На что влияет матрица в телефоне: Камера смартфона для «чайников» №3. Погружаемся в матрицу!

Содержание

Камера смартфона для «чайников» №3. Погружаемся в матрицу!

Оценка этой статьи по мнению читателей:

Мы продолжаем погружаться в удивительный мир фотографии и в этой части подробно поговорим не только о матрицах и пикселях, но и о мобильной фотографии в целом.

Моя статья о влагозащите фитнес-браслетов для многих стала откровением, так как противоречила всему тому, о чем писали другие сайты. Эта статья, надеюсь, вызовет похожий эффект.

Проблема с интернетом заключается в том, что при смене технологий, популярные ресурсы не удаляют старый материал (да и с чего бы им это делать?). Затем приходят молодые авторы, читают и пересказывают информацию, которая уже давно не соответствует действительности.

Так было с часами и влагозащитой. В 2010 году многое изменилось, но куда девать все те статьи, что были написаны в течение двух предыдущих десятилетий? То же происходит и с камерами. Каждый человек видит просто феноменальный прорыв в области мобильных камер за последнее десятилетие, но продолжает повторять одну и ту же ерунду о маленьких матрицах и прочих ограничениях камерофонов.

Пришло время разобраться, на что именно влияет размер матрицы и пикселя, что такое шум и от чего он зависит, почему современные смартфоны снимают гораздо лучше, чем первые мобильные камеры и можно ли уменьшать размеры, увеличивая качество.

Чтобы сделать эту статью максимально понятной, я постараюсь избегать сложных терминов, заменяя их более простыми аналогиями. Тем не менее, информации будет очень много, поэтому на легкое чтение рассчитывать не стоит.

Для тех, кто попал сюда впервые

Вначале давайте вкратце вспомним, о чем говорилось ранее. В первой части мы разобрались с тем, каким образом свет переносит изображение в пространстве. Как оказалось, даже через окна в наши дома попадает не «простой свет», а картинка всего того, что происходит за окном. Но так как окна слишком большие, эта картинка получается настолько размытой, что мы не видим никаких четких очертаний.

У камеры смартфона есть такое же окошко — небольшое отверстие в объективе, через которое свет попадает внутрь устройства.

Размер этого окошка обозначается в характеристиках смартфона буквами f/1.8 или f/2.4. Первая часть подробно объяснила, как понимать эти значения и на что они влияют.

Во второй части мы проследили за тем, что происходит дальше, когда свет прошел через отверстие объектива. В частности, мы детально рассмотрели, чем отличаются объективы смартфонов, что такое фокусное расстояние, за счет чего происходит приближение картинки и как определить настоящий (оптический) зум.

Вторая часть объяснила еще один важный параметр любой камеры, который в характеристиках указывается в миллиметрах, например, 26 мм или 130 мм.

Если посмотреть на типичные характеристики камеры любого смартфона, то мы увидим, что осталось еще много непонятных букв и цифр:

Основная камера: 108 Мп, 1/1.33″, f/1.8, 26 мм, 0.8 мкм, PDAF

В этой части я расскажу, как понимать характеристики, выделенные жирным шрифтом. Все они относятся к матрице: ее размерам, количеству пикселей и размеру одного пикселя.

Собираем отпечатки света

Для начала нужно понять, каким образом свет, прошедший через объектив и попавший на матрицу камеры, оставляет там свои «следы».

Если кто-то не знает, матрица — это аналог пленки, на которую объектив камеры проецирует изображение. Если бы вместо матрицы мы просто разместили белый фон, на нем бы точно также появилось качественное цветное изображение, но вот сохранить его нам бы не удалось.

Вместо белого фона мы размещаем специальную пластинку, сделанную из песка. Точнее, делается она из кремния, а кремний в соединении с кислородом (диоксид кремния) и есть песок.

Так вот, если специально обработать чистый кремний и подключить к нему небольшое питание, можно добиться от него очень интересного поведения. Когда фотон (мельчайшая частичка света) попадает на такую пластинку, он поглощается кремнием и тут же высвобождает электрон:

Правда, фотон должен обладать достаточной энергией, чтобы выбить электрон из атома кремния, поэтому поглощается далеко не весь свет, а только тот, длина волны которого колеблется в пределах примерно от 400 до 1100 нанометров.

И так уж совпало, что видимый нами свет идеально попадает в этот диапазон.

Матрица камеры смартфона состоит из миллионов крохотных пикселей — таких вот необычных кусочков кремния, реагирующих на свет. Помимо светочувствительного кремния, пиксель содержит еще множество других элементов, но для простоты восприятия пока упустим эти детали.

Итак, фотон успешно проник внутрь кремния и, «растворившись» в нём, образовал один электрон. Что же происходит с этим электроном дальше? Он попадает в специальную ловушку и оказывается на дне потенциальной ямы, выбраться самостоятельно из которой очень непросто.

Бывают ситуации, когда фотон подлетает к пикселю, но это не приводит к появлению электрона. Почему? Причины могут быть разными. К примеру, если длина волны этого фотона очень короткая, он будет поглощен еще в самом верхнем слое пикселя, а для очень длинной световой волны кремний и вовсе окажется прозрачным, фотон пролетит его насквозь, даже не заметив.

И здесь мы подходим к первому важному понятию, которое частично объясняет, почему современные смартфоны снимают так хорошо — это

квантовая эффективность пикселя. Звучит страшно, но по сути это очень простое явление.

Если к поверхности пикселя подлетают 10 фотонов, но только 3 из них поглощаются кремнием (и, соответственно, высвобождаются 3 электрона), то 7 фотонов просто потерялись. Они оказались бесполезными. Получается, эффективность такого пикселя составила всего 30%, то есть, только 3 из 10 фотонов, попадающих на пиксель, будут высвобождать электроны. А значит, квантовая эффективность равняется 30%.

Исследовательские центры крупных производителей смартфонов постоянно работают над увеличением этого показателя. Если в «древности» квантовая эффективность не превышала 10%, то в современных мобильных матрицах она может достигать 120% в зависимости от длины волны света.

Как это возможно? Весь секрет в том, что в новых светочувствительных материалах один фотон может создавать более одного электрона (более одной пары электрон-дырка, если говорить научным языком). Вот, к примеру, посмотрите на зависимость квантовой эффективности нового пикселя от Samsung, используемого в матрицах на 64 и 108 Мп (технология

ISOCELL Plus):

А ведь еще каких-то пару лет назад квантовая эффективность пикселей была на 20-30% ниже. Получается, пиксели уменьшаются, а их квантовая эффективность возрастает. То есть, современный маленький пиксель будет более светочувствительным, нежели крупный пиксель старого камерофона.

Но вернемся к нашим электронам на дне ямы. В момент, когда происходит снимок, каждый из миллионов пикселей на матрице начинает ловить фотоны и поглощать их, высвобождая при этом электроны, которые сваливаются в ловушки. Снимок сделан!

Теперь камере нужно просто подсчитать, какое количество электронов оказалось в потенциальной яме каждого пикселя. Чем больше этих электронов, тем ярче будет нарисована соответствующая этому пикселю точка на фотографии. Именно так свет превращается в картинку.

Маленький или большой пиксель — что лучше?

Предположим, у нас есть две матрицы одного физического размера. На первой из них размещено 12 миллионов крупных пикселей (12 Мп), а на второй — в несколько раз больше, но размером они поменьше.

И возникает вопрос — есть ли какая-то разница между этими матрицами? Ведь они обе имеют один и тот же физический размер, а пиксели покрывают всю площадь.

Я сразу хочу отбросить теорию о том, что между пикселями есть пространство и много света просто теряется, так как он не попадает на светочувствительный элемент. Да, пространство между пикселями действительно есть, кроме того, внутри самого пикселя далеко не вся поверхность — это светочувствительный кремний.

Однако над каждым пикселем установлена специальная микролинза, которая собирает весь свет и фокусирует его на кремний:

И если раньше даже между линзами были какие-то зазоры, то сейчас их нет вовсе и расстояние между пикселями не играет никакой роли.

Теперь давайте определимся с терминами. Размер одного пикселя практически всегда указывается в характеристиках любого смартфона. Если вы посмотрите на параметры камеры, которые я приводил вначале, то увидите, что размер пикселя там составляет 0.8 мкм

(микрометра). Есть пиксели размером 1 мкм, есть и более крупные, например, 1.4 мкм и даже 1.8 мкм (в Samsung Galaxy S20 или Sony Xperia 1 II).

И здесь любой профессиональный фотограф скажет вам, что размер пикселя важнее их количества. Почему? На это есть две причины.

Размер ловушки

Когда мы делаем снимок, в ловушку попадают электроны. Естественно, потенциальная яма пикселя не резиновая и в зависимости от освещения очень быстро заполняется до отказа. Если снимок всё еще делается, новые электроны будут попадать в яму и сразу же «вываливаться» оттуда в специально отведенное место — эдакий дренаж.

Образное представление пикселя

Одной из самых популярных мобильных матриц 2019-2020 гг является Sony IMX586. Она установлена в огромном количестве самых разных моделей от средне-бюджетного до премиального сегмента. В наших обзорах она также встречалась очень часто.

Так вот, размер пикселя этой матрицы составляет 0.8 микрометра, а емкость потенциальной ямы — минимум 4500 электронов. Если в ловушке уже оказалось 5000 электронов, а смартфон еще продолжает делать снимок, принимая новые фотоны света, этот пиксель будет переполнен и уже никакой информации, кроме яркой белой точки, в этом месте на снимке не будет.

В другом популярном сенсоре от Samsung на 64 Мп (используется в Redmi Note 8/9 Pro, Galaxy S20, Galaxy Note20) емкость потенциальной ямы — 6000 электронов.

Для сравнения, емкость потенциальной ямы одного пикселя многих зеркальных камер составляет 25 тысяч электронов, что всего в 4-5 раз больше микроскопических пикселей (0.8 мкм) от Sony и Samsung.

Основная задача таких внушительных «ловушек» — обеспечить широчайший динамический диапазон. То есть, чтобы на снимке не было ни одной белой точки с потерянными деталями. Посмотрите на эти две фотографии с разным динамическим диапазоном:

Слева мы видим, как пиксели, отвечающие за цвет неба в правом углу и плитку на полу, не справились со своей задачей. Их ловушки электронов просто переполнились от огромного количества фотонов, прилетевших с неба и отразившихся от плитки. А вот на снимке справа у пикселей оказались достаточно глубокие ловушки, что позволило рассмотреть детали даже в самых светлых областях.

Но этой проблемы практически не существует сегодня в мире смартфонов. Дело в том, что ее научились компенсировать двумя способами:

  • Вычислительная фотография. Смартфон делает серию снимков с разной выдержкой. То есть, во время первого снимка все пиксели собирают фотоны в течение, например, 5 миллисекунд. Этого времени не хватает, чтобы собрать достаточно фотонов с темных мест сцены, но пиксели, на которые попадают фотоны с ярких участков, не успевают переполняться и камера прекрасно видит все детали. Затем делается повторная фотография и пиксели собирают фотоны уже в течение 50 миллисекунд. Этого времени хватит, чтобы собрать фотоны с самых темных мест сцены, при этом произойдет переполнение потенциальных ям в пикселях светлых участков. Затем алгоритмы соединяют две фотографии, чтобы в результате не оказалось ни белых, ни черных точек.
  • Объединение (биннинг) пикселей. Благодаря технологиям Tetracell и Quad Bayer мы можем сделать ровно то же, что было описано выше, только при помощи одного снимка.
    В таких матрицах пиксели собраны в группы по 4 штуки. Когда мы делаем снимок, два из них собирают фотоны, скажем, в течение 5 миллисекунд, а остальные — в течение 50 мс. Результат получается тот же.

Выходит, даже маленькие пиксели по 0.8 мкм идеально справляются с динамическим диапазоном. Но, есть и другая проблема.

Ах эти грязные фотоны! Или откуда шум на снимках?

Оказывается, на снимках откуда-то появляется непонятный шум! Особенно, когда света очень мало, на фотографиях по всей площади можно заметить характерные маленькие точки или отклонения яркости и цвета. Даже если мы сделаем снимок белого листа бумаги при плохом освещении, то получим такой грязный кадр:

Откуда берется эта грязь? И какое отношение к этому шуму имеет размер пикселя?

Этот мусор на матрицу приносят с собой фотоны. И дело совершенно не в том, что существуют нечистоплотные фотоны. Конечно нет. Всё дело в самой природе света.

Представьте, что на улице идет град и вы решили подсчитать, какое количество градин упадет в ведро за одну минуту. Чтобы увеличить точность эксперимента, вы решаете использовать сразу десять ведер. Итак, ведра расставлены — град идет. Проходит одна минута и вы делаете подсчет. Будет ли в каждом ведре одинаковое количество градин? Конечно же, нет! Любой человек ответит на этот вопрос и без каких-либо экспериментов.

Ровно то же происходит и с фотонами! Если какой-то пиксель за одну секунду поймал 100 фотонов, то в следующую секунду их могло легко оказаться 70, а может и 120. Добавьте к этому еще тот факт, что не каждый фотон будет поглощен в кремнии.

В общем, это ровно такое же непредсказуемое явление, как и пример с градом. Но если градины ни на что не влияют, то вот количество фотонов, упавших на пиксель, напрямую влияет на яркость этого пикселя на итоговом снимке.

Если бы у нас была матрица только с одним гигантским пикселем и мы делали снимок белой стены каждую секунду, на такой фотографии не было бы никакого шума, просто цвет стены каждый раз немного бы отличался. Собрали больше фотонов — снимок ярче, меньше фотонов — темнее.

Но у нас-то пикселей миллионы! И здесь происходит интересная вещь. Несмотря на то, что мы делаем снимок белой стены, на один пиксель может попасть 80 фотонов, на пиксель рядом — 120, а еще на другой — 100.

В итоге мы получаем вместо однородного белого цвета какие-то пятна, точки и прочие артефакты. Это и есть фотонный шум, связанный с самой природой света, который невозможно никак ни отследить, ни предугадать.

Конечно, существуют и другие источники шума, но этот — основной.

Помните, вначале я говорил, что мы подаем небольшое питание на кусочек кремния, чтобы он мог ловить фотоны и преобразовывать их в электроны? Так вот, когда ни один фотон не попадает на такой пиксель, слабый ток из-за небольшого нагрева кремния вызывает ровно тот же эффект — генерацию электронов, а матрица собирает их и считает, что это были фотоны. Но для того, чтобы этот шум был хоть как-то заметен, нужны длинные выдержки и мало света. На смартфонах длинные выдержки — большая редкость.

Кроме того, сам процесс считывания электронов может вносить шум. Но, опять-таки, он просто ничтожен в случае со смартфонами, так как смартфоны используют CMOS-сенсоры, а этот шум характерен для CCD-сенсоров (ниже я расскажу об этом чуть подробнее).

Так причем здесь размер пикселя?

Дело в том, что чем больше фотонов упадет на один пиксель, тем больше в нем появится электронов. А чем больше электронов, тем больше разница между шумом и реальной картиной. Когда мы говорим о шуме, нужно брать каждый пиксель, а не матрицу в целом.

Это очень просто понять даже интуитивно. Вот смотрите, если на все пиксели в среднем падает 9 фотонов, то мы можем легко посчитать уровень шума для всей матрицы. Согласно распределению Пуассона, шум — это просто квадратный корень из количества попавших на пиксель фотонов.

То есть, если в среднем пиксели ловят по 9 фотонов, значит шум всей матрицы — это квадратный корень из 9 или 3 фотона. На один пиксель упало 9 фотонов, на второй — 6, на третий — 10, на четвертый — 8 и так далее. Но в среднем, их количество отличается на +/- 3 фотона. Эта неравномерность и выльется в шум на снимке. И мы его прекрасно заметим, так как яркость точек на фотографии будет отличаться очень сильно (на 30% в среднем или на +/- 3 фотона на каждые 9 фотонов).

Но что произойдет, если пикселей будет в 4 раза меньше и они будут в 4 раза крупнее? Каждый пиксель будет собирать в среднем уже не по 9, а по 36 фотонов. И шум матрицы составит 6 фотонов (корень из 36).

Большие пиксели (слева) против маленьких (справа)

Теперь разница в яркости между точками будет отличаться не более, чем на 16% (+/-6 фотонов на каждые 36 фотонов). Мы ничего, кроме размера пикселя, не изменили. Но фотография стала в 2 раза чище.

То есть, мы видим закономерность, что с увеличением количества фотонов, шум становится совершенно незначительным (относительно общего числа фотонов). Им можно пренебречь. Для 100 фотонов шум составит 10 фотонов. Если же увеличить количество фотонов в 100 раз, чтобы их было 10 тысяч, то шум возрастет только в 10 раз (корень из 10 тысяч = 100). И сигнал будет еще чище.

Получается, нам важно, чтобы как можно больше фотонов падало на один пиксель. Даже если на матрицу упало 1000 фотонов, лучше, чтобы пикселей было всего 10, тогда на каждый из них попадет в среднем по 100 фотонов. А если пикселей будет 100 (при том же размере матрицы), на каждый из них в среднем попадет по 10 фотонов. В первом случае шум будет едва заметен, так как яркость точек будет отличаться незначительно (+/- 10 фотонов на каждые 100 фотонов), а во втором случае — гораздо сильнее (+/- 3 фотона на каждые 10 фотонов).

Именно по этой причине большие пиксели меньше «шумят», чем маленькие (при одинаковом размере матрицы). У них соотношение сигнала (количества фотонов) к шуму (погрешности) гораздо выше.

И здесь я снова должен сказать «но»…

Но ведь у нас есть Quad Bayer и даже Nonacell!

Производители смартфонов нашли элегантное решение этой проблемы. Все современные матрицы смартфонов с размером пикселя <1 мкм сделаны так, чтобы под одним цветным фильтром размещались 4 отдельных фотодиода (кусочка кремния, реагирующего на свет). А, к примеру, Samsung решила объединить под одним «колпаком» сразу 9 пикселей (в Galaxy Note 20 Ultra и Galaxy S20 Ultra).

С одной стороны мы, конечно, теряем значительную часть информации о цвете (ведь в 108 Мп Nonacell-камере только 12 млн цветных фильтров). Но с другой, мы имеем полноценное представление о яркости каждой из 108 млн точек.

И здесь есть один интересный и важный нюанс. Существует два основных типа матриц: CMOS и CCD. Все смартфоны, за редчайшим исключением, используют CMOS-сенсоры, так как у них масса преимуществ.

Одним из таких преимуществ является тот факт, что считывание и усиление сигнала с каждого пикселя происходит непосредственно внутри каждого из них. То есть, помимо светочувствительного элемента, внутри каждого пикселя есть еще и транзисторы. А в CCD-матрицах нет активных схем, так как накопленный заряд построчно переносится в отдельное место за пределы матрицы, где затем и обрабатывается (считывается, усиливается).

Так вот, когда мы говорим об объединении пикселей, в CCD-сенсорах это реальное физическое объединение заряда еще до считывания. При таком объединении мы просто складываем фотоны, а значение шума оставляем прежним.

Пример биннинга на CCD-матрице

Если на каждый маленький пиксель попадает 49 фотонов, значит шум равняется 7 фотонам (квадратный корень из 49). И соотношение сигнала к шуму равняется 49/7. Когда мы объединяем пиксели на CCD-сенсоре, то просто складываем фотоны. Теперь количество фотонов на одном «супер-пикселе» составляет 196 (49+49+49+49), но шум остался прежним — 7 фотонов. Соотношение сигнал/шум теперь равняется 196/7 против 49/7, а значит, уровень шума снизился значительно.

Пример биннинга на CMOS-матрице

Но со смартфонами (матрицы Quad Bayer и Tetracell) дела обстоят похуже. Здесь мы не можем ничего объединить, пока не считаем информацию с каждого пикселя. Поэтому работает это так. Мы суммируем количество фотонов с 4 пикселей (49+49+49+49), а затем вычисляем общий шум, извлекая квадратный корень из суммы.

В нашем примере до объединения пикселей шум равнялся 7 фотонам (квадратный корень из 49). Но теперь шум будет составлять квадратный корень из общего числа (196), то есть 14 фотонов.

Получается, мы увеличили количество фотонов в 4 раза (49 против 196 фотонов), а шум при этом возрос только в 2 раза (7 против 14 фотонов). То есть, соотношение сигнал/шум выросло в 2 раза.

А если говорить о Nonacell-матрице, там, при объединении пикселей, сигнал возрастает в 9 раз, а шум — в 3 раза. Значит и соотношение сигнал/шум увеличивается также в 3 раза.

Вот таким интересным образом современные смартфоны, несмотря на очень маленькие размеры пикселей, могут показывать хорошие результаты.

Размер матрицы камеры смартфона (не) имеет значения!

До этого момента у вас должно было сложиться впечатление, что размер матрицы не играет никакой роли, так как главное — это размер пикселя и всех связанных с ним характеристик (размер светочувствительной области пикселя, емкость потенциальной ямы, квантовая эффективность).

Если говорить формально, так и есть. Я даже выделю эти слова, чтобы они громче прозвучали:

Размер матрицы сам по себе не оказывает никакого влияния на качество фотографий!

Я понимаю, что эти слова «противоречат» опыту миллионов фотографов. Я сам прекрасно помню, как сменил свою кропнутую зеркалку на полнокадровый фотоаппарат (Canon EOS 5D Mark 2). Разница была просто колоссальной! Камера лучше справлялась при недостаточном освещении, да и с художественной точки зрения снимки выглядели намного интереснее.

Именно из-за личного опыта миллионов фотографов в сети и появились такие заблуждения, как:

  • Более крупная матрица сильнее размывает фон на снимках
  • Более крупная матрица уменьшает количество шума на снимках и позволяет снимать при худших условиях освещения
  • Более крупная матрица добавляет глубину и объем в кадр

А теперь подумайте. Вот перед вами два человека: один с пустыми руками, а второй с большой сумкой. Кто из них сможет унести, скажем, больше конфет? Естественно, всё зависит от того, сколько конфет вообще имеется в наличии. Если вы дадите каждому по две конфеты, ни размер сумки, ни ее наличие не сыграют никакой роли.

Ровно то же и с матрицами. Совершенно не важно, какого размера матрица, если в объективы двух камер залетает одинаковое количество фотонов. Даже если вы каким-то образом сможете заменить маленькую матрицу смартфона с диагональю 7 мм, на огромную матрицу с диагональю 70 мм, ничего не изменится. Ни количество шума, ни размытие заднего плана, ни светочувствительность. Так как на обе матрицы будет попадать идентичное количество фотонов.

Но почему же опыт говорит об обратном? Многие люди просто путают причину и следствие. Всё дело в диаметре отверстия, через которое свет проникает внутрь камеры. Это и есть важнейший параметр любой камеры смартфона. Именно так просто:

Чем больше диаметр отверстия в камере, тем лучше ее характеристики (светочувствительность, соотношение сигнал/шум, глубина резкости)

А размер матрицы — это лишь следствие. Вот смотрите. Предположим, что у нас есть смартфон с маленькой матрицей и крохотным диаметром входного зрачка объектива (отверстия, через которое свет попадает в камеру):

Что произойдет, если мы просто заменим маленькую матрицу на более крупную? На самом деле — ничего:

Мы будем получать фотографии с огромными черными рамками вокруг, так как линза проецирует такое же пятно света, как и раньше. Если мы хотим полностью задействовать весь сенсор, не меняя при этом угла обзора, нам нужно увеличить фокусное расстояние объектива, то есть, отодвинуть линзы подальше от сенсора:

Теперь фотоны падают на весь сенсор, а так как он гораздо крупнее, то и фотонов ловит больше. Верно? Нет, конечно.

Свет теперь покрывает весь сенсор, но интенсивность этого света упала (на картинке желтый цвет стал менее насыщенным), то есть, теперь на каждый условный квадратный миллиметр попадает меньше фотонов, чем раньше, так как нам пришлось заполнить тем же количеством фотонов большую площадь матрицы. Общее количество фотонов не возросло, так как диаметр отверстия остался прежним.

Это как фонарик: чем более узконаправленно он светит, тем ярче пятно света (выше интенсивность света).

Выходит, мы заменили маленький сенсор на большой, поставили другой объектив с более длинным фокусным расстоянием, но это никак не повлияло на качество снимков. Хотя кое-что уже изменилось в дизайне смартфона!

Так как нам пришлось увеличить фокусное расстояние, то есть, отодвинуть линзы подальше от сенсора, теперь объектив заметно выступает над корпусом. Вспомните Galaxy Note 20 Ultra:

Чтобы от всей проделанной нами работы был какой-то смысл, единственное, что еще остается сделать — это увеличить диаметр отверстия объектива. Вот теперь все звезды сошлись! В камеру попадает больше фотонов, интенсивность света увеличивается, а так как матрица крупная, то и каждый пиксель этой матрицы более крупный (или работает в режиме объединения пикселей), что приводит к более высокому качеству изображения.

Другими словами, сам по себе размер матрицы ничего не решает. Но именно с более крупными матрицами используют и объективы с большим диаметром отверстия, чтобы обеспечить соразмерное количество света. А это уже меняет всё.

Можно сделать такой вывод: если в смартфоне используется более крупная матрица, тогда диаметр входного зрачка объектива, скорее всего, также крупнее. Кроме того, выступ камеры над корпусом может косвенно свидетельствовать о том, что внутри установлен более крупный сенсор и компании пришлось отодвигать линзы подальше, чтобы компенсировать размер.

Неправильные дюймы. Или как узнать реальный размер матрицы в смартфоне?

Но как посчитать размер матрицы? Что означают цифры 1/2.55″ или 1/1.33″ в характеристиках смартфонов? Возможно, для кого-то это прозвучит странно, но такая маркировка используется производителями лишь по одной банальной причине — скрыть реальный размер матрицы, запутав пользователя.

Когда мы видим число с двойным штрихом, то понимаем, что это дюймы. А в одном дюйме — 25.4 мм. Если бы диагональ матрицы составляла 2″, мы бы легко перевели это в миллиметры, умножив 2 на 25.4 и получив 50.8 мм.

Было бы логичным предположить, что, если диагональ матрицы указана, как 1/1.33″, то нужно просто единицу разделить на 1.33, а потом умножить на 25.4 и мы получим диагональ в миллиметрах: 1 / 1.33 * 25.4 = 19 мм. Но в реальности матрица 1/1.33″ имеет диагональ 12 мм! Как же так?

Все дело в том, что производители используют не обычные дюймы, а видиконовские. Лет 70 назад были популярными телевизионные камеры с электронно-лучевыми трубками внутри. Работали они примерно, как и ЭЛТ-телевизоры. В трубке была маленькая мишень — аналог матрицы современного смартфона, и в эту матрицу выстреливались электроны.

Так вот, если диаметр трубки равнялся одному дюйму, то размер самой мишени («матрицы») внутри составлял 2/3 от диаметра трубки. Соответственно, в дюймовой трубке (25.4 мм) находилась мишень с диагональю 16.93 мм (25.4*2/3).

«Это же просто отличный способ маркировать современные прямоугольные матрицы!» — подумали производители и стали вместо человеческих миллиметров и дюймов использовать видиконовские дюймы, о которых еще помнят 10 человек, заставших 50-е годы прошлого столетия.

Получается, чтобы примерно высчитать диагональ матрицы в миллиметрах, нужно умножать полученное значение не на 25.4 мм (обычный дюйм), а на 16.93 (видиконовский дюйм). Теперь можно легко посчитать размер упомянутой выше матрицы: 1 / 1.33 * 16.93 = 12.7 мм.

Повторю еще раз. Когда вы видите в характеристиках смартфона размер матрицы, скажем, 1/3.2″, нужно просто единицу разделить на 3.2, а затем полученное число умножить на 16.93. Вот вам и диагональ в привычных миллиметрах!

Делаем выводы

Качество камер современных смартфонов возросло очень сильно при том, что размеры одного пикселя продолжают уменьшаться. Так что, маленький пиксель — это не приговор.

Производители постоянно работают над тем, чтобы как можно больше фотонов попадало на один пиксель. Для этого улучшаются материалы цветных фильтров и линз, чтобы они блокировали как можно меньше света. Внутри одного пикселя сокращаются размеры транзисторов и увеличивается площадь светочувствительного элемента (того самого кусочка кремния).

Новые технологии изоляции пикселей (DTI и F-DTI) позволили значительно сократить их размеры без ущерба качеству, а ведь раньше это приводило к тому, что электроны из одного пикселя могли спокойно перескакивать на соседние:

Но, как вы заметили, с уменьшением пикселя, уменьшался и светочувствительный элемент, а значит и емкость его потенциальной ямы. Эту проблему решили другие технологии, в частности VTG (Vertical Transfer Gate), которая позволила размещать фотодиод внутри пикселя над другими компонентами, а не рядом с ними:

В итоге, пиксель всё уменьшался, а его светосила — увеличивалась.

И в этой связи довольно забавно читать, как многие люди на форумах с грустью вспоминают старые-добрые времена, когда пиксели в смартфонах еще были большими, а не то, что эти модные 0.8 мкм.

Но в действительности, современные маленькие пиксели захватывают больше света, чем старые крупные, так как технологии с тех пор очень сильно ушли вперед и матрицы стали намного качественнее именно с точки зрения физики. Не говоря уже об алгоритмах, нейросетях и машинном обучении.

20 лет назад все говорили, что невозможно нарушить законы физики и телефоны никогда не смогут заменить фотоаппарат. Но проблема оказалась не в законах физики, а в несовершенстве технологий. Физика со своими законами осталась там же, где и была 20 или 2000 лет назад, но технологии продолжают показывать экспоненциальный рост, о чем, собственно, у меня есть отдельная интересная статья…

Позвольте еще раз привести характеристики камеры случайно выбранного смартфона:

  • Основная камера: 108 Мп, 1/1. 33″, f/1.8, 26 мм, 0.8 мкм, PDAF, OIS

Теперь все эти цифры и буквы не должны вас пугать, так как мы подробно разобрались буквально с каждым параметром, за исключением PDAF и OIS. Но об этом поговорим в другой раз!

Алексей, глав. редактор Deep-Review

 

P.S. Мы открыли Telegram-канал и сейчас готовим для публикации очень интересные материалы! Подписывайтесь в Telegram на первый научно-популярный сайт о смартфонах и технологиях, чтобы ничего не пропустить!

 

Понравилась статья? Поделитесь с другими:

Как бы вы оценили эту статью?

Нажмите на звездочку для оценки

Оценить!

Внизу страницы есть комментарии...

Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!

Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?

Отправить

Большое спасибо за отзыв!

Камеры смартфонов с матрицами Sony и Samsung. Что такое Tetracell и Quad Bayer?

Оценка этой статьи по мнению читателей:

Sony и Samsung являются основными поставщиками камер (матриц) для современных смартфонов, занимая около 80% всего рынка. За последние несколько лет эти компании проделали невероятный путь, внедряя самые передовые технологии из мира больших зеркальных камер в крохотные сенсоры мобильных телефонов.

Самый популярный 48-мегапиксельный сенсор 2019 года Sony IMX586 устанавливался на большинстве средне-бюджетных и флагманских камерофонах прошлого года. А Samsung и вовсе прошла путь от 12-мегапиксельных матриц до невероятного во всех смыслах 108-мегапиксельного сенсора, установленного на Xiaomi Mi Note 10.

Но с каждым новым смартфоном простому пользователю становится все труднее разобраться во всем этом разнообразии технологий. В интернете то и дело публикуются «разоблачения», будто всё это сплошной маркетинг. А тем временем в технических характеристиках появляется всё больше непонятных терминов: PDAF, Quad Bayer, Dual Pixel, ISOCELL Plus и пр.

В этой серии статей я попытаюсь максимально понятно и, в то же время, подробно рассказать обо всех основных технологиях, используемых в современных матрицах от Sony и Samsung.

Первая часть статьи будет посвящена базовым принципам работы матриц с высоким разрешением и, в частности, технологиям Tetracell от Samsung и Quad Bayer от Sony.

Но перед этим нам необходимо разобраться, как вообще работает обычная матрица, используемая в камере смартфона. Если эта информация вам уже известна, смело переходите к следующему разделу!

Как устроена матрица камеры обычного телефона?

Фотоматрица — это специальная микросхема, состоящая из миллионов светочувствительных ячеек, называемых фотодиодами. Матрица в камере смартфона — это аналог пленки в старых пленочных фотоаппаратах.

Свет, попадая на фотодиод, генерирует электрический заряд. Чем ярче этот свет, то есть, чем больше фотонов удалось собрать в одной ячейке, тем выше будет электрический заряд. Камера устанавливает определенную выдержку (время «сбора» фотонов), по окончании которой измеряется заряд каждого отдельного фотодиода и переводится в числовое значение от 0 до 255, где 0 — это отсутствие заряда/света, а 255 — максимальная яркость.

В итоге, мы получаем черно-белую фотографию, состоящую из миллиона маленьких точек разной яркости. Чем выше был заряд определенного фотодиода в момент съемки, тем ярче соответствующая ему точка/пиксель будет отображаться на фотографии:

Увеличенный фрагмент фотографии

Но так как в реальности эти точки гораздо меньшего размера, то вместо непонятных квадратиков мы получаем красивую черно-белую фотографию:

Черно-белая фотография

Все очень просто, не так ли? Но почему фотография получилась черно-белой?

Дело в том, что цвета не существует. Понимаю, это звучит странно, но, тем не менее, цвет — это не более, чем наши субъективные ощущения.

Немножко интересных фактов о цвете

Световые волны имеют разную длину и наши глаза способны воспринимать только очень маленький диапазон этих волн. Самые короткие из них воспринимаются нами, как фиолетовый цвет, а самые длинные — как красный. Ну и где-то посредине находится зеленый, а также все видимые оттенки между ними.

Но вот, к примеру, если делать рентгеновский снимок, мы не увидим никакого цвета, а ведь это такой же свет, как и свет от лампочки, только с более короткой волной. Мы даже представить себе не можем, как бы мог выглядеть цвет рентгеновских лучей. Не обидно ли?

Но нам это и не нужно, так как эти лучи не отражаются от предметов и, соответственно, бесполезны для наших глаз. Ведь и предметы, окружающие нас, мы видим только по той причине, что они отражают свет. Так что, трава — не зеленая, она просто отражает волны соответствующей длины, а наш мозг запрограммирован эту длину изображать зеленым цветом. Так проще и приятнее.

Возвращаемся к матрицам

Для того, чтобы и матрица смогла «увидеть» цвета, мы просто накрываем каждый фотодиод фильтром определенного цвета: красного, зеленого и синего. Теперь каждый фотодиод будет воспринимать яркость световой волны только одного цвета, соответствующего фильтру:

Другими словами, каждый фотодиод будет получать 1/3 яркости света, падающего на него, так как из этого света исключены все волны другой длины. Получается, мы можем из 3 фотодиодов «собрать» заново исходный цвет, смешивая в нужных пропорциях их значения. Ведь, как известно, для получения любого цвета, нам нужно знать лишь в каких пропорциях «смешивать» красный, зеленый и синий цвета.

Если значения красного, зеленого и синего цветов будут равняться нулю (напомню, камера переводит заряд каждого фотодиода в числовое значение от 0 до 255), получается черный цвет. Если все три фотодиода имели максимальный заряд (значение 255 для красного, зеленого и синего цвета), получается белый цвет. Если красный и зеленый цвет равняются 255 (то есть, фотодиоды, накрытые этими фильтрами, имели максимально высокий заряд), а синий — нулю, тогда получим желтый цвет и так далее.

Все просто? Не совсем. Давайте представим, что наш смартфон имеет камеру на 16 пикселей (не мегапикселей, а именно пикселей), то есть, всего 16 фотодиодов будут регистрировать попадающий на них свет. Вот как будет выглядеть матрица такой камеры с накрытыми цветными фильтрами:

Фильтр Байера

Вы, наверное, заметили, что цветные фильтры распределены как-то странно — в каждой условной ячейке 2×2 находятся один синий, один красный и два зеленых фильтра. То есть, зеленых фильтров в 2 раза больше, чем красных или синих.

В далеком 1976 году сотрудник фирмы Kodak по имени Брайс Байер предложил использовать по 4 фильтра для каждого пикселя, причем фильтров зеленого цвета — в 2 раза больше. Связано это, скорее всего, с тем, что зеленый цвет находится ровно посредине спектра и он включает в себя часть синего и красного цвета. То есть, зеленые фотодиоды будут воспринимать больше света. А больше света — лучше качество. Плюс, наши глаза более восприимчивы к зеленому свету.

Этот фильтр так и называется «Фильтр Байера» (Bayer Filter). Он получился настолько удачным, что до сих пор является самым популярным в мире. Есть и другие фильтры, в частности, на смартфоне Huawei P30, обзор которого мы делали. Там вместо зеленых фильтров используются желтые. Также встречаются фильтры, где вместо второго зеленого используется «белый фильтр», то есть, фильтр по сути отсутствует и этот диод воспринимает больше света, чем другие.

Что не так с фильтром Байера?

Вернемся к нашей 16-пиксельной матрице. Вот мы сделали снимок и теперь нам нужно восстановить цвет каждой из этих 16 точек. У нас же 16-пиксельная камера, значит и фотография должна быть «16-пиксельная», верно? Как же это сделать?

Посмотрите еще раз на картинку выше. По сути, красные цвета зарегистрировали только 4 пикселя (фотодиода), также и синий цвет зарегистрировали только 4 пикселя. А еще 8 пикселей зарегистрировали зеленый цвет.

Получается, у нас есть всего 4 набора каждого цвета, плюс, 4 «лишних» зеленых цвета. То есть, мы можем полноценно восстановить оригинальные цвета только 4 пикселей на финальной фотографии:

Так что же это получается, никакой 16-пиксельной матрицы у нас и не было? Мы же можем восстановить только 4-пиксельную фотографию.

С камерами iPhone 11 Pro или Galaxy Note10, которые имеют по 12 мегапикселей, дела обстоят ровно так же. Они используют тот же Bayer-фильтр, что и на схеме выше. И вместо 12 мегапикселей у нас есть суммарно только 3 мегапикселя, содержащих все три цвета + еще 9 мегапикселей, захвативших только зеленый спектр света.

Но почему тогда камера того же iPhone 11 Pro выдает 12-мегапиксельные снимки вместо 3-мегапиксельных?

На помощь приходит процесс дебайеризации!

Чтобы получить красочный снимок в полноценном разрешении, нужно взять каждый фотодиод (пиксель) и добавить к нему недостающие цвета.

Если посмотреть на нашу 16-пиксельную матрицу, тогда для первого пикселя синего цвета нужно добавить еще красный и зеленый, а для пикселя зеленого цвета — добавить информацию о красном и синем цвете. Но где же ее взять, если один фотодиод зафиксировал количество света (или яркость света) только одного цвета?

Для этого снимок проходит обработку специальным алгоритмом дебайеризации или демозаики, то есть, процессор путем интерполяции вычисляет недостающие компоненты цвета для каждой точки.

А сейчас следите внимательно за мыслью. Если посмотреть на любую группу из 4 пикселей, то каждый из этих пикселей может принадлежать и другой группе (рядом стоящей).

Например, если условно выделить фиолетовым цветом группу из 4 пикселей (каждому из которых не хватает по 2 цвета для правильного восстановления), тогда красный пиксель одновременно будет принадлежать и другой группе из 4 пикселей, выделенных оранжевой пунктирной линией. А синий пиксель в то же время может принадлежать еще одной группе из 4 пикселей, выделенной на картинке желтой пунктирной линией (все остальные цвета я сделал приглушенными, чтобы они не отвлекали внимание):

То есть, фактически, вокруг каждого пикселя можно построить по 4 группы, содержащие все нужные цвета. А дальше математическим путем определить, какой же реальный оттенок должен иметь каждый пиксель.

Процесс дебайеризации может показаться немножко сложным, но если вы до конца не поняли, откуда мы берем недостающие цвета — ничего страшного, для понимания остальных технологий это не имеет значения.

Что такое Quad Bayer и Tetracell? Или как работают камеры со сверхвысоким разрешением (48, 64 и 108 Мп)

Чуть выше мы рассмотрели, как работает классический фильтр Байера, который используется практически во всех камерах современных смартфонов. Но когда речь заходит о новых камерофонах с очень высоким разрешением (от 48 Мп и выше), здесь все устроено немного по-другому.

Вместо фильтра Байера (Bayer) используется так называемый Quad Bayer (от англ. Quad — четыре). Расположение и количество цветных фильтров здесь в точности соответствует таковому на обычной матрице, только вместо одного фотодиода, под одним цветным фильтром размещается сразу 4 фотодиода.

Схематически можно изобразить Quad Bayer следующим образом:

Расположение цветных фильтров Quad Bayer (Tetracell)

Как видим, один общий синий фильтр прикрывает сразу 4 физических фотодиода, то же касается и других цветов. Если на обычной матрице 2×2 под фильтрами скрываются 4 фотодиода, то в матрице Quad Bayer 4 фильтра (2 зеленых, красный и синий) накрывают 16 физических фотодиодов.

Получается, если физический размер одного пикселя в классической матрице составляет 1.4 мкм, то в матрице Quad Bayer/Tetracell он равняется 0.8 мкм. Но если мы сравним размеры по цветным фильтрам, тогда в классическом варианте будем иметь все те же 1.4 мкм (так как один фильтр имеет такой же размер, как и сам фотодиод), а в Quad Bayer получится 1. 6 мкм, ведь под одним фильтром помещаются 4 фотодиода.

Сразу стоит уточнить, что название Quad Bayer принадлежит компании Sony, в то время, как Samsung зарегистрировала для ровно такого же фильтра свое название — Tetracell. Но оба эти понятия означают одно и то же. Отличаются лишь «торговые марки» технологий. Поэтому, иногда я также буду заменять одно название другим.

В чем смысл Tetracell и Quad Bayer фильтров?

Несмотря на столь незначительное на первый взгляд изменение, матрицы смартфонов получили много преимуществ от размещения 4 фотодиодов под каждым цветным фильтром.

Прежде всего, это позволило значительно улучшить динамический диапазон фотографий. Динамический диапазон — это разница между самым темным и самым светлым участком на фото. Ниже можно увидеть сравнение двух снимков, на одном из которых (слева) динамический диапазон низкий, а на втором (справа) — высокий:

Слева — низкий динамический диапазон, справа — высокий

К сожалению, матрица камеры на смартфоне настолько маленькая, что не способна физически запечатлеть широкий динамический диапазон. Приходится прибегать к различным уловкам, главная из которых — съемка серии кадров с разной выдержкой.

Вначале на фотодиоды падает свет в течение очень короткого времени, что позволяет камере «увидеть» все детали на самых ярких участках сцены. А затем камера делает еще одну фотографию, но с более длинной выдержкой, «собирая» больше света и тем самым раскрывая детали в тенях.

После этого, используя все кадры (которых может быть гораздо больше двух), смартфон «собирает» финальный вариант.

Технология Tetracell (Quad Bayer) позволяет расширить динамический диапазон, ограничившись всего одним кадром. Для этого половина фотодиодов под одним фильтром работает с короткой выдержкой, а вторая половина — с длинной. Получается, под каждым цветным фильтром 2 диода собирают всю информацию на ярких участках, а 2 других — на темных:

Это очень легко сделать, так как в камере смартфона нет физического затвора, который бы открывался и пропускал свет через объектив на матрицу, как это сделано в больших зеркальных камерах. Здесь же сама матрица регулирует время накопления электрического заряда на каждом фотодиоде и может выборочно «включать/выключать» фотодиоды, когда потребуется.

Помимо более широкого динамического диапазона, Tetracell матрица позволяет сократить уровень шумов. Опять-таки, когда мы имеем дело с обычной матрицей, только один фотодиод собирает информацию о яркости определенного цвета. И если этого света было очень мало, появляется цифровой шум, определить количество света становится тяжело и качество фотографии падает.

Когда же мы имеем дело с Quad Bayer (Tetracell) матрицей, у смартфона появляется 4 фотодиода для определения цвета одной точки. Ведь, напомню, под каждым цветным фильтром размещается 4 фотодиода, накапливающих заряд независимо друг от друга. Соответственно, шансы точно определить цвет одной точки увеличиваются очень сильно.

Это же касается и съемки при недостаточной освещенности. Смартфону не нужно делать несколько кадров подряд, чтобы попытаться точнее определить цвет каждой точки, сравнивая небольшие отличия на снимках. Он может просто воспользоваться информацией с четырех фотодиодов.

А как же детализация фотографий?

Действительно, среди всех преимуществ матриц с высоким разрешением, я не назвал главного — высокого разрешения и хорошей детализации.

Дело в том, что во всех упомянутых выше ситуациях, смартфон использовал по 4 фотодиода, размещенных под одним фильтром, как один большой пиксель. То есть, матрица работала в режиме объединения четырех пикселей в один. Соответственно, разрешение во всех этих случаях будет в 4 раза ниже заявленного. К примеру, 48-Мп камера будет выдавать 12-Мп фотографии, а 108-Мп камера — 27-мегапиксельные снимки.

При дебаеризации, смартфон обращается со всеми пикселями ровно так же, как и в случае использования классического фильтра Байера, только «одна точка» для него — это набор из четырех фотодиодов под одним фильтром.

Однако же, Quad Bayer и Tetracell матрицы могут работать и в режиме полного разрешения, считывая пиксели совершенно другими группами. Если посмотреть на следующую картинку, вам станет сразу все понятно:

Слева Tetracell-матрица работает в режиме объединения пикселей, выдавая разрешение в 4 раза ниже, чем заявлено производителем. Это стандартный режим работы для всех мобильных камер с высоким разрешением.

Справа мы видим совершенно другой алгоритм считывания данных с фотодиодов. Теперь камера берет по одному фотодиоду от каждого фильтра. В этом случае Tetracell-матрица будет выдавать снимки в полном разрешении.

Но использовать второй вариант есть смысл только в редких случаях при идеальном освещении. И под «идеальным» я подразумеваю не просто яркий солнечный день, а именно «среднюю» освещенность, когда в сцене нет сильных перепадов по яркости. В таких условиях практически любая Quad Bayer матрица выдаст гораздо более детализированный снимок. Мы уже приводили десятки примеров, сравнивая работу таких камер в двух режимах. Вот один из них:

Во всех остальных случаях (яркое солнце, плохо освещенная комната, вечер) лучше использовать камеру в режиме объединения пикселей, так как это позволяет получить более интересный, с художественной точки зрения, кадр.

Конечно же, матрицы камер устроены гораздо сложнее. К примеру, над каждым фотодиодом перед цветным фильтром отдельно устанавливаются микролинзы, а еще до микролинз размещается ИК-фильтр, который обрезает весь инфракрасный спектр света, чтобы минимизировать его влияние на снимок.

Если схематически изобразить всю эту конструкцию в разрезе, получим примерно следующее:

Кроме того, я совершенно ни слова не сказал о том, каким образом работает автофокус и почему так важен именно фазовый автофокус (PDAF). Что такое «двойной пиксель» (Dual Pixel) и как эта технология влияет на качество фотографий телефонных камер. Обо всем этом читайте во второй части статьи.

Если же вы хотите более детально погрузиться в то, как устроены и работают камеры смартфонов, тогда очень советую почитать мой цикл статей «Камера смартфонов для чайников«. Там вы найдете ответы на все вопросы, связанные с камерами и узнаете много всего нового и интересного.

Алексей, главный редактор Deep-Review ([email protected])

 

P.S. Мы открыли Telegram-канал и сейчас готовим для публикации очень интересные материалы! Подписывайтесь в Telegram на первый научно-популярный сайт о смартфонах и технологиях, чтобы ничего не пропустить!

 

Понравилась статья? Поделитесь с другими:

Как бы вы оценили эту статью?

Нажмите на звездочку для оценки

Оценить!

Внизу страницы есть комментарии...

Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!

Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?

Отправить

Большое спасибо за отзыв!

Мегапиксели или размер матрицы? Что важнее в камере смартфона - Чат - Mi Community


Mi фаны, здравствуйте! Котяш, как всегда, с вами.


      Недавно началась "мегапиксельная война", и кажется, что наш рынок смартфонов наводнен всем этим. Я взял в августе Mi 9T с 48-МП сенсором и я ходил такой весь из себя на понтах! А потом прихожу домой включаю телевизор и там говорят: "Аншлаг, вы слушали Маяк, любезный! Для всех тех, кто купил камеру на 48 МП, прекрасная новость - у нас вышла камера на 64 МП!"

      Это заставило меня задуматься - может ли камера с большим количеством мегапикселей создавать изображения с лучшим качеством? Или другие компоненты, такие как размер сенсора, линзы или пиксельное расстояние играют гораздо большую роль. Итак, давайте обсудим, что является более важным компонентом в камере смартфона: мегапиксели или размер сенсора? И стоит ли ходить по улице в очках, на которых написано "У меня 108 МП"... Погнали!

МЕГАПИКСЕЛИ


      Мегапиксель в  равен одному миллиону пикселей (Капитан Очевидность всегда с вами). Проще говоря, 5-мегапиксельная камера может захватывать 5 миллионов пикселей. Слово «пиксель» состоит из комбинации слов и изображений. Каждый пиксель в камере захватывает свет и превращает его в данные, а затем эти данные используются для воссоздания изображения. Очень многие считают, что чем больше пикселей - тем лучше изображение, но это не так. Данные, которые они собирают, являются как хорошей, так и плохой информацией. Что означает термин "плохая информация"? К этому относятся шумы, низкая насыщенность цвета и небольшая экспозиция и так далее.


      Но вопрос "Чем больше мегапикселей - тем лучше?" остается открытым. Давайте возьмем пример 12-мегапиксельной и 16-мегапиксельной камеры телефона. Чем большее количество мегапикселей, тем больше информации они можут собрать. Исходя из этого можно предположить,  что 16 МП делает снимки лучше. Но в реальности 16-мегапиксельная камера может иногда снимать изображения гораздо хуже, чем 12-мегапиксельная камера телефона, если обе камеры имеют одинаковый размер сенсора.  16-мегапиксельная камера телефона имеет 16 миллионов пикселей на том же датчике камеры, который присутствует на 12-мегапиксельной камере телефона. Это означает, что на одном и том же участке пространства будет больше пикселей, что приведет к снижению захвата света и, в конечном итоге, к получению худшего изображения.


РАЗМЕР МАТРИЦЫ


      Размер матрицы определяет, сколько света захватит камера, чтобы создать изображение. Количество света, которое принимает матрица, в конечном итоге дает более лучшие изображения. Таким образом, больший датчик будет захватывать больше света, собирая больше информации и создавая более качественные и четкие изображения. В настоящее время производители смартфонов увеличивают размер матрицы, чтобы получать более качественные фотографии при слабом освещении.


    Это изображение поможет вам понять матрицы. Цветные рамки - это разные значения матрицы. Здесь показано, сколько датчиков могут захватывать, если они использовали один и тот же объектив для фотографирования. Таким образом, больший датчик в конечном итоге будет захватывать больше света и деталей. Для смартфонов это измеряется по диагонали в долях дюйма  Размеры сенсоров, обычно используемых в камерах смартфонов, включают 1 / 1,7-дюймовый, 1 / 2,0-дюймовый и 1 / 2,3-дюймовый.  Вот почему производители фотоаппаратов в настоящее время увеличивают размер сенсора, чтобы улучшить качество фотосъемки при слабом освещении и получать четкие и красочные изображения.




      Мегапиксели и размер матрицы оба важны для получения изображений хорошего качества. Оба имеют некоторые преимущества и недостатки. Если у вас больше мегапикселей, то вы снимайте фотографии большого размера, которые занимают больше места вместе с плохой информацией. Больше данных также означает больше полезной информации при захвате изображений. Важно то, что при использовании более высокой мегапиксельной камеры размер используемого в ней датчика также должен иметь больший размер. Это поможет получить более качественные изображения. Но не только эти показатели влияют на качество снимков. Но это...



      Благодарю за внимание и ознакомление, надеюсь, что вам было интересно ознакомиться с данной информацией, а мы встретимся с вами как всегда в беспятнадцати полвторого, пока!

Что такое матрица в телефоне: описание, характеристики, назначение

Экраны смартфонов, помимо отображения информации, несут в себе также функцию органа управления. Как и любое стеклянное изделие, они достаточно хрупкие. В случае повреждения телефон становится практически невозможно использовать. Кто-то может отнести его в сервис, за что придется выложить немало средств, а кто-то поинтересуется, можно ли самостоятельно поменять матрицу на телефоне. Обо всех нюансах устройства и замены дисплея расскажем в материале ниже.

Классические дисплеи

В большинстве сенсорные экраны смартфонов состоят из двух компонентов. Матрица (собственно, сам экран) и тачскрин — сенсорная панель.

Для тех, кто интересуется, что такое матрица в телефоне, сообщаем, что это светодиодная или жидкокристаллическая панель. Какая она конкретно, зависит от технологии изготовления. С лицевой стороны она покрыта тонким слоем защитного стекла, а сзади находится защитный слой нержавеющей стали.

Тачскрин обычно представляет собой всю лицевую панель устройства. Это стеклянная, а в редких случаях — пластиковая пластина, имеющая токопроводящий слой изнутри и в большинстве случаев олеофобное покрытие снаружи.

OGS-модули

Продолжаем изучать, что такое матрица в телефоне. В последнее время производители с целью уменьшения толщины корпуса оснащают свои устройства такими экранами. OGS или One glass solution (решение одним стеклом) представляет из себя матрицу и тачскрин, соединенные в одну монолитную панель. При выходе из строя одного из компонентов меняется весь модуль, что частично упрощает задачу. Уменьшение толщины достигается за счет уменьшения воздушной прослойки между матрицей и тачскрином, а также тем, что в качестве защитного стекла матрицы используется сенсорная панель.

Специфика ремонта OGS-экранов

Замена же сенсора или матрицы по отдельности под силу квалифицированным специалистам, и то не во всех случаях. Обусловлено это тем, что при таком подходе сам ремонт будет стоить дороже детали, так как для этого требуются специальные принадлежности. Это прогревочный стенд, трафарет, фотополимер и ультрафиолетовая лампа.

Данный тип экранов устанавливается на подавляющее большинство современных смартфонов. Можно попробовать произвести замену отдельной части дисплейного модуля собственноручно, но только при наличии большого количества времени, желания научиться новому и в случае, когда не жалко аппарат.

Самостоятельная замена матрицы на телефоне с OGS-модулем

Стоит отметить, что настоятельно не рекомендуется производить ремонт такой панели своими руками ввиду его сложности и вероятности повреждения прочих компонентов устройства. Гораздо проще и безопаснее для самостоятельной замены приобрести дисплейный модуль в сборе.

Что касается флагманов HTC и Samsung, которые выпущены после 2015 года, то их самостоятельный ремонт невозможен без повреждения частей корпуса. При покупке дисплейного модуля или его частей по отдельности обычно в комплекте сразу идет базовый набор инструментов (отвертки, присоски и прочее). Для замены одного из компонентов экрана последовательность действий такова:

  • Разборка устройства. Снять заднюю крышку, а в случае если она несъемная — прогреть феном и аккуратно оттянуть присоской. Далее выкрутить все винты и очень аккуратно отсоединить все шлейфы.
  • Извлечь дисплейный модуль. Таким же способом, как и снималась задняя крышка при помощи фена и присоски.
  • Зафиксировать дисплей для расслоения.
  • Отсоединить матрицу от тачскрина, прогрев ее феном и просунув с края тонкую нить или струну, разрезать ей клеевой слой, не прекращая прогрев.
  • Счистить остатки клея с сенсора и матрицы экрана телефона с помощью специального очистителя.
  • Нанести клей на заменяемую деталь и максимально ровно склеить компоненты экрана.
  • Отвердить клей УФ-лампой. Точное время затвердевания будет указано на упаковке.
  • Установить экран на место, подключить все шлейфы.
  • После полного высыхания клея собрать смартфон.

Самостоятельный ремонт экрана с воздушной прослойкой

Данные виды дисплеев гораздо более приспособлены для ремонта в домашних условиях. Инструментов, идущих в комплекте с запчастями, будет достаточно для восстановления работоспособности устройства. Разница между тем, что такое матрица в телефоне и сенсор, описана выше, так что это не должно вызвать проблем при заказе необходимой детали.

Сам процесс немного отличается от того, что было описано в предыдущем пункте. Выполняется разборка устройства, извлечение дисплейного модуля и прочее. Простота данной конструкции в том, что при разделении матрицы и тачскрина не нужно использовать специальных инструментов. Они соединяются между собой специальным двухсторонним скотчем, на него же и крепятся детали после замены. Особо стоит отметить, что при работе со шлейфами и внутренностями смартфона следует соблюдать осторожность, чтобы не повредить внутренние компоненты.

Имеет ли смысл самостоятельный ремонт экрана?

В данной статье приведены инструкции по замене поврежденных компонентов экрана, но имеет ли смысл делать это самостоятельно либо же стоит обратиться в фирму по ремонту телефонов? Матрица и сенсор – это чувствительные к внешним воздействиям детали. При недостаточной аккуратности можно вывести из строя весь дисплейный модуль. Отдельно стоит разобрать достоинства и недостатки собственноручного ремонта.

Закупку деталей организации, занимающиеся ремонтом телефонов, производят оптом по существенно сниженной стоимости. Найти такой же ценник в рознице практически нереально. Как вариант — заказать деталь из Китая, но это чревато неделями ожидания.

Самостоятельная замена целесообразна, если пострадал недорогой аппарат. Ведь стоимость ремонта в сервисе может обойтись в половину цены устройства. Можно потратить много времени, так и не добившись положительного результата. Подобные действия могут быть оправданы большим энтузиазмом и немалым количеством свободных часов.

Заключение

В данной статье описано, что такое матрица в телефоне и что такое сенсор, что их отличает от дисплейного модуля. Также даны рекомендации и инструкции по самостоятельному ремонту. Но если чувствуется недостаток опыта в данной сфере и страх испортить устройство, лучше обратиться к квалифицированным мастерам в сервисный центр. Там замену поврежденной детали проведут быстро, качественно и с гарантией.

Сравнение качества фотографий, сделанных на телефоны с различной конфигурацией сенсоров

В настоящее время чуть ли не каждый месяц выходит какой-то смартфон в котором очередной вендор обязательно вносит «революционные» изменения, начиная от внешнего вида (материал, цвет, формы, габариты) и заканчивая начинкой (процессор, дисплей, камеры, различные интерфейсы). Так получилось, что я сторонник устройств «всё-в-одном», если сценарий применения оборудования не связан с профессиональной деятельностью или же не сильно ограничивает функциональные возможности, которые мне интересны.

Одна из главных характеристик в смартфоне для меня это камера. Фактически особо ничего нового на рынке я не наблюдал после появления Nokia Lumia 1020. До уровня 1020, которая обладает матрицей 1/1.5 дюйма с разрешением 41МП никто не мог дотянуться (пожалуй в ряде сценариев, не могут дотянуться и сейчас). Из года в год все вендоры выпускали схожие устройства, просто потихоньку наращивая количество мегапикселей, при этом физический размер сенсора оставался, как правило, неизменным, что в свою очередь помимо роста уровня детализации (которая к слову не всегда была высокой) вносило множество минусов, например, требования к минимальному освещению, большое количество шумов, искажения и т.д. Поскольку с каждым годом, процессоры в мобильных устройствах становятся всё более производительными, смартфоны обрастают различными «интеллектуальными» функциями. Пожалуй лучше всех тут отметился Google со своей серией телефонов Google Pixel. Компания представила свой режим HDR и постоянно его улучшает.

Однако ситуация начала меняться буквально в последний год-два. Когда производители пришли к выводу, что одним из эффективных способов улучшения качества изображения является увеличение количества сенсоров. Одним из отличившихся телефонов в этом сегменте является Huawei P20 Pro, обладателем которого я и являюсь. Я не стану расписывать его особенности и характеристики, так как в сети без труда возможно найти всю имеющуюся информацию. Стоит отметить, что количество информации не то чтобы много, а даже слишком много. Для меня разница в фото очевидна, так как я «перешёл» на Huawei P20 Pro с Sony Z3 Dual, который был приобретён мною в 2015 году.

В то же время мне всегда хотелось как-то более полноценно и самостоятельно сравнить устройства с одной и несколькими камерами в рамках 1-2х поколений. И такая возможность мне подвернулась. Есть у меня один знакомый товарищ, который является фактически фанатом компании Sony, и откровенно недолюбливающий китайских производителей оборудования.

Было согласовано сравнить два устройства — Huawei P20 Pro и Sony XZ2 в следующих режимах (максимум два фото на один режим):

1а) Тест камеры на авто настройках, без каких-либо манипуляций.
1б) Тест камеры при любых ручных настройках.
1в) Тест камеры в максимальном разрешении в режиме RAW с любыми последующими манипуляциями, в том числе в стороннем приложении.

2) Тест камеры в режиме серийной съемки при движении объекта (после поиска движущихся объектов, остановились на автомобилях, которые едут по дороге).

3а) режим HDR при наличии тёмных и светлых участков на картинке.
3б) режим HDR при недостаточных условиях освещения.

4) ночной режим, если таковой имеется.

5) макросъемка.

6) зуммирование 3х, 5х, 10х.

7) режим bokeh.

8) Тест камеры на авто настройках при ходьбе*.

Примечание

Тут стоит отметить, что про режим вспомнили фактически после тестов. Сделал только один кадр из доступных двух без фокусировки, получился смаз.
Поразмыслив над сценарием пришёл к выводу, что при движении, так или иначе человек будет использовать «серийную съёмку» (которая была протестирована) для исключения риска получить «плохой кадр», в итоге решил, что смысла продолжать такой тест нет.


После начала тестирования, возникла идея параллельно проверить качество работы AI, который по моему убеждению чаще портит картинку, нежели улучшает.

Устройства, участвовавшие в тестировании:
Huawei P20 Pro (CLT-L29), f/w: 9.0.0.232(C10E2R1P12)

Фото основной камеры

Sony XZ2 (H8266), f/w: 52.0.A.8.25_0_0
Фото основной камеры
Тест камеры на АВТО настройках, без каких-либо манипуляций

У Huawei P20 Pro это 10Мп, в то время как у Sony — 12Мп.Huawei, 10MP Auto, без AI, ISO 50, 1/861 сек

Huawei, 10MP Auto, с AI, ISO 50, 1/928 сек

Sony, 12MP Auto, ISO 40, 1/800 сек

Сравнение 1, слева Huawei, справа Sony

Сравнение 2, слева Huawei, справа Sony

Фото получились очень похожими, разницу сложно увидеть даже с приближением. При этом всё-таки при приближении видно, что детализация у Sony чуть-чуть выше. Сказывается более высокое разрешение сделанной фотографии. Интересная деталь заключается в том, что Huawei P20 Pro немного «зеленит» картинку, видимо это эффект от наличия светофильтра со схемой RGGB. В свою очередь у Sony оттенки как правило «теплее», и одни и те же деревья на фото смотрятся более «по-осеннему».

При активации AI у P20 Pro, цвета на фото получаются очень сочными, но при этом значительно менее естественными. Отмечу, что AI на последних прошивках стал значительно менее агрессивен, и в некоторых сценариях его возможно даже использовать.

Тест камеры при любых ручных настройках

В этом сценарии я использовал «Pro» режим, выбрав разрешение 40Мп. Других манипуляций я не делал, параметры ISO, выдержки, EV и т.д. были на АВТО.
Обладатель устройства Sony XZ2 также выбрал макс. разрешение и понизил EV, судя по свойствам изображения.

40Мп режим у Huawei на мой взгляд является самым спорным режимом у устройства. С одной стороны, более высокое разрешение, должно дать на выходе более высокую детализацию и дополнительно присутствует возможность получить картинку в RAW. А с другой стороны режим обладает существенными ограничениями и недоработками.

  1. Пожалуй самый главный минус — физические ограничения. 40Мп сенсор ограничен относительно простым объективом, который в свою очередь нивелирует преимущество высокого разрешения картинки, добавляя, при этом хроматические аберрации. Хотя опять же в последних прошивках виден очень хороший прогресс в устранении проблемы искажений.
  2. Более высокие требования к наличию источников света (что логично), и как следствие большое количество шумов, при его недостатке.
  3. Сильное сжатие у 40 Мп режима, что фактически делает данный режим бессмысленным в ряде сценариев. На последних прошивках ситуацию существенно улучшили, что радует, тем не менее, иногда 40 МП фото сжимаются до 7-8 Мб в JPEG. Для меня остаётся загадкой, почему производитель не добавил регулировку степени сжатия.
  4. Невозможность полноценно использовать технологию RHDR. Иногда «склейка» всё-таки активируется при больших перепадах света и теней (в АВТО режиме), но результат уступает тому, как это реализовано у 10 Мп режима.

Поскольку у habrastorage присутствуют ограничения на размер фото, я разместил ссылки на фотографии на своём Google диске.


Сравнение 1, слева Huawei, справа Sony

При создании фото, владелец Sony Xperia XZ2 видимо решил для получения «светлой картинки» и более естественных оттенков сфокусироваться на тёмный участок, и скомпенсировать засвет коррекцией "-0.33 EV". Фото получилось действительно более естественным, но виден явный засвет.Сравнение 2, слева Huawei, справа Sony

Сравнение 3, слева Huawei, справа Sony

Сравнение 3, слева Huawei, справа Sony

Несмотря на более тёмную картинку, детализация у Huawei немного выше, различные надписи видны более чётко. Тем не менее, при более чем 2х кратной разнице в разрешении фото, отличий в детализации не велики. Конструктивные особенности объектива и сильное сжатие значительно сокращают потенциал камеры у Huawei.

Как и в предыдущем режиме, при активации AI у P20Pro, цвета на фото получаются очень сочными, но менее естественными.

Тест камеры в максимальном разрешении в RAW и сжатием через Adobe Lightroom CC

Из-за ограничений в 40Мп режиме у P20 Pro, смысла в использовании данного режима не было бы никакого, если бы не возможность получить фото в RAW формате. Основное преимущество которого состоит в том, что картинку очень легко редактировать сторонними приложениями. Один уважаемый пользователь под ником AS4U на форуме 4PDA создал очень качественные профили для Huawei P20 Pro, которые возможно применять в Adobe Lightroom CC. Несмотря на малое количество профилей они охватывают основные сценарии съёмки.
Я использовал профиль «AS4U P20 Pro 25 OneClick» в Adobe Lightroom CC, поднял немного параметры детализации, резкости, контраста, чуть сместил tint и значительно повысил clarity. На редактирование у меня ушло менее одной минуты. Далее сделал сжатие в JPEG с наивысшим качеством.
Уверен, что если поэкспериментировать с качеством, то возможно добиться более хороших результатов.Сравнение 1, слева Huawei сжатие через родное приложение, справа Huawei сжатие и доп. обработка через Adobe LightRoom

Цвета после обработки RAW через Adobe LightRoom менее яркие, но значительно более естественные.Сравнение 2, слева Huawei сжатие через родное приложение, справа Huawei сжатие и доп. обработка через Adobe LightRoom

Детализация также немного выше при сжатии через Adobe LightRoom.
Тест камеры в режиме серийной съемки при движении объекта

Серийная съёмка представляет собой весьма эффективный инструмент для получения фото в тех условиях, когда высока вероятность «смаза». Например, когда движется объект, на который фокусируется аппарат, или когда движется сам человек с устройством, чтобы удержать объект в кадре, или комбинированный сценарий.

В данном случае, смартфонами обнаруживали автомобили и сопровождали их таким образом, чтобы транспортные средства всегда находились в кадре.

Huawei, 10MP Auto, Burst, без AI, ISO 100, 1/900 сек

Huawei, 10MP Auto, Burst, без AI, ISO 100, 1/900 сек

Sony, 12MP, Burst, ISO 40, 1/400 сек

В данном случае «мыльную картинку» у Sony видно даже без увеличения. Стоит отметить, что возможно это просто не совсем удачная выборка со стороны владельца Sony XZ2, выбирали достаточно спешно. Но на мой взгляд, у Huawei есть весомое преимущество из-за крупной матрицы 1/1,73" и режима 2x2 binning. В результате данных особенностей, выдержка при съёмке была 1/900 сек против 1/400 сек, что значительно уменьшает вероятность получения «смаза».

При увеличении, разница уже очевидна.

Сравнение 1, слева Huawei, справа Sony

Сравнение 2, слева Huawei, справа Sony

Владелец Sony XZ2 настаивает на том, что размытие — «художественный эффект», я же считаю, что размытие связано прежде всего с физическими ограничениями смартфона Sony. В итоге, я решил добавить сравнение одного и того же автомобиля, который «отслеживался» при съёмке.
Режим HDR при наличии тёмных и светлых участков на картинке + ночной режим

Пожалуй, один из самых актуальных режимов для меня. Очень часто сталкиваюсь с ситуацией, что на сцене присутствуют какие-то источники света (солнце, фонарь, отблеск от объекта и т.д.) либо разные участки имеют большую разницу в освещении (сцена в помещении напротив окна днём). Мне конечно хотелось бы сравнить Huawei с Google Pixel. Но такого устройства у меня и знакомых, к сожалению, нет. Особенности режимов HDR у Huawei P20 ProОтмечу, что у P20 Pro есть фактически три режима HDR:
  1. HDR в качестве дополнительной опции. На мой взгляд самый ненужный режим, который судя по всему работает на программном уровне. В ряде сценариях, толку от него нет никакого.
  2. RHDR, срабатывает только в автоматическом режиме. Значительно более эффективен, для компенсации тёмных/светлых участков по сравнению с предыдущим. Я полагаю, что в этом режиме устройство делает склейку из 2-х кадров с разной выдержкой. Минусом является то, что он срабатывает не всегда, поэтому иногда приходится изменять EV, для «принудительного включения» RHDR. Чаще всего, я использую именно этот режим HDR.
  3. Режим «Night», пожалуй, это одно из главных преимуществ последних устройств Huawei. С помощью данной опции возможно получить приемлемую картинку практически при отсутствии каких-либо источников света. Минусом является то, что процесс получения склейки из нескольких кадров занимает 5 секунд, что по сути исключает возможность съёмки движущихся объектов. Для примера, также выложу фото в данном режиме.

Есть ещё особенность, что в режимах RHDR и Night устройство создаёт картинку с насыщенными цветами и завышает резкость на границе объектов. Но данная особенность свойственна многим смартфонам, которые я видел.

Huawei, 10MP Auto/RHDR


Huawei, 10MP Night

Это тот случай, когда разницу можно легко увидеть невооружённым глазом. Сравнение 1, слева Huawei, справа Sony

В данном случае у Sony виден явный засвет и менее качественная проработка теней.Сравнение 2, слева Huawei, справа Sony

Здесь легко увидеть разницу в корректном отображении цветов, а также хорошо видны облака.

Ещё после просмотра тестов с HDR в DxOMark, я сразу увидел плохую отработку HDR. Подумал, что это недостоверная информация, или просто неудачное фото. Но когда увидел результаты своими глазами, убедился, что динамический диапазон является слабой стороной у смартфонов Sony.

Режим HDR при недостаточном режиме освещения + ночной режим

В данном режиме было сделано сравнение Huawei P20 Pro (RHDR и Night) и Sony XZ2 фактически ночью.Huawei, 10MP Auto


Разницу возможно увидеть также весьма наглядно.Сравнение 1, слева Huawei, справа Sony

Сравнение 2, слева Huawei, справа Sony

Сравнение 3, слева Huawei, справа Sony

Режим «Night» у P20 Pro позволяет увидеть то, что находится внутри трамваев. Huawei, 10MP Night

Sony, 12MP

Сравнение 4, слева Huawei, справа Sony

Макросъемка

К сожалению, было сложно найти что-то толковое для макросъёмки, в итоге решили сфотографироваться на листьях, на ветке дерева.
Решил применить режимы «Aperture» (для эксперимента) и «Auto» c включенным AI при 10MP.Huawei, 10MP, Aperture 0,95, ISO 400, 1/900 сек

Поигравшись с апертурой после создания фото, я понял, что для съёмки объектов вблизи, он фактически бесполезен. Даже если выставить опцию 0,95, размытие будет более сильным, нежели обычный Auto.Huawei, 10MP Auto, с AI, ISO 400, 1/900 сек

Пожалуй это тот редкий случай, когда AI действительно сделал картинку более «интересной», пусть и менее реалистичной. Сравнение, слева Huawei, справа Sony


На данном фото картинка у Sony получилась более реалистичной и немного более детализированной (прежде всего за счёт более высокого разрешения).

Я решил не делать фото в 40Мп режиме в данном сценарии понадеявшись на широкий динамический диапазон в 10Мп и получилось так, как получилось. Отмечу, что на Huawei также удобно делать макро, используя 3х оптическое увеличение, картинка получается очень детализированной. По работе применял неоднократно, например для получения маркировок мелких деталей на плате. Но вот для сценария съёмки листика на дереве, такой режим подходит мало.

Зуммирование: 3х, 5х, 10х в дневное время суток

Пожалуй, практически все современные смартфоны обладают как минимум 2 сенсорами на обратной стороне. Один из них чаще всего представляет собой телеобъектив с увеличенным фокусным расстоянием благодаря чему возможно получить более качественные снимки объектов на удалённом расстоянии.

У Huawei P20 Pro — 3 сенсора: Основной 40Мп, телеобъектив 8Мп с оптическим увеличением 3х, ч/б 20Мп.

У Sony XZ2 — только один сенсор 19Мп, что сильно ограничивает возможности устройства.

Huawei, 10MP, оптическое увеличение 3х, ISO 40, 1/1131 сек

Huawei, 10MP, гибридный режим, увеличение 5х, ISO 50, 1/902 сек

Sony, 12MP, цифровое увеличение 5х, ISO 40, 1/800 сек

Сравнение 1, слева Huawei, справа Sony

Huawei, 10MP, гибридный режим, увеличение 10х, ISO 50, 1/803 сек

Sony, 12MP, цифровое увеличение 8х (максимальное), ISO 40, 1/250 сек

Сравнение 1, слева Huawei, справа Sony

На снимках, которые размещены выше, наглядно видно разницу между Sony и Huawei.Интересное наблюдение, связанное с телеобъективом

Многие люди наверняка подумают, зачем нужен телеобъектив с достаточно низким разрешением 8Мп, что в 5 раз меньше основного! Физические размеры матрицы у телеобъектива также весьма скромные — 1/4.4" против 1/1.73" у основного. Если у телефонов были бы объективы, как у полноценных фотоаппаратов, то возможно разницы в подобных условиях между цифровым и оптическим увеличением 3х не было бы. Но во всех сценариях телеобъектив был качественнее кропа от 40Мп картинки с 3х цифровым увеличением.


Режим Bokeh

На мой взгляд, это один из самых неоднозначных режимов в любом смартфоне.Huawei, 10MP Bokeh, ISO 50, 1/500 сек

Sony, 8MP Bokeh, ISO 40, 1/476 секПри публикации изображения на habrastorage, фото отображается с поворотом.


Сравнение, слева Huawei, справа Sony

На фото Sony заметно больше «шарпа» и более «тёплого», менее естественного оттенка.Huawei, 10MP Bokeh, ISO 50, 1/253 сек

Sony, 8MP Bokeh, ISO 40, 1/175 секПри публикации изображения на habrastorage, фото отображается с поворотом.


Сравнение, слева Huawei, справа Sony

Решил провести небольшой эксперимент, не стал убирать настройки «бьютификации» и отключать AI на Huawei. На мой взгляд результат получился весьма неплохой!
Фото сделанное на Sony в данном случае более естественное, при этом ПО не совсем корректно «размыло» фон. Видимо, сказывается наличие только одного сенсора.

Краткие выводы:

  1. Современные смартфоны, обладающие сенсорами высокого разрешения не получают значительного преимущества с точки зрения детализации, прежде всего из-за физических ограничений и габаритов самого телефона.
  2. Технология pixel binning показывает очень хорошие результаты в условиях недостаточного освещения и в целом улучшает широкий динамический диапазон картинки.
  3. Наличие телеобъектива у современных смартфонов позволяет существенно увеличить качество фотографий в тех сценариях, где есть необходимость использовать зуммирование.
  4. Наличие доп. сенсора (в данном случае Ч/Б) позволяет получить более качественные эффекты размытия фона. Если закрыть чем-то Ч/Б сенсор, то ряд эффектов будут недоступны физически.

Личные наблюдения:
  1. Наличие Ч/Б сенсора позволяет ощутимо снизить шумы и немного увеличить широкий динамический диапазон. Недавно воспользовался возможностью сравнить фото, которые были получены с помощью Huawei P20 Pro и Huawei Mate 20 Pro. Конфигурация сенсоров идентична кроме Ч/Б сенсора, который был заменён у Mate 20 Pro с целью получения широкоугольного обзора. На мой взгляд, замена Ч/Б сенсора — решение весьма спорное.
  2. В который раз убеждаюсь в том, что по возможности лучше всегда фотографировать в RAW формате с последующей обработкой и пересжатием в Adobe. К тому же через Adobe легче компенсировать промахи софта с избытком зелёного оттенка от применения фильтра Байера RGGB.
  3. Несмотря на прогресс в улучшении работы AI у Huawei, в большинстве случаев картинка получается достаточно «ядовитой» по цветам. Радует то, что функцию возможно отключить в отличие от того же Sony.

UPG: исправил несколько грамматических ошибок и добавил фото с автомобилем при серийной съёмке, где есть возможность сравнить одни и те же участки отслеживаемого движущегося объекта. Также добавил фото самих устройств по просьбам.

На что влияет размер матрицы

На что влияет размер матрицы? Его обозначение в дюймах

Матрица или светочувствительная матрица — специализированная аналоговая или цифро-аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных элементов — фотодиодов.

  • Предназначена для преобразования спроецированного на неё оптического изображения в аналоговый электрический сигнал или в поток цифровых данных (при наличии АЦП непосредственно в составе матрицы).
  • Является основным элементом цифровых фотоаппаратов, современных видео- и телевизионных камер, фотокамер, встроенных в мобильный телефон, камер систем видеонаблюдения и многих других устройств.
  • Применяется в оптических детекторах перемещения компьютерных мышей, сканерах штрих-кодов, планшетных и проекционных сканерах, системах астро- и солнечной навигации.

Обозначение матрицы характеризует геометрический размер чипа. Исторически сложилось, что маркировка матриц соответствует маркировке видиконов по внешнему диаметру с равным матрице размером чувствительной к свету области. Обозначение не позволяет точно вычислять реальный размер матрицы (зато оно дает возможность сравнивать между собой матрицы различных типоразмеров). Понятно, что большая матрица имеет более крупные пиксели, чем маленькая, если количестве пикселей осталось прежнее.

Рассмотрим два примера.

Первый — это матрица компактного цифрового фотоаппарата с не самой маленькой матрицей 7.2 x 5.3 mm (обозначение 1/1.8").

Второй — матрица зеркальной камеры 23.7 x 15.6 mm (обозначение «APS-C»).

При одинаковой пиксельности (в примере, у обоих матриц 48 квадратиков-пикселей), площадь каждого пикселя у крупной матрицы больше, и соответственно, светочувствительность и цветопередача у зеркалки куда лучше. На самом деле количество квадратиков-пикселей в реальных камерах гораздо больше, (например, 6 миллионов, а не 48 как здесь).

Для обозначения крупных (больше, чем 4/3") матриц обычно используется так называемый кроп-фактор (Kf). Это отношение диагонали пленочного кадра 24х36 мм к диагонали данной матрицы. Матрицы, у которых Kf>1 часто называются «кропнутыми» (в отличие от «полнокадровых» матриц с Kf=1). Кстати, ЭФР = Kf * ФР.

Одна из важнейших характеристик, зависящих от размера матрицы — ее шумность. Так, ЦФК с матрицей APS-C (22x15 мм, Kf=1,6) позволяет устанавливать ISO в восемь раз больше, чем аппарат с матрицей 1/2.7" (5,4х4,0 мм, Kf=6,4) при сохранении примерно одинакового уровня шумов. Отметим, что шум на изображениях также зависит от настроек повышения резкости (внутрикамерного шарпенинга) и шумоподава, поэтому матрицы одного типоразмера на разных камерах зачастую шумят по-разному.

Размер матрицы влияет и на ГРИП — чем больше матрица, тем меньше глубина резкости при равном угле зрения и одинаковом количестве пикселей. Кроме того, у больших матриц шире динамический диапазон, естественнее и натуральнее цвета.

К минусам крупной матрицы можно отнести, увеличенные размеры оптики, и рост цен. Поэтому чем более компактен аппарат и чем он дешевле, тем меньшего размера в нем установлена матрица.

Ниже приведены наиболее распространенные типоразмеры матриц в сравнении с кадром 35 мм пленки:

Матрица (1999) - Часто задаваемые вопросы

Преследуемый в Матрице тремя агентами, Нео мчится к выходу в Heart O 'the City Hotel, номер 303. Однако в тот момент, когда он входит внутрь, агент Смит всаживает пистолет ему в грудь. Нео падает на пол, а в «Навуходоносоре» Тринити, Танк и Морфеус недоверчиво наблюдают, как тело Нео выровняется. Пока Стражи продолжают пробивать корпус корабля, Тринити шепчет Нео на ухо, что Оракул сказал ей, что она влюбится в Единого, поэтому Нео должен быть Единым, потому что «Я люблю тебя», - говорит она и целует ему.Нео внезапно начинает дышать. В то же время он просыпается в Матрице, теперь зная, что он действительно Единственный. Когда агенты стреляют в него, он останавливает пули в воздухе. Когда агент Смит пытается напасть на него, Нео легко побеждает его и захватывает его тело, уничтожая его. Два других агента убегают, и Нео возвращается к кораблю, когда Морфеус приказывает задействовать электромагнитный импульсный датчик (ЭМИ), уничтожая атакующих Стражей. В финальной сцене, когда пустой экран заполняется системными подсказками и сеткой чисел, Нео за кадром говорит: «Я знаю, что вы там».Я чувствую тебя сейчас. Я знаю, что ты боишься ... ты боишься нас. Вы боитесь перемен. Я не знаю будущего. Я пришел сюда не для того, чтобы рассказывать вам, чем это закончится. Я пришел сюда, чтобы рассказать вам, как это начнется. Я повешу трубку и покажу этим людям то, что вы не хотите, чтобы они видели. Я покажу им мир без тебя. Мир без правил и контроля, без границ и границ. Мир, в котором возможно все. Я оставляю вам выбор, куда мы пойдем дальше.В мире Матрицы Нео вешает трубку. Он смотрит на массы вокруг себя, надевает очки, поднимает глаза и улетает. редактировать

Как мобильные телефоны влияют на экосистему?

Вы когда-нибудь пользовались мобильным телефоном? Они могут быть такими полезными! Мобильные телефоны помогают людям оставаться на связи с друзьями и семьей. Многие мобильные телефоны также предоставляют развлечения. В них полно игр и других приложений, чтобы люди были чем-то заняты.Если бы вы спросили большинство пользователей мобильных телефонов, они бы сказали, что их мобильный телефон определенно облегчает жизнь!

Однако большинство людей не знают о влиянии мобильных телефонов на нашу экосистему. Вы когда-нибудь заглядывали внутрь мобильного телефона? Если да, то вы знаете, что они сделаны из разных металлов. Большинство телефонов содержат железо, алюминий, медь, золото и олово. Эти металлы добываются на рудниках Бразилии, Перу и Китая. Процесс добычи этих металлов - один из основных способов воздействия мобильных телефонов на экосистему.

Когда люди добывают металлы, они создают отходы. Мы называем отходы горнодобывающей промышленности « хвостов шахты ». Хвосты шахты выглядят как грязь, но на самом деле вещество довольно токсично. Горнодобывающие компании пытаются безопасно хранить хвосты рудников, но случаются аварии. Разливы хвостохранилищ представляют собой огромную угрозу для экосистем. В 2015 году в результате утечки хвоста шахты в Бразилии погибло 19 человек. Отходы прошли от места разлива до Атлантического океана в 400 милях (650 км). Попутно это повредило как водным, так и растениям.

Разливы отходов - не единственная проблема при добыче металлов. В Китае металлы под названием « редкоземельных элементов » добываются для использования в мобильных телефонах. Добыча этих металлов требует использования высокотоксичных кислот. Как китайские компании утилизируют эти кислоты и другие хвосты рудников? Они начали использовать Мировое озеро технологических отходов в 1958 году. В этом озере не стоит плавать! Он полон отходов от добычи редких земель. Горнодобывающие компании сбрасывают кислоты и отходы в озеро по длинным трубам.

Отходы достаточно плохи, но добыча полезных ископаемых для наших телефонов также способствует вырубке лесов. В Перу компании ежегодно вырубают большое количество деревьев для добычи полезных ископаемых. С 2011 года это помогло уничтожить 1,8 миллиона гектаров деревьев в Перу. Это серьезная проблема, поскольку отсутствие деревьев может привести ко многим проблемам для жизни на Земле.

Горнодобывающая промышленность для производства телефонов также увеличивает выброс углерода в воздух. Это усугубляет изменение климата - еще одну серьезную проблему для нашей экосистемы. Вы когда-нибудь видели смартфон? Телефоны с большими экранами добавляют в воздух даже больше углерода, чем телефоны меньшего размера.Значит, смартфоны особенно опасны!

Весь этот ущерб нанесен только для создания новых телефонов! Однако мобильные телефоны влияют на экосистему и после того, как они созданы. Хотя большинство мобильных телефонов могут служить до пяти лет, многие люди меняют свои телефоны уже через два года. Хуже того, они отправляют свои старые телефоны прямо на свалку. Если мы продолжим эту практику, в 2020 году на телефоны будет приходиться более 12 миллионов тонн мусора на свалках.

Ожидается, что влияние мобильных телефонов на нашу экосистему будет расти.По оценкам, в 2020 году мобильными телефонами будут пользоваться пять миллиардов человек. Это 66% населения мира! Чтобы остановить влияние телефонов на экосистему, нам нужно действовать сейчас.

Итак, что мы можем сделать? Во-первых, люди, у которых есть мобильные телефоны, должны позаботиться о них. Если что-то в телефоне сломается, владелец должен его отремонтировать, а не покупать новый. Это продлит их срок службы и снизит потребность в изготовлении новых телефонов.

Когда пришло время покупать новый телефон, пользователи должны утилизировать свои старые телефоны, а не выбрасывать их.В настоящее время только 1% мобильных телефонов перерабатывается. Это много бесполезного металла на свалках!

Вы знаете кого-нибудь, у кого есть мобильный телефон? Как вы можете поговорить с ними о хвостохранилищах и углероде? Какие еще способы мы можем сделать так, чтобы телефоны не нанесли вред нашей экосистеме? Поделитесь своими идеями - это еще один способ решить проблему!

Что такое матрица в математике? (Введение, типы и операции с матрицами)

Матрица - важная тема в математике.В этом посте мы обсудим эти моменты.

В 1858 году британский математик Артур Кэли впервые разработал «Теорию матриц». Артур Кэли был также организатором Современной британской школы чистой математики.

В детстве он любил решать сложные математические задачи для удовольствия и блестяще изучал французский, немецкий, итальянский, греческий языки и математику в Тринити-колледже Кембриджа.

Что такое матрица?

Как правило, он представляет собой набор информации, хранящейся упорядоченным образом.Математически он представляет собой набор чисел, переменных или функций, упорядоченных по строкам и столбцам. Матрицы представлены заглавными буквами английского алфавита, например A, B, C …… и т. Д.

Например,

В приведенном выше примере матрица A имеет 3 строки и 3 столбца.

Применение матриц

Матрицы используются в различных отраслях наука, некоторые из ее приложений:

  1. Кому решить систему линейных уравнений
  2. Компьютер Графика
  3. Физика
  4. Криптография
  5. График Теория

Порядок матрицы

Определяется количеством строк и столбцов в матрице.

Порядок матрицы = количество строк × количество столбцов

В В приведенном выше примере количество строк равно 3, а количество столбцов также равно 3, следовательно,

Порядок матрицы A - 3 × 3.

Типы матриц

1. Матрица строк

Если матрица имеет только одну строку, тогда она называется матрицей-строкой. Например,

Это матрица-строка порядка 1 на 3.

2. Матрица столбцов

Если матрица имеет только один столбец, она называется матрицей столбцов.Например,

Это матрица столбцов порядка 3 на 1.

3. Нулевая или нулевая матрица

Если все элементы матрицы равны нулю, она называется нулевой или нулевой. нулевая матрица. Например,

Это нулевая матрица порядка 2 на 2. Нулевая или нулевая матрица обозначается «O».

4. Квадратная матрица

В матрице, если количество строк равно количеству столбцов, то она называется квадратной матрицей.Например, если матрица имеет 2 строки и 2 столбца, то она называется квадратной матрицей, как указано ниже

.

5. Прямоугольная матрица

В матрице, если количество строк не равно количеству столбцов, то она называется прямоугольной матрицей. Например, если матрица имеет 2 строки и 3 столбца, то она называется прямоугольной матрицей, как указано ниже.

6. Диагональная матрица

Если все элементы квадратной матрицы равны нулю, кроме элементов на главной диагонали, то она называется диагональной матрицей.Однако некоторые элементы главной диагонали могут быть нулевыми, но не все элементы. Например,

7. Скалярная матрица

Если все диагональные элементы диагональной матрицы одинаковы, то она называется скалярной матрицей. Например,

8. Единица измерения или идентификационная матрица

Если каждый диагональный элемент диагональной матрицы равен 1, то он называется единичной матрицей или матрицей идентичности. Например,

9.Негатив матрицы

Отрицательная матрица получается заменой знаков во всех ее элементах. Рассмотрим матрицу A и заменим ее на отрицательную матрицу –A as,

если

, затем

10. Транспонирование матрицы

Транспонирование матрицы достигается перестановкой всех ее строк на столбцы или столбцов на строки. Обозначается он

или. Например,

Если

, затем

11.Симметричная матрица

Квадратная матрица называется симметричной, если она равна своему транспонированию. Например,

Если

, затем

Следовательно, A симметрична.

Если

, то

Следовательно, B не является симметричным.

12. Кососимметричная матрица

Квадратная матрица называется кососимметричной, если ее транспонирование равно отрицательному значению этой матрицы, то есть

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *