Размер пикселя в камере: Размер пикселя в камере — на что влияет и что означает
Подборка из 10 смартфонов с самыми крупными сенсорами основной камеры на рынке 2021 года / Подборки товаров с Aliexpress и не только / iXBT Live
Всех приветствую! Представляю подборку, в которой обозначены смартфоны с самой крупной матрицей. Можно задать вполне резонный вопрос: «Зачем нужна большая матрица?» — все довольно просто: чем больше матрица, тем больше размеры каждого пикселя, соответственно он может захватить больше света, из-за чего конечная фотография будет лучше. Бесспорно, для того чтобы сделать великолепную фотографию, необходима также чтобы и все остальные компоненты (вычислительная производительность процессора, высокая скорость передачи данных оперативной памяти, нейромодули (отвечающие за нейронные вычисления), а также модули, которые отвечают за обработку фотографий) и программные алгоритмы были на достаточно высоком уровне. Начиная с 2019 года производители начали увеличивать количество пикселей, при этом сохраняя размеры матрицы, но они добавили технологию, которая способна совмещать несколько пикселей в один, из-за чего сохранялись все преимущества при использовании 48, 50, 64 и 108 Мп режимов при хорошем освещении и 12, либо 27 Мп в условиях плохого освещения.
Подборка будет состоять следующем порядке: на первом месте будут располагаться смартфоны с самой крупной матрицей и далее в порядке уменьшения.
Проанализировав рынок с самыми крупными матрицами создал эту подборку. Могу отметить то, что большинство моделей вышли в 2021 году. Если где-то ошибся или не указал ту или иную модель — прошу указать на это в комментариях. Данные смартфоны не могу рекомендовать к покупке, скорее подборка создана для общего ознакомления, кому интересна тема «камерофонов»
Xiaomi Mi 11 Ultra/Xiaomi Mi 11 Pro
Xiaomi Mi 11 Ultra Xiaomi Mi 11 Pro
В смартфонах основной модуль установлен самый крупный сенсор в мобильных смартфонах на данный момент — Samsung GN2 на 50 Мп с апертурой 1.95. Размер матрицы составляет 1/1.12, что дает размер пикселя на уровне 1.4 мкм при 50 Мп, а при объединении 4 пикселей в 1 — невероятные 2.8 мкм
Honor Magic 3 Pro Plus/Huawei P40 Pro Plus/ Huawei Mate P40 Pro
Honor Magic 3 Pro Plus Huawei P40 Pro Plus Huawei Mate P40 Pro
Крайне популярный модуль IMX700 с чуть большим разрешением, чем у Samsung GN2 — 52 Мп, который был разработан специально для смартфонов Huawei и Honor.
Апертура на всех смартфонах составляет 1.9. Размер матрицы — 1/1.28, размер пикселя при 52 Мп составляет 1.22 мкм, при биннинге дает 2.44 мкм.
Vivo X60 Pro Plus/Vivo iQOO 5 Pro/Meizu 18 Pro
Vivo X60 Pro Plus Vivo iQOO 5 Pro Meizu 18 Pro
Несмотря на разные фирмы, у всех установлены одинаковые матрицы, но с разными апертурами: Vivo X60 Pro Plus — ƒ/1.57, iQOO 5 Pro — ƒ/1.85, Meizu 18 Pro — ƒ/1.9, соответственно самая светосильная оптика у Vivo X60 Pro. Разрешение Samsung GN1 составляет 50Мп, размер сенсора — 1/1.31 дюйма, пикселя в режиме 50 Мп — 1.2 мкм, при уменьшении до 12 Мп, размер пикселя становится уже 2.4 мкм
Xiaomi Mi 10 Ultra
Продают здесь
Прошлогодний ультра флагман от Xiaomi со скромным сенсором от Omnivision — OV48C на 48 Мп. Диафрагма именно этой модели составляет 1.85. Размеры матрицы составляют 1/1.32 (что незначительно меньше от вышеописанных моделей, которые используют Samsung GN1), размер пикселя — 1.2 мкм, при биннинге 4 пикселей в 1 — размер составляет уже 2.
4 мкм.
Samsung Galaxy S21 Ultra
Продают здесь
Флагман от фирмы Samsung. Первый смартфон из подборки с матрицей, разрешение которой составляет огромные 108 Мп. Сенсор фирменный — Samsung S5KHM3 с апертурой 1.8. Размеры матрицы составляют 1/1.33 дюйма, что дает размер пикселя 0.8 мкм в режиме 108 Мп и 2.4 мкм в режиме 12 Мп, это обуславливается тем, что пиксель состоит уже не с 4 соседних пикселей, а 9.
Новости
Публикации
Видеорегистратор – один из самых главных помощников современного автомобилиста, он поможет подтвердить вашу правоту и разобраться в спорной ситуации на дороге, обеспечит защиту от автоподстав….
Наверное, вы уже задавались вопросом, почему у всех гражданских и транспортных современных самолетов в хвосте всего один киль, а у военных в большинстве случаев их два. Многие считают, что два…
Что попробовать в Киргизии? Во-первых, напитки. У нас летом пьют квас, а
в Бишкеке квас, максым, чалап и аралаш. Продают на разлив в стаканы и
пластиковые бутылки.
Тетушки сидят под зонтиками…
Зарядное утростро USAMS T50 (US-CC163) — обновление предыдущей версии USAMS T44. Обе модели сделаны с использование транзисторов на нитриде галия (GaN) и имеют максимальную мощность в 100Вт по…
Я настолько стар, что помню еще времена, когда метеостанции Netatmo люди покупали буквально пачками, и что любопытно: с тех пор интерес к метеостанциям скорее окреп: Любопытно это потому,…
Двухэтажный автотранспорт использовали и ныне используют не только в Великобритании, но и в некоторых городах Европы, Азии и Австралии. Кроме того, в свое время граждане СССР также имели…
5 секретных характеристик камеры смартфона, о которых производители не хотят, чтобы вы знали
Если вам нужен отличный смартфон для фотосъемки, обратите внимание на эти характеристики, которые производители не подчеркивают.
— Advertisement —
Когда производители смартфонов говорят о характеристиках камеры своего телефона, основное внимание обычно уделяется количеству мегапикселей. Другие характеристики камеры, некоторые из которых отвечают за большую часть тяжелой работы, получают очень мало внимания.
Хотя количество мегапикселей имеет важное значение, оно лишь часть общего качества камеры вашего смартфона. Если вы потратите время на поиски, вы найдете множество одинаково важных характеристик камеры, которые определяют качество изображения, создаваемого камерой. Но что это за секретные характеристики камеры, о которых люди не говорят?
Не пропустите: Нужна новая игровая мышь? Вот лучшие из них.
Что делает камеру смартфона качественной?
Прежде чем говорить о характеристиках, стоит подчеркнуть, что качество камеры смартфона зависит от сложного взаимодействия аппаратных и программных компонентов. Хотя потребителей, как правило, привлекает аппаратная часть, программная составляющая не менее важна.
Камера смартфона с самым лучшими характеристиками не даст потрясающих изображений без мощного программного обеспечения для обработки изображений. Даже при скромном оборудовании мощное программное обеспечение для обработки изображений может творить чудеса с камерой. Без хорошего слияния двух сторон качественная камера — не что иное, как несбыточная мечта.
Тем не менее, вот некоторые характеристики камеры смартфона, которые следует учитывать при покупке следующего смартфона.
1. Размер сенсора (матрицы)
Матрица камеры смартфона — это компонент камеры, который создает изображения с использованием света, попадающего в камеру. Это один из самых важных компонентов камеры смартфона; вот почему его размер имеет значение. Если не вдаваться в технические подробности, скажем, что чем больше датчик изображения, тем больше света он может получить и тем лучше качество изображения, которое он потенциально может создать.
Датчики смартфонов обычно измеряются в дюймах (или, чаще, в долях дюйма).
На сегодняшний день ни одна камера смартфона не может похвастаться сенсором размером более 1 дюйма. Samsung Galaxy A53 имеет скромный размер сенсора 1/1,7 дюйма и сочетается с другими качественными компонентами для получения хороших изображений.
Когда вы смотрите на изображения с сенсоров Samsung Galaxy S22 Ultra размером 1/1,33 дюйма (возможно, это одна из лучших функций S22 Ultra и одна из самых больших на рынке), вы понимаете, почему размер сенсора имеет значение. Хотя размер сенсора не имеет значения. рассказать всю историю, это существенно влияет на качество снимков, которые вы снимаете.
2. Размер пикселя
Не путать с количеством мегапикселей, размер пикселя — это количество пикселей или крошечных блоков захвата света на поверхности матрицы камеры. В фотографии свет имеет решающее значение. Это также делает размер пикселя важным. Чем больше размер каждого пикселя, тем больше света он может захватить, что потенциально означает лучшее качество изображения.
Это еще раз подчеркивает важность размера сенсора, поскольку размер сенсора определяет, сколько пикселей поместится на его поверхности и насколько большими могут быть эти пиксели.
Камеры смартфонов с маленькими пикселями, как правило, имеют проблемы с цифровым шумом, особенно при съемке в условиях низкой освещенности.
Поэтому в следующий раз, когда вы будете смотреть характеристики, помните, что больший размер пикселя, измеряемый в микрометрах (µm), обычно лучше.
Однако мощное периферийное оборудование и программное обеспечение для обработки изображений на современных смартфонах позволяют создавать потрясающие изображения с меньшим размером пикселей. Хорошим примером может служить камера смартфона Honor 20 Pro.
Не пропустите: Лучшие дроны, какой выбрать в 2022 году?
3. Мегапиксели
Производители любят говорить об этом аспекте камер смартфонов. Однако количество мегапикселей имеет гораздо больше нюансов, чем мы часто слышим. Хотя он напрямую определяет разрешение изображений, которые может создавать камера смартфона, он не является лучшим в отношении качества изображения.
Вот в чем дело. Чем больше количество мегапикселей, тем больше разрешение ваших изображений.
Однако все не так просто. Больше мегапикселей может означать меньший размер пикселей. Представьте, что датчик изображения — это ваш обеденный стол, а тарелки, которые вы на него ставите, — это пиксели. Чтобы получить больше мегапикселей, вам нужно разместить на обеденном столе большее количество тарелок меньшего размера (пикселей меньшего размера). Большие тарелки (пиксели большего размера) будут занимать больше места, и вы сможете разместить меньше тарелок на одном обеденном столе. Таким образом, вы получаете меньшее разрешение.
Это становится сложнее. Большие пиксели улавливают больше света и, таким образом, значительно повышают производительность вашей камеры в условиях низкой освещенности. Таким образом, хотя вы получаете большее разрешение с большим количеством пикселей меньшего размера, это может негативно сказаться на качестве изображения, если поддерживающая его технология недостаточно хороша. Вот почему, несмотря на использование 108-мегапиксельной камеры на своем смартфоне S22 Ultra, Samsung использует привязку пикселей, чтобы объединять меньшие пиксели в более крупные для получения более качественных изображений.
4. Оптическая стабилизация изображения (OIS)
Если вы делали фото или видео во время движения, вы, вероятно, заметили дрожащее размытое изображение, которое никому не нравиться. Оптическая стабилизация изображения обещает решить эту проблему. Иногда вам даже не нужно находиться в движении, чтобы получить дрожащие или размытые видео и изображения — это может быть вызвано легкими движениями рук. Чтобы лучше продемонстрировать важность функции OIS, ниже приведено видео, снятое на смартфоне Xiaomi Mi 11 с выключенной OIS (слева) и включенной OIS (справа).
К сожалению, оборудование OIS недешево. Тем не менее, жизненно важно снимать четкие видеоролики и фотографии без размытия в движении. Некоторые производители смартфонов используют электронную стабилизацию изображения (EIS), программную попытку воспроизвести функции OIS (которая представляет собой технологию, построенную на специальном аппаратном компоненте).
При покупке следующего флагманского смартфона-убийцы или настоящего флагмана вам следует обратить внимание на технологию OIS в спецификации камеры.
Не пропустите: Лучшие умные камеры видеонаблюдения, какую выбрать?
5. Оптический и цифровой зум
Цифровой зум на камере смартфона — это программная попытка приблизить удаленные объекты перед камерой. Цифровой зум, по большей части, просто обрезает изображение перед ним и заполняет экран телефона обрезанной частью. Это меньше фактического масштабирования и больше кадрирования. Вот почему изображения, созданные исключительно с помощью цифрового зума, иногда имеют пикселизацию или не имеют мелких деталей.
С другой стороны, оптический зум происходит, когда смартфон настраивает компоненты объектива, чтобы лучше сфокусироваться на объекте.
Оптический зум регулирует досягаемость камеры смартфона, регулируя ее фокусное расстояние. Это то, что «действительно увеличивает» объект. В отличие от цифрового зума, оптический зум не оказывает отрицательного влияния на качество изображения и разрешение получаемого изображения.
Если смартфон с 20-мегапиксельной камерой делает 2-кратный цифровой зум, чтобы сфокусироваться на интересующей области, он отбрасывает 10-мегапиксельное разрешение вместе с обрезанной областью. Оставшийся 1 OMP затем растягивается на холсте для создания 20-мегапиксельной фотографии (что на самом деле не является 20-мегапиксельной в практическом смысле).
Колоссальная мощность зума широко обсуждаемого Samsung Galaxy S22 Ultra в первую очередь связана с его 3-кратным и 10-кратным оптическим зумом. Потребность в оптическом зуме — одна из основных причин, по которой большинство смартфонов оснащены более чем одной камерой. Поэтому, когда вы внимательно изучаете характеристики камеры для своего следующего смартфона, имейте в виду, что 10-кратный оптический зум, указанный в спецификации, может иметь большее значение, чем 100-кратный цифровой зум.
Читайте далее: Лучшие веб-камеры, какую выбрать?
Обратите внимание на менее популярные характеристики
В большинстве случаев характеристики камеры, которые производители смартфонов подчеркивают, на самом деле не определяют качество камеры. Большая часть спецификаций, напечатанных крупным жирным шрифтом, представляет собой маркетинговые нарративы, призванные увеличить продажи.
Когда вы находитесь на рынке, чтобы купить смартфон из-за его камеры, не обращайте внимания на то, что производители хотят, чтобы вы видели. Всегда учитывайте критические характеристики, о которых производители недостаточно говорят.
Больше от автора
Похожие посты
Advertisment
Последние посты
от маленьких к большим… ч.4 – Missiles.Ru
40, 48 и 50Мп: «истинно большое зерно» – Samsung GN1, Sony IMX700, Sony IMX766, OmniVision OV50A и др…
Sony IMX700.
Флагманы Huawei дороги в т.ч. из-за использования эксклюзивных сенсоров. Так было в случае с Huawei P30/P30 Pro, так и с последующими Huawei P40/P40 Pro. В феврале 2020 г. сообщалось, что специально для них сделают 52-мегапиксельный сенсор Sony IMX700. Предвещалось, что в нем будет применен цветовой фильтр RYYB и группировка 16 пикселей в «один большой пиксель» размером до 4,48 мкм по схеме 4х4… В итоге выяснилось, что представленный сенсор выдает 50,4Мп. Размер пикселя 1,22 мкм, размер датчика – 1/1,28. Смартфон Huawei P40 с биннингом позволяет делать на основную камеру фотографии с разрешением 12,6Мп (4096 х 3072). Несмотря на оптику Leica, в основной камере не лучшая величина светосилы (f/1,9 с OIS) и фотографии не выделяются ничем особенным: нет выдающейся резкости и детализации даже при достаточном освещении. Видеоролики вообще ужасные: очень узкий динамический диапазон – или черные «подвалы», или «выжженное» небо. Дополнительная широкоугольная камера на 16Мп (f/2,2) довольно мыльная.
Третья камера – теле f/2,4 на 8Мп с низкой детализацией. Сенсор IMX700 используется и в других смартфонах компании: Huawei Honor 30 Pro (+ ширик на 16Мп и телевик на 8Мп), Huawei P40 Pro (+ ширик с сенсором Sony IMX650 на 40 Мп с биннингом 4-х пикселей и телекамера f/3,4 с зумом х5 на 12Мп), Huawei P40 Pro+ (+ такой же ширик с сенсором Sony IMX650 на 40Мп и две телекамеры по 8Мп), Huawei Mate X2 (всего четыре камеры, еще ширик f/2,4 на 16Мп и две телекамеры на 12 и 8Мп), Huawei Mate 40, Huawei Mate 40 Pro (+ ширик на 20Мп и телевик на 12Мп) и Huawei Mate 40 RS (+ ширик на 20Мп и два телевика на 12 и 8Мп).
В линейке сенсоров Samsung кроме 48-, 64- и 108-мегапиксельных появились еще и датчики на 50Мп. Когда в начале 2020 г. Sony представила IMX700 с таким разрешением, установленный в камерах смартфонов Huawei P40 и Huawei P40 Pro, корейцы не могли не ответить зеркально. В GN1 применена технология Dual Pixel для улучшения автофокуса за счет размещения в каждом пикселе двух фотодиодов.
Такая схема, по словам разработчиков, позволяет получать изображение «почти профессионального качества со сверхбыстрой автофокусировкой, сопоставимой с таковой у цифровых зеркальных фотокамер». GN1 принимает информацию о световом потоке от каждого фотодиода, что позволяет создать фотографии с разрешением 100 Мп с помощью программного алгоритма. Датчик оснащен пикселями размером 1,2 мкм. Как и в других моделях сенсоров, в GN1 реализована технология создания «больших пикселей» Tetracell, при этом объединяются четыре соседних пикселя в один размером 2,4 мкм с увеличением светочувствительности (на выходе – 12,5 Мп). Благодаря этому «пользователи могут делать потрясающие высококачественные фотографии даже в ночное время». Разрешение GN1 – 8160 × 6144 пикселей. Размер самого сенсора – 1/1,31 дюйма, что соизмеримо с размерами 108-Мп сенсоров HM1 и HMX. Это значительно больше, в сравнении с 48-мегапиксельными сенсорами, у которых размер площадки 1/2 дюйма (при меньших пикселях – 0,8 мкм). Фотоустройство поддерживает технологии ISOCELL Plus и Smart-ISO, о которых уже говорилось.
Что касается видеовозможностей, то обещаны 1080p/240fps с автофокусом и 1080p/400fps без автофокусировки. Сенсор установлен в основных камерах следующих смартфонов: Meizu 18 Pro (ƒ/1,9 с OIS, всего три камеры и ToF, в т.ч. ширик на 32Мп с сенсором Sony IMX616 и теле х5 на 8Мп с Omnivision OV08A10), Vivo X60 Pro+ (ƒ/1,57 с OIS, здесь еще три камеры – ширик на 48Мп с Sony IMX598, модуль х2 на 32Мп с Samsung S5KGD1 и теле х5 на 8Мп с Omnivision OV08A10), Vivo iQOO 5 Pro (ƒ/1,85), Vivo iQOO 5 (ƒ/1,85, + еще две камеры – ширик и портретник на 13Мп) и Vivo X50 Pro+ (ƒ/1,85 с OIS, + ширик и теле на 13Мп и портретник на 32Мп).
Samsung GN2. Дальнейшее развитие 50-мегапиксельных (8160 x 6144) датчиков. Он еще крупнее – 1/1,12 дюйма, размер пикселя – 1.40 мкм. Биннинг 4-х пикселей. Представлен в феврале 2021 г. Применена новая технология переменной чувствительности Smart-ISO Pro. Сенсор впервые был установлен в основном модуле смартфона Xiaomi Mi 11 Pro.
Инсайдеры до анонса обещали в нем еще две качественные камеры на 48Мп – ширик и теле/макро. Но все оказалось прозаичнее, смартфон получил основную камеру таки с GN2 (f/1,95 с OIS), но ширик f/2,2 на 13Мп с датчиком Omnivision OV13B10 и теле/макро на 8Мп с Omnivision OV08A10. Заманчивым набором камер обзавелся только телефон Xiaomi Mi 11 Ultra (оба анонсированы в марте 2021 г.). В нем как раз кроме основной камеры на GN2 с f/1,95 и OIS присутствуют еще две качественные камеры со старым добрым сенсором Sony IMX586 Exmor RS на 48Мп – ширик (f/2,2) и «перископная» теле/макро (f/2,4) с оптическим зумом х5.
Sony IMX766. Этот датчик также с разрешением 50Мп (8192 х 6144), но имеет меньший размер, чем у выше названных, – 1/1,56 дюйма. Пиксель тут достаточно большой – 1,0 мкм. Анонс датчика состоялся в декабре 2020 г. Устанавливается в ряде топовых телефонов. Тогда же в декабре был представлен первый смартфон с сенсором Sony IMX766 – Oppo Reno5 Pro+, задействованным в основной камере (f/1,8, с OIS).
Здесь четырехкамерный блок: еще 16-мегапиксельный ширик (сенсор Sony IMX481, f/2,2), 13-мегапиксельная камера с 5-кратным зумом и макро/портретник на 2Мп (f/2,4). В марте 2021 г. анонсирован флагманский Oppo Find X3 Pro (на Qualcomm Snapdragon 888), у которого в составе четырехкамерного модуля сенсор IMX766 установлен не только в основной камере (f/1,8, OIS), но и в широкоугольной (f/2,2). Кроме них фотомодуль включает перископную телекамеру на 13Мп с зумом х2 (f/2,4, сенсор Samsung S5K3M5 с пикселем 1 мкм и размером датчика 1/3,4), а также дополнительную камеру-«микроскоп» на 5Мп (f/3,0, сенсор GalaxyCore GC5035 с пикселем 1,12 мкм и размером датчика 1/5). Одновременно были представлены Oppo Find X3 Neo и Oppo Find X3. Первый имеет, по всей видимости, тот же четырехкамерный модуль, что и Oppo Reno5 Pro+, с основной камерой на 50 Мп с сенсором Sony IMX766 (f/1,8, OIS), шириком на 16Мп (f/2,2), телеобъективом на 13Мп с сенсором Samsung S5K3M5 (f/2,4) и макро-камерой на 2 Мп (сенсор GalaxyCore GC02M1).
Состав камер в Oppo Find X3 аналогичен Oppo Find X3 Pro. Анонсированный в январе 2021 г. Honor V40 также получил основную камеру с Sony IMX766 (f/1,9, без IOS). В новых смартфонах OnePlus 9 Pro и OnePlus 9 сенсор IMX766 применен не в основной, а в широкоугольной камере (f/2,2).
Omnivision растет на глазах, но в них мало кто верит. С таким же размером пикселя (1,0 мкм), как и в IMX766, компания со второго квартала 2021 г. начинает выпускать 50-мегапиксельный (8192 x 6144) сенсор OV50A. Он имеет почти тот же размер 1/1,55 дюйма. Биннинг 4-х пикселей – на выходе 12,5Мп (4096 x 3072 или еще 4624 x 4320 точек). В начале 2021 г. сообщалось, что сенсор может быть в основной камере смартфона флагманского уровня Xiaomi Mi 11 Pro+, анонса которого так и не было (предполагалось наличие еще двух камер, как в Xiaomi Mi 11 Ultra – ширика и теле/макро с сенсорами на 48Мп). Сообщалось, что датчик OmniVision OV50A обеспечит запись видео 8K/30fps и 8K/60fps, а также 4K/90fps.
К данной линейке «крупнозерновых» можно отнести сенсор OmniVision OV48C, т.к. он оснащается пикселями 1,2 мкм. Однако его разрешение составляет 48,77Мп (8064 x 6048), при том, что в сенсорах Sony IMX586 и Samsung GM2 с аналогичным разрешением величина пикселя всего 0,8 мкм. Соответственно, размер датчика OV48C большой – 1/1,3 (или 1/1,32)”. Заявлено, что датчик будет иметь высокие характеристики (съемка при слабом освещении и малошумная обработка в HDR с устранением артефакта движения), что позволит его использовать в смартфонах-флагманах. Датчик, также, как и другие подобные, имеет собственную систему преобразования решетки 4-элементных цветовых фильтров в изображения разрешением 48Мп при хорошем освещении, либо биннинга этих «четверок» с получением изображений 12Мп с имитацией зерна размером 2,4 мкм при плохом освещении. Возможна запись видео в 4K/60fps с электронной стабилизацией, 1080p – с частотой до 240 fps и 720p – с частотой до 360 fps. Сенсор представлен в январе 2020 г.
Первым (и пока единственным на март 2021 г.) устройством, на котором в качестве датчика основной камеры использован OV48C, стал смартфон Xiaomi Mi 10 Ultra, предназначенный для китайского рынка. Набор камер весьма привлекательный, без «заглушек». Светосила основной камеры – f/1,85, есть OIS. Три другие камеры фотомодуля следующие: широкоугольная на 20Мп (Sony IMX350 Exmor RS, ƒ/2,2), теле/портретная на 12Мп (Samsung S5K2L7, f/2,0) и второй телеобъектив на 48Мп с зумом x10 (Sony IMX586 Exmor RS, f/4,1).
Sony IMX689. Сенсор с разрешением 48Мп и большим пикселем – 1,12 мкм. Размер самого датчика – 1/1,43 дюйма. Известно, что он устанавливается в составе основных камер смартфонов Oppo Find X2 Pro (f/1,7) и OnePlus 8 Pro (f/1,7). В составе первого в общей сложности три качественные камеры: еще теле (f/3,0) с разрешением 13Мп и сенсором Samsung S5K3M5, а также широкоугольная/макро (f/2,2) с разрешением 48Мп и сенсором Sony IMX586 Exmor RS. Во втором – точно такая же широкоугольная/макрокамера и телекамера на 8Мп (f/2,2).
Этот же датчик присутствует в составе основной камеры нового смартфона OnePlus 9 (f/1,78, без OIS), вторая камера в нем – широкоугольная с сенсором Sony IMX766 (50Мп) и третья – монохромная на 2Мп. Т.е. фактически получаем две камеры по 12Мп (с биннингом) без отдельного телевика: есть зум в основной камере х2, представляющий собой просто кроп 12-мегапиксельного кадра (судя по первым тестам). Видео 4K/120fps и 8K/30fps – есть, но без OIS и EIS (на 120 fps точно нет). В целом, с сожалением наблюдаем, что вслед за Zeiss и Leica, теперь девальвируется и Hasselblad: ценники растут, а скачка качества так особо и нет…
Sony IMX789. Данный сенсор разработан для нового смартфона OnePlus 9 Pro “совместно с компанией Hasselblad”. Входит в состав основной камеры с OIS и диафрагмой f/1,8. Разрешение 48Мп. Применен традиционный биннинг 4-х пикселей (4000х3008), размер пикселя большой – 1,12 мкм (ранее считалось, что будет лишь 0,8 мкм), габариты датчика 1/1,43 дюйма.
Всего в OnePlus 9 Pro четыре модуля: вторая камера – широкоугольная (f/2,2), в ней установлен сенсор Sony IMX766 на 50Мп (с биннингом – 4096х3072), третья – теле на 8Мп (3264х2448, Omnivision OV08A10 с пикселем 1 мкм), четвертая – монохромная на 2Мп (вроде GalaxyCore GC02M1). Первые тестовые фотографии показывают неплохие результаты для основной камеры и для ширика. В широкоугольной камере обещаны минимальные геометрические аберрации (FreeForm Lens) и это действительно так. На первых версиях ПО кадры излишне зернистые, но это должны поправить в дальнейшем (уже вышли апдейты). Хуже дела с зумом. Он приемлем только при идеальных условиях съемки (большая зернистость, каша после х3). Датчик IMX789 обеспечивает запись 4K/120fps и обрабатывает HDR-видео в реальном времени. Значимым для сенсора Sony IMX789 являются поддержка 12-битного RAW для получаемых фотографий, а также вклад Hasselblad в «настройку реалистичной цветопередачи».
Кроме OV50A, в январе 2021 г. был представлен 40-мегапиксельный (7360 × 5504) датчик OmniVision OV40A с размером 1/1,7 дюйма и величиной пикселя 1 мкм.
Биннинг 4-х пикселей дает на выходе фото разрешением около 10Мп (возможно получить изображения с разным соотношением сторон 3680 х 2752 или 3840 х 2160 точек). Пока нет информации о применении данного сенсора в смартфонах.
Sony IMX800. По слухам (на март 2021 г.), сенсор станет конкурентом датчика Samsung ISOCELL GN2. Он предназначен для смартфона Huawei P50 и будет иметь размер не 1, как прогнозировалось ранее, а 1/1,18 дюйма (ждем новой инфы).
Просто 12Мп: Sony IMX555 и Samsung S5K2LD
Очередной набор сенсоров на 12Мп, задействованных в топовых смартфонах… Самсунг всех запутал в версиях телефонов серий S2х. Сенсор Sony IMX555 (размер пикселя – 1,80 мкм, размер датчика – 1/1,76) ставится в составе основных камер в американских версиях Samsung Galaxy S20+ (f/1,8) и Samsung Galaxy S20 (f/1,8) с Qualcomm Snapdragon 865. Кроме того, IMX555 установлен в Samsung Galaxy Note20, Sony Xperia Pro (f/1,7), Sony Xperia 1 II (f/1,7), Sony Xperia 5 II и Sony Xperia Pro, а также в глобальных, корейских, китайских и североамериканских версиях новейших Samsung Galaxy S21+ и Samsung Galaxy S21 5G в составе основных камер.
Модули камер двух последних идентичны: светосила основной камеры f/1,8; всего три камеры – еще ширик/макро f/2,2 на 12,2Мп с датчиком Sony IMX563 и телефото/портретник f/2,0 на 64Мп с Samsung Bright S5KGW2. Аналогичный собственный сенсор Samsung ISOCELL 2LD (S5K2LD) имеет те же габариты: размер пикселя – 1,80 мкм, размер датчика – 1/1,76. Компания устанавливает их в международных версиях телефонов Samsung Galaxy S20 5G и Samsung Galaxy S20+ 5G с Exynos 990, а также во все версии Samsung Galaxy S20 Fan Edition, Samsung Galaxy Z Fold2 5G и Samsung W21 5G. Считается, что качество Samsung S5K2LD похуже соневского аналога (спорно). В зависимости от версии в Samsung Galaxy S21+ и Samsung Galaxy S21 5G кроется либо процессор Snapdragon 888 (для США и Китая), либо Exynos 2100 (для Кореи и в «глобальных»). При наличии идентичных фотомодулей, обработка фотографий в смартфонах с 888-ым и 2100-ым процессорами все же отличается, что можно заметить по зернистости/сглаженности получаемых фотографий (в мелких деталях и тексте).
Материал может пополняться и изменяться (версия – апрель 2021 г.).
Понравилось это:
Нравится Загрузка…
Основы работы с пикселями цифровых камер
Непрерывное развитие технологий цифровых камер может сбивать с толку, поскольку постоянно вводятся новые термины. Это руководство призвано прояснить некоторую путаницу с цифровыми пикселями — особенно для тех, кто либо рассматривает возможность покупки своей первой цифровой камеры, либо только что приобрел ее. Обсуждаются такие понятия, как размер сенсора, количество мегапикселей, дизеринг и размер отпечатка.
ПИКСЕЛЬ: ОСНОВНАЯ ЕДИНИЦА ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
Каждое цифровое изображение состоит из фундаментального мелкомасштабного дескриптора: ПИКСЕЛ, изобретенного путем объединения слов » PIC ture EL ement.» Подобно тому, как пуантилисты используют серию пятен краски, миллионы пикселей также могут объединяться для создания детального и, по-видимому, непрерывного изображения.
| Пуантилизм (Кляксы) | пикселей |
Каждый пиксель содержит ряд чисел, описывающих его цвет или интенсивность. Точность, с которой пиксель может задавать цвет, называется его битовой глубиной или глубиной цвета. Чем больше пикселей содержит ваше изображение, тем больше деталей оно может описать (хотя само по себе большее количество пикселей не обязательно приводит к большей детализации; подробнее об этом позже).
РАЗМЕР ПЕЧАТИ: ПИКСЕЛИ НА ДЮЙМ по сравнению с ТОЧКАМИ НА ДЮЙМ
Поскольку пиксель — это всего лишь единица информации, он бесполезен для описания реальных отпечатков, если вы не укажете также их размер. Термины пиксель на дюйм (PPI) и точка на дюйм (DPI) были введены, чтобы связать эту теоретическую единицу пикселей с реальным визуальным разрешением. Эти термины часто неточно заменяются местами, вводя пользователя в заблуждение относительно максимального разрешения печати устройства (особенно для струйных принтеров).
«Пиксели на дюйм» (PPI) является более простым из двух терминов. Он описывает именно это: сколько пикселей содержит изображение на дюйм расстояния (по горизонтали или вертикали). PPI также универсален, потому что он описывает разрешение таким образом, что оно не меняется от устройства к устройству.
«Точки на дюйм» (DPI) сначала может показаться обманчиво простым, но сложность возникает из-за того, что для создания одного пикселя часто требуется несколько точек — и это зависит от устройства к устройству. Другими словами, данный DPI не всегда приводит к одному и тому же разрешению. Использование нескольких точек для создания каждого пикселя называется «дизеринг».
→
Принтеры используют сглаживание, чтобы создать видимость большего количества цветов, чем на самом деле. Однако этот трюк достигается за счет разрешения, поскольку дизеринг требует, чтобы каждый пиксель создавался из еще меньшего набора точек.
В результате изображениям потребуется больше DPI, чем PPI, чтобы отобразить тот же уровень детализации.
Обратите внимание, что в приведенном выше примере версия с дизерингом способна создать видимость 128 цветов пикселей, хотя в ней гораздо меньше цветов точек (всего 24). Однако такой результат возможен только потому, что каждая точка в размытом изображении намного меньше пикселей.
Стандарт для отпечатков, сделанных в фотолаборатории, составляет около 300 точек на дюйм, но струйные принтеры требуют в несколько раз больше этого числа точек на дюйм (в зависимости от количества цветов чернил) для фотографического качества. Требуемое разрешение также зависит от приложения; журнальные и газетные отпечатки могут обойтись гораздо менее чем 300 PPI.
Однако, чем больше вы пытаетесь увеличить данное изображение, тем ниже становится его PPI…
МЕГАПИКСЕЛОВ И МАКСИМАЛЬНЫЙ РАЗМЕР ПЕЧАТИ
«Мегапиксель» — это просто миллион пикселей. Если вам требуется определенное разрешение деталей (PPI), то существует максимальный размер отпечатка, которого вы можете достичь для заданного количества мегапикселей.
В следующей таблице приведены максимальные размеры отпечатков для нескольких распространенных мегапикселей камеры.
| Количество мегапикселей | Максимальный размер печати 3:2 | |
|---|---|---|
| при 300 PPI: | при 200 PPI: | |
| 2 | 5,8 x 3,8 дюйма | 8,7 x 5,8 дюйма |
| 3 | 7,1 x 4,7 дюйма | 10,6 x 7,1 дюйма |
| 4 | 8,2 x 5,4 дюйма | 12,2 x 8,2 дюйма |
| 5 | 9,1 x 6,1 дюйма | 13,7″ x 9.1″ |
| 6 | 10,0 x 6,7 дюйма | 15,0 x 10,0 дюймов |
| 8 | 11,5 x 7,7 дюйма | 17,3 x 11,5 дюймов |
| 12 | 14,1 x 9,4 дюйма | 21,2 x 14,1 дюйма |
| 16 | 16,3 x 10,9 дюйма | 24,5 x 16,3 дюйма |
| 22 | 19,1 x 12,8 дюйма | 28,7 x 19,1 дюйма |
Обратите внимание, что 2-мегапиксельная камера не может даже сделать стандартный отпечаток 4×6 дюймов с разрешением 300 пикселей на дюйм, тогда как для создания фотографии размером 16×10 дюймов требуется целых 16 мегапикселей.
СООТНОШЕНИЕ ФОРМАТ КАМЕРЫ И ИЗОБРАЖЕНИЯ
Приведенные выше расчеты размера отпечатка предполагали, что соотношение сторон камеры, или отношение самого длинного размера к самому короткому , является стандартным соотношением 3:2, используемым для 35-мм камер. На самом деле большинство компактных камер, мониторов и экранов телевизоров имеют соотношение сторон 4:3, а большинство цифровых зеркальных камер — 3:2. Однако существует множество других типов: в некоторых высококачественных киноаппаратурах даже используется квадратное изображение 1: 1, а DVD-фильмы имеют удлиненное соотношение 16: 9.
Это означает, что если ваша камера использует соотношение сторон 4:3, но вам нужен отпечаток 4 x 6 дюймов (3:2), то часть ваших мегапикселей будет потрачена впустую (11%). Это следует учитывать, если соотношение сторон вашей камеры отличается от требуемых размеров печати.
Сами пиксели также могут иметь собственное соотношение сторон, хотя это менее распространено. Некоторые видеостандарты и более ранние модели камер Nikon имеют пиксели с искаженными размерами.
РАЗМЕР ДАТЧИКА: НЕ ВСЕ ПИКСЕЛИ СОЗДАНЫ ОДИНАКОВЫМИ
Даже если две камеры имеют одинаковое количество пикселей, это не обязательно означает, что размер их пикселей также одинаков. Основное различие между более дорогой цифровой зеркальной камерой и компактной камерой заключается в том, что первая имеет гораздо большую площадь цифрового сенсора. Это означает, что если и зеркальная камера, и компактная камера имеют одинаковое количество пикселей, размер каждого пикселя в зеркальной камере будет намного больше.
Датчик компактной камеры
Датчик зеркальной камеры
Какое значение имеет размер пикселей? Пиксель большего размера имеет большую площадь сбора света, что означает, что световой сигнал сильнее в течение заданного интервала времени.
Обычно это приводит к улучшению соотношения сигнал-шум (SNR), что создает более плавное и детальное изображение. Кроме того, динамический диапазон изображений (диапазон от светлого до темного, который камера может захватить, не становясь ни черным, ни пересветами) также увеличивается с увеличением размера пикселя. Это связано с тем, что каждая лунка пикселя может содержать больше фотонов, прежде чем она заполнится и станет полностью белой.
На приведенной ниже диаграмме показаны относительные размеры датчиков нескольких стандартных размеров, представленных сегодня на рынке. Большинство цифровых зеркальных фотокамер имеют кроп-фактор в 1,5 или 1,6 раза (по сравнению с 35-мм пленкой), хотя некоторые модели высокого класса на самом деле имеют цифровой датчик с такой же площадью, что и 35-мм пленка.
Метки размера датчика, указанные в дюймах, не отражают фактический размер диагонали, а вместо этого отражают приблизительный диаметр «окружности изображения» (используется не полностью). Тем не менее, это число есть в характеристиках большинства компактных камер.
Почему бы просто не использовать максимально большой сенсор? Основным недостатком датчиков большего размера является то, что они намного дороже, поэтому не всегда выгодны.
Другие факторы выходят за рамки этого руководства, однако более подробно можно прочитать по следующим пунктам: большие сенсоры требуют меньших апертур для достижения той же глубины резкости, однако они также менее восприимчивы к дифракции при заданной апертуре.
Значит ли все это, что втиснуть больше пикселей в ту же площадь сенсора — это плохо? Обычно это вызывает больше шума, но только при просмотре на 100% на мониторе компьютера. На реальном отпечатке шум модели с более высоким разрешением будет гораздо более точным, даже если на экране он кажется более шумным (см.
«Шум изображения: частота и величина»). Это преимущество обычно компенсирует любое увеличение шума при переходе на более мегапиксельную модель (за некоторыми исключениями).
Хотите узнать больше? Обсудите эту и другие статьи на наших форумах цифровой фотографии.
Размер пикселя камеры и сбор фотонов — Oxford Instruments
Одной из тенденций, которые можно наблюдать в микроскопии в последние годы, был интерес к датчикам изображения с большими полями зрения и меньшими размерами пикселей для сохранения детализации изображения при работе на более низких частотах. увеличения, такие как 20x. Но всегда ли меньшие пиксели лучше, или все же есть условия, при которых более крупные пиксели выгодны? В этой статье мы рассматриваем размер пикселя и полезность больших размеров пикселя, и если да, то где это может применяться.
Роль пикселя
Роль пикселя в датчике состоит в том, чтобы собирать фотоны в пределах части области изображения и затем преобразовывать их в электрический сигнал.
Оцифровывая эти сигналы, можно воссоздать изображение из значений, полученных в каждом пикселе. Чем эффективнее сбор света и преобразование этого света в электрический сигнал, тем более чувствительным может быть детектор. Это было ключевой движущей силой сенсорных технологий CCD и CMOS, а такие процессы, как задняя подсветка и использование микролинз, являются примерами способов повышения эффективности этих устройств. Последние доступные датчики имеют квантовую эффективность, достигающую 95%, т.е. 95% входящих фотонов, преобразуются в электроны в фоточувствительной области кремния по сравнению с устройствами чуть более 10 лет назад, ограниченными примерно 60% пикового QE.
Рис. 1. Современные форматы датчиков обеспечивают высокую чувствительность за счет сочетания высокой эффективности сбора и преобразования фотонов и малошумящей электроники. На этом рисунке показан датчик с задней подсветкой, в котором схема находится под светочувствительной областью и, таким образом, не блокирует попадание света в область, в которой фотоны могут преобразовываться в электроны.
Какое влияние на изображение оказывает размер пикселя?
Развитие дизайна и производства сенсоров позволило размещать в сенсорах все более мелкие пиксели. Хотя большее количество пикселей может быть лучше, существуют компромиссы, поэтому размер пикселя должен быть сбалансирован в соответствии с потребностями приложения. Есть три основных аспекта того, как размер пикселя может влиять на изображение, в дополнение к достижениям в других улучшениях сенсорных технологий, таких как заднее освещение. Они приведены в таблице 1:
| Параметр датчика | Параметр изображения | Описание |
| Эффективность сбора фотонов | Сигнал/шум | Чем чувствительнее датчик, тем больше информации нижнего уровня можно получить. В этом может заключаться разница между обнаружением сигнала и его отсутствием. Датчик с высокой способностью сбора фотонов поможет собрать больше сигнала, который усилит сигнал по сравнению с шумом самого датчика. |
| Выборка изображения «Разрешение» | Деталь изображения | Разрешение — это способность различать два объекта по их рисунку Эйри. Разрешение строго определяется тем, что возможно через микроскоп с помощью уравнения Рэлея: 0,61 x длина волны/объективная числовая апертура. Детектор изображения должен иметь достаточную выборку изображения, чтобы соответствовать критериям Найквиста и поддерживать это разрешение и, следовательно, детализацию изображения. |
| Глубина скважины | Динамический диапазон | Динамический диапазон — это диапазон между самым низким и самым высоким уровнями сигнала в пределах одного изображения. Динамический диапазон датчика может быть получен из глубины скважины датчика, деленной на уровень шума. Это предполагает, что датчик, поддерживающий электронную конструкцию, оптимизирован для работы с потенциальным динамическим диапазоном и делает это в линейной зависимости, т. е. конструкции с битовой глубиной и усилителем | .
Таблица 1: Параметры датчика, связанные с размером пикселя и отношением к изображению
Согласование размеров пикселей с полем зрения микроскопа и поддержание разрешения более подробно обсуждаются в статье Оптимизация поля зрения и разрешения для микроскопии. В следующих разделах мы сосредоточимся на размере пикселя и эффективности сбора фотонов.
Размер пикселя и эффективность сбора фотонов
В таблице 2 мы можем увидеть размеры пикселя ряда доступных на рынке высокопроизводительных датчиков изображения, которые можно использовать для микроскопии:
| Датчики | Камера | Размер пикселя (мкм) | Площадь пикселя (мкм 2 ) | Разница в области сбора фотонов пикселей |
| КМОП | КМОП с задней подсветкой | 4,6 | 21,2 | 1x |
sCMOS с передней подсветкой напр. Зила 4. 2ПЛЮС | 6,5 | 42,25 | 2x | |
sCMOS с задней подсветкой например Сона-6 | 6,5 | 42,25 | 2x | |
| sCMOS с задней подсветкой напр. Сона-11 | 11 | 121 | 5,7x | |
| EMCCD | EMCCD с задней подсветкой напр. ИКсон 888 | 13 | 169 | 8x |
| EMCCD с задней подсветкой напр. ИКсон 897 | 16 | 256 | 12x | |
| ПЗС | ПЗС с тыловой подсветкой напр. иКон-М | 13 | 169 | 8x |
| ПЗС с задней подсветкой напр. iKon-L | 13,5 | 182,25 | 8,6 |
Таблица 2: Области сбора фотонов для каждого пикселя для различных моделей камер
Как правило, датчики CMOS имеют меньший размер пикселя, чем датчики EMCCD и CCD.
Архитектура датчика CMOS также обеспечивает более высокую скорость и больший размер датчика, чем конструкции на основе CCD. Эти качества подходят для обычных приложений флуоресцентной визуализации, обеспечивая хорошую детализацию изображения при обычных увеличениях для исследований клеточной биологии, и сделали sCMOS доминирующей технологией обнаружения для многих микроскопистов.
Несмотря на распространение sCMOS-детекторов, EMCCD- и CCD-детекторы остаются лучшим вариантом для некоторых из самых сложных приложений обработки изображений, и это, похоже, сохранится в течение некоторого времени:
• В камерах EMCCD используется электронное умножение для эффективного устранения шума считывания. Эта уникальная особенность делает эту сенсорную технологию идеальной для проведения точных количественных измерений вплоть до одного фотона, таких как визуализация отдельных молекул, а также для конфокальной визуализации живых клеток и систем сверхвысокого разрешения.
• ПЗС-камеры с глубоким охлаждением имеют на несколько порядков меньший темновой ток, чем КМОП-камеры, что делает их идеально подходящими для экспериментов по люминесценции с длительной выдержкой, которые ограничены темновым током, а более медленное считывание ПЗС не имеет значения.
Большой размер пикселей этих камер EMCCD и CCD также играет важную роль в том, почему они по-прежнему подходят для этих сценариев обработки изображений. Когда сбор фотонов является приоритетом, более крупный пиксель эффективно действует как большая область охвата фотонов, передавая больше сигнала на датчик. Вот почему последние разработки датчиков EMCCD имеют размеры пикселя в диапазоне 13-16 мкм, которые изначально подходят для сбора фотонов при большом увеличении, например. 100x. Обратите внимание, что доступны камеры EMCCD с меньшим размером пикселя, но они не получили никакого распространения на рынке, поскольку не обеспечивают преимуществ применения по сравнению с EMCCD с большими пикселями или опциями камеры sCMOS. На следующем рисунке у камеры iXon Ultra 888 EMCCD собственная площадь пикселей в 4 раза больше, чем у типичной камеры sCMOS, и в 8 раз больше, чем у датчика CMOS.
Рис. 2. В камерах EMCCD и CCD используются пиксели большого размера для получения преимуществ за счет превосходной эффективности сбора фотонов и повышения вероятности обнаружения фотонов.
Этот пример иллюстрирует относительные размеры пикселей 13 мкм, 6,5 и 4,6 мкм.
Как насчет форматов sCMOS-сенсоров с большими пикселями?
Некоторые sCMOS-камеры с задней подсветкой имеют размер пикселя 11 мкм, что является относительно большим пикселем по сравнению с типичными CMOS-камерами. Эти модели камер, такие как серия Sona-11 sCMOS, могут использовать светосилу, в 3 раза превышающую размер пикселя 6,5 мкм, который обычно используется в sCMOS-камерах.
Для некоторых приложений, таких как обнаружение отдельных молекул и для большого увеличения, sCMOS-камеры с более крупными пикселями, такие как Sona-11, могут предложить некоторые преимущества:
- Более высокая чувствительность по сравнению с sCMOS-камерами с меньшими пикселями и поле зрения
- Более высокая скорость при большем поле зрения и увеличенная выборка изображения по сравнению с камерами EMCCD.
Однако для более сложных экспериментов с одиночными молекулами большего размера пикселя и высокого QE не всегда достаточно.
Процесс умножения электронов, уникальный для датчиков EMCCD, многократно усиливает сигнал перед считыванием, поэтому сигнал намного превышает минимальный уровень шума считывающей электроники камеры, и на практике доказано, что он работает на фотонных уровнях ниже того, что возможно для любой КМОП-технологии
Сравнение сигнала и шума
Здесь мы сравниваем 2 камеры с одинаковыми факторами (QE, шум считывания, темновой ток), за исключением размера пикселя, и сравниваем влияние размера пикселя на отношение сигнала к шуму при освещении данная освещенность приходится на каждый датчик.
| Камера | Размер пикселя (мкм) | Площадь пикселя (мкм) | Сигнал (фотоны) | Шум |
| 1 | 6,5 | 42,25 | 10 | 2 |
| 2 | 13 | 169 | 40 | 2 |
Таблица 3: Упрощенное сравнение сигнала с шумом для иллюстрации увеличения компонента сигнала, обеспечиваемого размером пикселя.
В самом простом сравнении камера 2 должна обеспечивать значительно более высокое отношение сигнал/шум, поскольку составляющая сигнала увеличивается для каждого пикселя. Чтобы рассмотреть соотношение сигнал/шум для камер формирования изображения, нам нужно использовать следующее уравнение отношения сигнала к шуму для моделирования различных задействованных компонентов сигнала и шума:
Используя эту информацию, мы можем построить график отношения сигнал-шум к количеству фотонов, учитывая интенсивность освещения над датчиком, выражая количество фотонов на основе площади – в этом примере мы выразим на 13 мкм 2 площади датчика:
Рис. 2. Сравнение влияния размера пикселя на соотношение сигнал-шум двух датчиков со всеми одинаковыми факторами, кроме размера пикселя, с падающим светом и фотонами, нормированными на 13 мкм.
Из этого мы видим, что более крупный пиксель действительно обеспечивает более высокое соотношение сигнал-шум — примерно в 2,5 раза выше при 10 фотонах на 13 мкм 2 .
Это приведет к следующим преимуществам:
- Улучшенная чувствительность – более низкий предел обнаружения
- Более высокая достоверность данных при низких уровнях сигнала
- Уменьшите экспозицию при более обильном освещении, что полезно для многих исследований живых клеток.
Затем мы можем применить это к примерам реальных камер:
Рис. 3. Камеры, разработанные для чувствительности и максимально возможного соотношения сигнал-шум, имеют большие размеры пикселей. Освещенность скорректирована на размер пикселя путем нормализации на площадь 13 мкм.
В сравнении, показанном на рис. 3, мы видим, что камеры с большими пикселями обеспечивают лучшее соотношение сигнал-шум, например модели iXon Ultra 888 и Sona-11, что соответствует их предполагаемым приложениям, в которых приоритет отдается чувствительности и обнаружению, а не пространственное разрешение при низком уровне освещенности. Другие модели CMOS с меньшими пикселями не обеспечивают такого высокого отношения сигнал/шум, даже несмотря на низкий уровень шума.
Они обеспечат улучшенное пространственное разрешение.
Можно ли использовать биннинг пикселей для увеличения соотношения сигнал-шум для КМОП-сенсоров с малыми пикселями?
Меньшие пиксели могут быть объединены в группы, при этом сигнал в нескольких пикселях может быть объединен вместе для увеличения общего уровня сигнала. Типичным примером может быть биннинг 2×2, при котором сигнал группируется для 4 пикселей вместе, как показано на рис. 3. Это эффективно работает для ПЗС, повышая скорость и чувствительность, поскольку последовательный характер ПЗС позволяет добавлять значение каждого пикселя до того, как будет обнаружен шум считывания. добавлен. Биннинг также особенно хорошо работает за пределами визуализации для спектроскопических измерений, поскольку вертикальное бинирование может применяться без потери разрешения по оси Y.
Рис. 4. Биннинг 2×2, примененный к датчику для увеличения сбора фотонов в 4 пикселях и соотношения сигнал-шум за счет пространственного разрешения.
Однако архитектура CMOS отличается. Каждая строка должна быть считана последовательно, построчно, перед бинированием, а это означает, что для используемых сегодня КМОП-сенсоров бинирование не даст преимуществ в соотношении сигнал-шум (и скорости), которые оно дает для ПЗС-матриц. Цифровой биннинг для sCMOS по-прежнему объединяет значения для 4 пикселей в случае биннинга 2×2, но шум считывания также увеличивается в 2 раза, поскольку считываются 2 строки пикселей.
Рис. 5. Хотя биннинг не так хорошо работает для КМОП, как для ПЗС, он все же позволяет увеличить отношение сигнал/шум по сравнению с отсутствием за счет пространственного разрешения.
Для меньших пикселей размером 4,6 мкм датчика CMOS потребуется биннинг 3×3, чтобы получить ту же область сбора фотонов, что и у пикселя размером 13 мкм. Таким образом, биннинг 3×3 увеличил бы шум считывания в датчике этого типа в 3 раза.
А как насчет оптического согласования?
В идеале размер сенсора должен соответствовать однородной области, доступной для микроскопа, а размер пикселя должен соответствовать объективу и увеличению, используемому для визуализации.
Однако иногда это не так для различных комбинаций датчиков, микроскопов и требований к применению. Можно использовать дополнительное постобъективное увеличение, чтобы избежать эффектов виньетирования или расширить поле зрения, чтобы охватить большую площадь сенсора. Другим применением дополнительного увеличения является обеспечение оптимальной выборки изображения для удовлетворения или превышения критериев Найквиста, например. добавление 2-кратного объектива с уменьшением размера пикселя в 2 раза и помогает улучшить пространственное разрешение, но уменьшает поле зрения. Таким образом, использование дополнительных линз в оптической системе, хотя и полезно, имеет ряд соображений. Эта тема обсуждается далее в статье: Оптимизация поля зрения и разрешения для микроскопии.
Наибольшие пиксели означают большую глубину лунки для расширенного динамического диапазона
Последний аспект качества изображения, связанный с размером пикселя, который может быть полезен, — это глубина лунки сенсора и то, как ее можно использовать для обеспечения расширенного динамического диапазона.
При правильной реализации большие пиксели часто обеспечивают большую пропускную способность сигнала, чем это возможно при использовании меньших пикселей.
| Датчики | Камера | Размер пикселя (мкм) | Глубина скважины (e-) |
| КМОП | КМОП с задней подсветкой | 4,6 | 7000 |
| sCMOS Zyla 4.2PLUS с передней подсветкой | 6,5 | 30 000 | |
| sCMOS с задней подсветкой напр. Сона-6 | 6,5 | 55 000 | |
| sCMOS с задней подсветкой напр. Сона-11 | 11 | 85 000 | |
| EMCCD | EMCCD с задней подсветкой напр. ИКсон 888 | 13 | 80 000 |
| EMCCD с задней подсветкой напр. ИКсон 897 | 16 | 180 000 | |
| ПЗС | ПЗС с тыловой подсветкой напр. иКон-М | 13 | 100 000 |
| ПЗС с задней подсветкой напр. иКон -Л | 13,5 | 150 000 |
Таблица 4: Сравнение глубины скважины для ряда камер. Обратите внимание, что максимальный динамический диапазон может быть ограничен определенными режимами, доступными для каждой из различных моделей камер, поэтому здесь он не представлен.
Влияние на условия изображения будет заключаться в том, что использование маленьких пикселей может означать низкий динамический диапазон, что может привести к перенасыщенности и потере информации об изображении. Следовательно, для приложений, в которых важен широкий динамический диапазон, хорошо оптимизированный датчик с большими размерами пикселей может быть более подходящим, чем датчик с меньшими пикселями.
Сценарии визуализации, в которых может потребоваться широкий динамический диапазон, включают:
- Люминесценция : эксперименты могут включать сигналы от очень слабых до высоких уровней, чтобы получить биологически значимую информацию об экспрессии генов.
- Нейроны – визуализация нейронов иногда может представлять проблему, поскольку внутри сцены может быть большой динамический диапазон из-за сильных сигналов в центральной области нейрона, дистальные области которого демонстрируют низкий уровень флуоресценции.
- Calcium Imaging — Учитывая огромное количество функций Calcium, существует множество различных условий эксперимента. Для некоторых из них, кальциевых искр и некоторых исследований сердечных и других клеток также требуются широкие динамические диапазоны.
- Большие 3D-объемы — при отображении больших наборов данных различные области, например, Рыбки данио могут иметь большие различия в уровне сигнала. Это может привести к тому, что настройка экспозиции и других параметров изображения будет методом проб и ошибок для получения хорошего изображения. Датчик с широким динамическим диапазоном помогает справляться с динамическим характером таких наборов данных.
Еще одно преимущество широкого динамического диапазона заключается в практическом смысле — датчик с широким динамическим диапазоном чаще находится в пределах диапазона и избегает насыщения, требуя меньшего количества настроек, таких как экспозиция.
Выводы
Несмотря на то, что существует интерес к камерам с малыми пикселями для сохранения деталей изображения при малом увеличении, по-прежнему существует потребность в камерах с большими пикселями для работы в условиях низкой освещенности.
- Камеры с малым размером пикселей подходят для исследований с малым увеличением. Доступно множество моделей, которые работают в этих режимах более высокого освещения.
- Размер пикселя 6,5 мкм, который является общим для многих камер для микроскопии научного класса, обеспечивает хороший баланс между сбором фотонов и разрешением для типичных приложений, основанных на флуоресценции.
- Если вы хотите получить от детектора наилучшую возможную чувствительность, камеры с большим размером пикселей являются наиболее подходящими, т. е. для визуализации отдельных молекул и люминесценции
- Биннинг можно использовать для увеличения соотношения сигнал-шум как в ПЗС-, так и в КМОП-сенсорах, однако для КМОП-сенсоров биннинг дает меньше преимуществ, чем для ПЗС.
е. для визуализации отдельных молекул и люминесценцииНи одна камера не справляется со всеми сценариями визуализации лучше, чем любая другая камера. К счастью, в настоящее время существует ряд камер, которые можно выбрать для различных приложений, требующих, например, самого высокого пространственного или временного разрешения или наилучшей возможной чувствительности. Это означает, что важно в первую очередь учитывать потребности приложения, а не предполагать, что последняя модель камеры с самым большим сенсором и наибольшим количеством мегапикселей будет лучшим вариантом.
Поле зрения фотографии и калькулятор размера пикселя – PhotoModeler
Как много я могу запечатлеть на фотографии и какого размера будут мои пиксели?
Используйте этот калькулятор, чтобы определить приблизительное покрытие (поле зрения) и размер «основного» пикселя конкретного объектива и камеры на заданном расстоянии.
Обратите внимание, что это рассчитывается для плоскости, параллельной плоскости изображения камеры. Если объект/плоскость на расстоянии находится под углом к плоскости изображения камеры, то это покрытие сохраняется только для указанного расстояния. Обратите внимание, что искажение объектива также не учитывается, что немного повлияет на покрытие.
Почему?
Обычно этот калькулятор используется при планировании, то есть до того, как вы сделаете фотографии или, может быть, даже до того, как у вас появится фотоаппарат. Он используется в основном для любой фотографии с цифровой камеры, но два конкретных применения связаны с фотограмметрией в задачах изготовления:
- Если вы занимаетесь оцифровкой фотографий (оцифровкой шаблонов и шаблонов), вам нужно знать две вещи: камеры и конкретного размера комнаты, какой самый большой рисунок я могу запечатлеть на одном снимке, и б) с конкретной камерой и расстоянием от рисунка, какова будет наилучшая точность, которую я могу получить при оцифровке краев узоров.
- Если вы измеряете палубу катера, где вы можете работать в ограниченном пространстве, вам необходимо убедиться, что камера сможет увидеть нужные вам детали.
1.a) относится к приведенному ниже расчету покрытия, а 1.b) и 2. относятся к приведенному ниже расчету размера пикселя.
Возможно, у вас есть камера или вы планируете ее купить, и вам может быть полезно знать, сколько она сможет запечатлеть на одном снимке, учитывая такие ограничения, как расстояние до объектов. И может быть полезно знать, насколько большим будет пиксель на объекте, потому что это определяет точность. Это повлияет на ваше решение о покупке камеры.
Как пользоваться калькулятором
Наведите указатель мыши на информационные значки, чтобы получить описание входов и выходов. Вы можете найти свою камеру в Google, чтобы найти спецификацию. Найдите что-то вроде «характеристики Nikon D7000» или «характеристики Canon M100» и т. д. Если ваша камера оснащена съемным объективом, вам может потребоваться отдельно указать фокусное расстояние объектива.
Выберите желаемые единицы измерения (метрические или имперские) в третьем столбце для ввода и вывода. При изменении любого значения в форме расчеты выполняются автоматически и в режиме реального времени.
1. Фокусное расстояние Фокусное расстояние обычно указано на передней части объектива вашей камеры или его можно найти в спецификации камеры в Интернете. Используйте истинное фокусное расстояние, а не «эквивалент 35 мм». | мм | |||||
2. Размер формата Размер формата — это размер чипа изображения в камере. Это можно найти в спецификации камеры онлайн. Альтернативно используйте 2b ниже, чтобы заполнить эти значения. |
| мм | ||||
2б. Размер формата — это размер чипа изображения в камере. Цифровые камеры имеют стандартные размеры, и в спецификациях камеры в Интернете они иногда указываются как один из этих стандартов. Изменение этого заполняет значения в 2. выше. | Полный кадр 35 ммAPS-HAPS-CAPS-C (Canon)1,5 дюймаMFT 4/3 дюйма2 дюймана заказ | |||||
3. Расстояние от камеры до объекта Введите расстояние и единицы измерения для ожидаемого расстояния от камеры до объекта. | метровсантиметровфутовдюймов | |||||
4. Допустимое покрытие Тем, кто занимается фотограмметрией, мы рекомендуем не фотографировать прямо у края кадра. Возможно, охват 80% или 90% более реалистичен. | 100%90%80% | |||||
5. Количество пикселей в датчике изображения камеры в мегапикселях. Обычно указывается в спецификации камеры онлайн. Если вы введете это значение, расчетный размер пикселя, проецируемого на заданное расстояние, будет показан ниже. | мегапикселей | |||||
Расчетное покрытие Это размер области, охватываемой одной фотографией с этой камеры на заданном расстоянии для плоскости, параллельной плоскости изображения камеры. Это изменено 4. |
| метровсантиметровфутовдюймов | ||||
Расчетный размер в пикселях Размер одного пикселя на заданном расстоянии.  |
Предустановленный размер формата
Разрешение (опционально)