже к этому готовы. Но вы уже наверняка знаете, что увеличение количества пикселей не означает повышение качества фотографий. К примеру, возьмите любой смартфон среднего класса или даже флагманский OnePlus 7 с камерой на 48 Мп и сравните его с Pixel 4, iPhone 11 или Samsung Galaxy S10, у которых установлены датчики на 12 Мп.

Если мы говорим о камерах для смартфонов, их развитие упирается в размеры сенсоров. Ниже вы можете видеть, насколько 108-мегапиксельный датчик крупнее своих собратьев. Важную роль играет программное обеспечение. И, конечно же, нельзя списывать со счетов качество оптики. Во всём этом у смартфонов есть куда больше проблем, чем у DSLR-камер.

Толщина корпуса и плотность расположения компонентов внутри ограничивают размер сенсоров камеры. Как итог, у датчиков на 108 Мп, 64 Мп, 48 Мп и 32 Мп размер пикселя составляет лишь 0,8 мкм, тогда как сенсоры разрешением 12 Мп могут похвастаться размером пикселя 1,4 мкм. Такие матрицы установлены в смартфонах Apple, Google, Samsung. Недостаточная светочувствительность приводит к уменьшению динамического диапазона. Меньшие пиксели захватывают меньше света, в результате чего падают возможности камеры при съёмке с недостатком освещённости. Кроме того, не стоит забывать о перекрёстных помехах между пикселями.

Google Pixel 4

Решить проблему ещё в 2013 году попыталась южнокорейская компания Samsung. Шесть лет назад она анонсировала технологию ISOCELL для CMOS-сенсоров, которая обеспечивает повышение светочувствительности и отвечает за контроль над поглощением света пикселями. Всё это в итоге выливается в повышение точности передачи света при съёмке в плохих условиях освещения. По сути, ISOCELL изолирует каждый отдельный пиксель от других, после чего они поглощают как можно большее количество фотонов. Технология Samsung даёт возможность снизить количество перекрёстных помех примерно втрое, что в свою очередь повышает динамический диапазон.

Тем не менее, небольшие матрицы с высоким разрешением в сравнении с сенсорами с более низким разрешением при идентичном размере показывают худшие результаты. Это разработчики попытались решить за счёт технологии бинаризации или объединения соседних пикселей. В сенсорах разрешением от 32 Мп до 108 Мп не используются традиционные фильтры Байера. Вместо них применяется структура Quad Bayer (у Sony) или TetraCell (у Samsung), которая предполагает группирование пикселей в квадрате 2 х 2. Квартет пикселей накрывается общим фильтром, который может пропускать три цвета – синий, зелёный, красный.

Сейчас на рынке есть несколько смартфонов с камерой разрешением 64 Мп. Во всех используется один датчик изображения – Samsung ISOCELL GW-1. При задействовании технологии объединения пикселей получаются 16-мегапиксельные снимки. По сравнению с фотографиями, которые изначально делаются на 16-Мп камеру, такие кадры отличаются немного лучшей контрастностью.

Разрешение, указанное в технических характеристиках смартфона, не всегда отражает реальный уровень детализации, которое вы увидите на фотографии. Есть этому ещё одна причина – связь между разрешением и оптикой. Объектив камеры отвечает за фокусировку света на сенсор, создавая диск Эйри или зону фокусировки определенного размера, которая попадает на матрицу. Размер узора определяет, как дифрагированные фотоны будут падать на сенсор при прохождении через объектив. Размер светового пятна, которое покрывает несколько пикселей, приводит к потере резкости и детализации. Простыми словами, плохой объектив снижает разрешение датчика.

Компактные сенсоры более ограничены дифракцией при больших значениях диафрагмы. Таким образом, меньшие матрицы требуют более широкую апертуру, чтобы позволить большему количеству света достигать мелких пикселей, и точную фокусировку света. Увы, объективы для смартфонов с широкой апертурой очень сложно создать, избежав при этом появления новых проблем.

Смартфоны уже имеют достаточно широкие поля обзора (Field of View, FOV), что достигается за счёт непосредственной близости объектива и сенсора. Для предотвращения дальнейшего увеличения FOV и связанных с ним искажений объектива требуется большее фокусное расстояние, что увеличивает эффект глубины резкости. Широкая апертура обеспечивает меньшую область фокусировки. Это нормально для портретных фотографий, поскольку увеличивается глубина резкости. Однако, для съёмки пейзажей – это не лучший вариант. Во многих смартфонах задействуется кроп-фактор, в результате чего устраняются искажения, но часть пикселей попросту отбрасывается.

По этой ссылке на сайте The Verge вы можете увидеть две фотографии в исходном разрешении, сделанные на 64-мегапиксельную камеру. Их размер составляет примерно 40-45 МБ. На первый взгляд снимки выглядят прекрасно. Но если вы сделаете 100% кроп, то всё будет выглядеть не так радужно. Шумодав практически полностью уничтожает все мелкие детали. Так в чём же тогда смысл 64-мегапиксельных камер в смартфонах, если они не способны сохранить мелкие детали? 

Сенсоры на 32 Мп используются преимущественно во фронтальных камерах, на которых производители не сильно акцентируют внимание. А вот датчики разрешением 64 Мп и 48 Мп, в настоящее время, являются маркетинговым инструментом, за счёт которого компании привлекают внимание к своим смартфонам. Само собой, матрицы сверхвысокого разрешение двигают мобильную фотографию вперёд. Однако, не стоит удивляться, если смартфоны с камерами на 108 Мп не будут показывать результаты, сопоставимые с шумихой вокруг них.

Xiaomi Mi Note 10

Первый такой аппарат все желающие, которые готовы потратить порядка 600 евро, смогут сами испытать уже через несколько дней. 11 ноября в продажу в Европе поступит смартфон Xiaomi Mi Note 10, который обзавёлся 108-мегапиксельным датчиком изображения.