Почему топовая камера имеет меньше мегапикселей, чем любительская, более дешевая
Тут кроется подвох. А почему вы считаете, что дорого стоить должны именно мегапиксели?
«Нарисовать» мегапикселей с помощью интерполяции можно сколько угодно. Вы сами можете проделать эту операцию в фотошопе, увеличив картинку (resize). Но это часть правды. А вторая часть, что пикселей на новых матрицах действительно больше.
С одной стороны это плюс так как разрешение матрицы и соответственно количество мелких деталей на мм, которое она может разрешить — увеличивается.
А с другой стороны:
1) Сильно возрастают требования к оптике.
Ведь если матрица разрешает больше, то и оптика должна разрешать больше. Потому получается ситуация с точностью до наоборот — любительским камерам с кроп-фактором высококачественные объективы куда нужнее. Иначе разрешение упрётся в оптику дешевого объектива.
Повторю: выигрыш от мегапикселей любительских камер мы получим только на качественных объективах.
Иначе все мелкие пиксели будут «замылены» оптикой.
2) Маленькие пиксели означают, что всё больше уходит на «обвязку» пикселей и всё сложнее отделить полезный сигнал от шума. Разрешение возрастает, но с ним возрастают и шумы матрицы.
Для простоты представьте себе сетку к которой мало крупных ячеек и очень много мелких.
Для наглядности (а то кто еще спорить будет…) прилагаю картинку — иллюстрацию.
Слева маленький размер матрицы и большое количество мегапикселей. Справа: Такой же размер матрицы и мало мегапикселей
В данном случае камеры с одинаковым размером матрицы. Одинаковой толщиной стенок между пикселями (Их невозможно поставить совсем без стенок. Есть в этом направлении наработки — использование фокусирующих микролинз, но всё равно даже в теории это пока невозможно).
фокусирующие микролинзы на сенсоре фотокамеры
«Стенки» у всех типов матриц минимальные какие только можно сделать, т.е. одинаковые.
Получается, что по площади «стенок» гораздо больше у камеры с бОльшим числом мегапикселей. А значит и свет попадающий на матрицу в районе этих «стенок» безвозвратно теряется. Это не значит, как думают многие (не головой), что большой светочувствительный элемент более светосильный.
«Пиксель большего размера имеет большую чувствительность к свету, чем маленький пиксель, так как может накопить больший электрический заряд.»
???!!
Это не так. Т.е. он получает больше фотонов и таким образом определяет уровень сигнала точнее при высокой освещенности! (большой и ёмкий фотоэлемент) Но сам уровень сигнала точно такой же, как на маленьком элементе. Т.е. переставляю один и тот же объектив с кропнутой камеры на полнокадровую вы само собой не получите никакого выигрыша по экспозиции. Тут количество света попадающего на матрицу будет определяться только светосилой объектива, диафрагмой и выдержкой.
слева маленький размер матрицы и большое количество мегапикселей. Справа: большая матрица и мало мегапикселей
На этой картинке видно, что опять площади «стенок» больше на маленькой матрице с большим количеством мегапикселей.
В идеале должно быть некое правильное соотношение между размером матрицы и количеством мегапикселей на ней.
В теории, если удастся полностью убрать стенки (а над этим активно работают), и улучшить параметры пикселей (работают, но неактивно), то мелкие пиксели должны быть наоборот большим преимуществом.
На данный же момент мелкий пиксель вынужен работать с гораздо меньшим количеством фотонов, т.е. он просто вынужден быть гораздо более чувствительным. А для того, чтобы его сделать намного лучше большого пикселя, нужно вложить в него больше денег, как и во всё сверхминиатюрное. Вот опять всё крутится вокруг прибыли. Вкладывать много денег в разработку и установку очень чувствительных пикселей ведёт к значительному снижению прибыли. Потому над этим работают, но, видимо, не очень активно.
Результат — маленькие пиксели определяют количество попавших на них фотонов менее точно и потому сильнее шумят. Т.е. у них хуже SNR (соотношение полезный сигнал/шум).
Всё усугубляется большим количеством стенок, где фотоны просто теряются вместе с той информацией, которую они несли. В этих местах информацию приходится придумывать/интерполировать из соседних пикселей.
Камеры смартфонов с разрешением 64 Мп и более
Прежде чем завершить данный материал, несколько слов всё же скажем о будущем, причём весьма обозримом. Уже во второй половине 2019 года мы ожидаем появление первых смартфонов с камерами 64 Мп.
На этот раз первыми вступили в игру не Sony, а Samsung. В мае 2019 корейский гигант представил сенсор S5KGW1. При размере 1/1.7″ сенсор обеспечивает базовый размер пикселя в те же самые 0.8 мкм, что и 48-Мп сенсоры, но за счёт увеличенного размера вмещает 64 миллиона пикселей.
На сайте Samsung помимо перечня сенсоров мобильных камер можно обнаружить и ряд простеньких демонстраций, объясняющих объединение пикселей и прочие механизмы
То есть перед нами будущий лидер детализации для мобильной съёмки. Вдобавок новинка готова предложить новую систему сверхбыстрой фокусировки, что тоже не будет лишним. Появление девайсов с камерами 64 Мп сейчас в первую очередь ожидается в смартфонах самой Samsung. Корейцы хотят оснастить ими даже свои не флагманские гаджеты.
Впрочем, японцы из Sony должны ответить весьма оперативно. По данным инсайдеров, японский сенсор с разрешением 64 Мп уже почти готов. Смартфоны на его основе выйдут до конца 2019.
В ближайшее время девайсы с новыми камерами покажет китайская Realme (принадлежит BBK) и Xiaomi. Последняя будет использовать модули 64 Мп сразу в двух своих ожидаемых смартфонах. Первым станет Redmi Note 8. Он получит сенсор Samsung. Вторым чуть позже окажется Mi Mix 4. В оснащение его камеры войдёт уже более дорогой и, очевидно, качественный 64 Мп сенсор от Sony.
Мы будем дополнять как этот раздел, так и весь материал в целом по мере поступления новой информации и новых моделей смартфонов.
Сколько же Вам мегапикселей вообще нужно?
Где вы чаще всего смотрите фотографии? На экране монитора. А какое у вас разрешение монитора?
Вот у меня, к примеру два монитора.
Один 1280×1024, а второй 1680×1050 пикселей.
Догадайтесь, какой из них основной.
Так вот первый 1.3 Мпикс, а второй 1.76 Мпикс!
Мегапиксель по маркетинговой стратегии заданной еще в своё время Kodak в первых цифровых сенсорах равняется 1 000 000 пикс, а не 1024 * 1024 как во всем остальном мире.
Когда я смотрю фото, вьюер (ух какое слово, программа просмотра фото) масштабирует картинку по ширине моего экрана. Это логично тк я хочу сразу видеть всё фото.
Таким образом я и использую для просмотра фото 1.3 Мпикс в основном. Вы чувствуете разницу с теми 22 Мпикс из которых состоит фото моей камеры?
Я просматриваю свои фото через окошечко в 17 раз меньше размера фото.
Иначе говоря, если я буду снимать только для просмотра на своём мониторе и буду нормально составлять композицию кадра (без лишних краёв), то мне хватит 2 Мпикс.
Вы уже, наверное, забыли камеры 2 Мпикс, а я на них снимал коммерческое фото. И даже печатал с них фото в глянцевом каталоге (правда, небольшие фото 3×4см, каталог товаров).
Вы сейчас наверняка скажете — а как же моя возможность кадрировать кадр в фотошопе? Во многом ваша необходимость кадрировать связана с плохим построением композиции кадра. Чем больше вас будет баловать избыточное разрешение, тем хуже вы будете снимать.
Сравнивать с упомянутыми мастерами, снимающими на 80 Мпикс цифрозадники было бы неумно тк они используют разрешение по полной программе, без избыточного кадрирования. Для плакатов во всю стену дома, фотогалерей с их фотокартинами шириной в несколько метров это разрешение очень даже нужно и даже не всегда достаточно, если не масштабировать снимок.
А какое, кстати, у таких фотокартин разрешение?
Мировой стандарт на печать — 300dpi (dots per inch = точек на дюйм). Примерно столько способен различить человеческий глаз с расстояния 25-30см.
Вот беру я свой кадр 22 Мпикс (5616 х 3744 пикселей) и выставляю ему вместо камерных 240 dpi, печатных 300 dpi.
Вместо печатного размера 60×40см мой печатный размер уменьшается до 47.55 х 31.7 см. Уже совсем и не много.
Какие тут плакаты 3 х 6 м…
Если говорить про плёнку, которую используют многие пейзажисты, то достаточно на мой взгляд будет упомянуть, что со среднеформатного слайда можно вытащить все 100 Мпикс. Причем честных, а не «раздутых», как в современных любительских камерах.
Но тут кроется еще одна хитрость.
Прирост мегапикселей и его влияние на размер кадра
Я не знаю, обратили ли вы внимание на то, что при увеличении количества мегапикселей размер кадра растёт весьма несущественно. Дело в том, что мегапиксель это параметр площади матрицы и соответственно связан с линейными размерами матрицы через ширина * высоту
Т.е. кадр по длинной стороне с приростом мегапикселей растёт весьма неохотно, а этот параметр существенно влияет на разрешение по высоте и соответственно на размер снимка, который вы можете напечатать без потери деталей.
Прирост мегапикселей и его влияние на размер кадра
Здесь видно, что при 10 Мпикс камеры мы имели в районе 4000 пикс по длинной стороне кадра, а при 21 Мпикс это значение в районе 5600 пикс.
И если 5600 пикс на 21 Мпикс камере нам давало отпечаток 47×31см (300dpi), то на 10 Мпикс камере мы получим отпечаток 34×22.5см. Т.е. двукратное увеличение мегапикселей дало нам увеличение кадра по длинной стороне на 38% или 13см. Не так уж и много! Я уверен, что вас не впечатлит увеличение размера снимка, но впечатлит разница в цене между 10 Мпикс камерой и 21 Мпикс камерой.
Вывод: для существенного увеличения размера снимка количество мегапикселей должно увеличиться в 4 раза!
Это даст увеличение снимка в 2 раза.
А теперь подумаем, стоит ли расстраиваться владельцам топовой камеры Canon 1D X из-за того, что в ней 18 Мпикс, а в любительской Canon 5D mark III — 21 Мпикс.
44×30см отпечаток при 300dpi против 47×31см. 3 сантиметра больше по ширине и 1см по высоте…Уверен, вы не заметите разницы.
DLA и дифракционный лимит
Мне иногда кажется, что все про это знают. Но статью будут читать и начинающие фотографы и фотографы, которые снимали на плёнку, когда этот момент был не столь важен. Так что для полноты статьи напишу.
Итак, у нас есть оптическая система, называемая объектив. В ней наличествует диафрагма, при прохождении которой в объективе возникает дифракция световых волн.
Зеленой линией помечено распределение интенсивности света.
Дифракционный предел был открыт 1873 году Эрнстом Аббе. Дифракционный предел — минимально возможный размер светового пятна, которое можно получить, фокусируя электромагнитное излучение (свет) заданной длины волны в среде с показателем преломления n:
В нашем случае мы получаем на матрице камеры так называемый диск Эйри.
диск Эйри, Airy disc
Размер диска и в частности его радиус, который нам понадобится для вычислений, принято мерить по первому световому кольцу, на которое приходится около 80% интенсивности света.
λ — длина волны света. Если у нас белый свет, то все длины волн будут создавать диски разного размера, ухудшая ситуацию (видимый свет от 400 nm синий до 700 nm красный). Сильнее страдает красный свет.D — диаметр диафрагмыF — фокусное расстояние
Это явление накладывает на нас два ограничения.
1. Каждая точка объекта съемки на матрице камеры создаёт такой рисунок. Если два диска Эйри будут расположены слишком близко друг к другу, то 2 точки будут восприниматься, как одна.
По формуле видно, что при увеличении значения диафрагмы, растёт радиус диска Эйри.
И происходит сливание дисков Эйри в один объект. Т.е. точка перестает быть точкой на изображении. Это явление дифракции, которое и снижает разрешение объектива при достижении определенной диафрагмы. Оно назвается DLA (Diffraction Limited Aperture).
Оно существует для каждого оптического прибора, но если результат мы проецируем на некий носитель (пленку или матрицу или глаз), то накладывается еще одно ограничение.Критерий Релея: предел при котором два диска считаются еще разделимы визуально — радиус диска Эйри. Если расстояние между их центрами меньше радиуса, то разрешение объектива падает.
И в принципе это явление не имеет отношения к матрице камеры. Совсем не имеет, пока мы не начали разделять получившуюся картинку на цифровые пиксели.
И вот если мы начали оцифровывать сигнал с помощью пикселей, то получаем такие правила.
Если пиксель больше диска Эйри, то значит сенсор не способен использовать всё разрешение, которое предоставляет ему объектив и считается, что система ограничена разрешением.
Если пиксель меньше диска Эйри, то дополнительного разрешения мы не получаем, а вот система становится ограниченной явлением дифракции, которая возникает в объективе.
Размер диска Эйри существенно уменьшается при открытии диафрагмы, но там вступают в силу ХА (хроматические аберрации), которые тоже существенно снижают разрешение объектива.
Кто больше? Xiaomi Mi Note 10!
В начале ноября Xiaomi официально показала смартфон уже со 108-мегапиксельной камерой — Mi CC9 Pro (Mi Note 10 — название для международного рынка).
Xiaomi Mi Note 10 — камерофон с пентакамерой
Матрица на 108 Мп — тоже дело рук Samsung: датчик ISOCELL Bright HMX (f/1,7) делает фотографии с максимальным разрешением 12 032×9024 пикс. Детализация у снимков в таком разрешении ожидаемо высокая даже при самом большом приближении — не придраться. Сам размер пикселей у сенсора (0,8 мкм) не изменился по сравнению с 64-мегапиксельным датчиком, и соседние пиксели все так же объединяются для лучшего захвата света в условиях плохого освещения. Таким образом, в стандартном режиме съемки разрешение фото составляет 27 Мп, а для съемки в 64 или 108 Мп нужно включить соответствующий режим.
Также модуль способен снимать видео в разрешении до 6K (6016×3384 пикс.) с частотой 30 кадров в секунду. Кстати, такую же матрицу, но следующего поколения, Samsung собирается использовать в Galaxy S11.
Xiaomi Mi Note 10 — первый коммерческий смартфон с камерой разрешением 108 Мп
Всего основная камера содержит пять датчиков. Кроме ISOCELL Bright HMX здесь есть «ширик» разрешением 20 Мп и углом обзора 117°; полноценный телеобъектив для съемки портретов на 12 Мп; еще один 5-мегапиксельный «телевик» с оптическим стабилизатором, 5-кратным оптическим и 50-кратным гибридным зумом и макрообъектив на 2 Мп, который фокусируется только на расстоянии 1,5 см. К слову, те, кто уже успел протестировать Xiaomi Mi CC9 Pro, хвалят его за отличное качество снимков удаленных объектов.
Остальные характеристики у Mi Note 10 на уровне хорошего смартфона: Qualcomm Snapdragon 730G с 6/128, 8/128, 8/256 Гбайт памяти, чип NFC, беспрецедентно огромный для Xiaomi аккумулятор на 5260 мАч, дактилоскопический датчик встроен под экран диагональю 6,47 дюйма (Full HD+, AMOLED). Производитель также сохранил 3,5-мм разъем на корпусе.
Кроме того, китайцы представили CC9 Pro Premium Edition (Mi Note 10 Pro) — у этого аппарата объективы получили 8 пластиковых линз, а у обычной «прошки» их 7.
Цена Mi Note 10 в зависимости от модификации будет начинаться от 549 евро (около 38 600 рублей).
| Модель смартфона | Основная камера | Производительность | Экран | Цена |
| realme XT |
64 Мп (f/1,8)+ 8 Мп (f/2,2) (широкоугольная 119°) +2 Мп (макро) + 2 Мп датчик глубины |
Qualcomm Snapdragon 712 8/128 Гбайт |
AMOLED 6,4” 2340×1080 |
От i20 990 |
| Redmi Note 8 Pro |
64 Мп ( f/1,8) + 8 Мп (f/2,2) (широкоугольная 120°) +2 Мп (макро) + 2 Мп датчик глубины |
MTK Helio G90T 6/64, 6/128 Гбайт |
IPS 6,53″ 2340×1080 |
От i17 990 |
| Vivo Nex 3 |
64 Мп ( f/1,8) + 13 Мп (f/2,2) + 13 Мп (f/2,48) |
Qualcomm Snapdragon 855 Plus 8/128 Гбайт |
POLED 6,89” 2256×1080 |
i59 990 |
| Xiaomi Mi Note 10 (Xiaomi CC9 Pro) |
108 Мп (f/1,69, OIS) + 8 Мп (95 мм, f/2,0, 5х зум, OIS, телефото) + 20 Мп (13 мм, f/2,2, широкоугольная ) + 12 Мп (50 мм, f/2,0, телефото для портретов) + 2 Мп (макро) |
Qualcomm Snapdragon 730G 6/128, 8/128, 8/256 Гбайт |
AMOLED 6,47″ 2340×1080 |
От i38 600 |
Что такое резкость и что такое достаточная резкость
Для того, чтобы определить разрешение новых объективов некоторое время назад были придуманы фотографические миры.
Качество объектива определялось в частности его разрешением, а разрешение — способностью отобразить мелкие штрихи фотографической миры. Но кто будет определять различимы штрихи или уже нет?
Вот от этого наблюдателя и зависели результаты определения разрешения.
Глаза у нас у всех разные и понятие о резком кадре, как бы это не было странно — разные. Для одного кадр резкий, а для другого нерезкий.
Были придуманы также дополнительные параметры, такие как lp/mm (Line Pairs per Millimeter, линии на мм). Это был первый этап.
Кроме того, различимость линий зависит от их контрастности. И дальнейшее развитие численной системы оценки качества объектива привело к появлению MTF (Modulation Transfer Function — Функция передачи модуляции, она же Частотно-контрастная характеристика)
Понятие резкость состоит из двух частей — разрешения и чёткости.
Если разрешение зависит от связки камера + объектив, то чёткость или контраст вполне могут быть усилены микропрограммой камеры или при использовании графического редактора.
Что изменилось на более резкой картинке? Разрешение? Нет. Повысилась чёткость вследствие применения нерезкой маски (sharpen) в Adobe Photoshop.
Это один из способов обмана покупателей цифровых фотокамер. Нежели увеличивать размер матрицы или ставить более дорогие объективы на камеру, проще ввести некоторый шарпинг (sharping) и у пользователя создастся впечатление, что новая камера выдаёт более резкий снимок.
Но попутно мы приходим к тому, что в большинстве ситуаций нам не нужно так много мегапикселей. Если мы печатаем большие форматы, то вполне можем повысить четкость изображения программным методом и снизить общее разрешение ввиду того, что большой формат люди обычно не смотрят вблизи.
Третий вопрос.
Vivo Nex 3
Если предыдущие смартфоны никто не преподносит как флагманы, то Vivo Nex 3 — аппарат с серьезной заявкой на место среди лидеров рынка. Здесь и улучшенный Snapdragon 855 Plus с 8 Гбайт ОЗУ, и качественный огромный 6,89-дюймовый экран с подэкранным сканером и выдвижной фронталкой, и NFC, и даже опциональная поддержка 5G. Но сначала про камеру.
64-мегапиксельный основной датчик Vivo Nex 3 дополняют еще два модуля: вся троица расположена в виде треугольника внутри круга, что смотрится, как минимум, не как у всех. Про основной датчик мы рассказали выше, два других сенсора получили разрешение 13 Мп. Один из них — широкоугольный, второй — телеобъектив.
Снимок на Vivo Nex 3 в автоматическом режиме.
При нажатии на картинку откроется полноразмерное оригинальное изображение
Снимки неплохо «допиливает» ИИ: он определяет сценарии съемки и оптимизирует цветопередачу. Но при желании можно включить режим с ручными настройками и поиграть в настоящего фотографа. Также присутствует управление голосом и жестами, бьютификация селфи, технология Body Shaping и стикеры дополненной реальности. Видео снимается в разрешении до 4K.
Vivo Nex 3 позиционируется как флагман
Нельзя обойти вниманием дизайнерское решение, которое производитель назвал Waterfall FullView. У смартфона поистине гигантский 6,89-дюймовый POLED-экран (2225 х 1080 пикс.), который загнут по бокам практически под прямым углом
Это сделано, чтобы спереди были не заметны околоэкранные рамки. Грани при этом мерцают разными цветами во время звонков или при проигрывании музыки. Вырезов на экране нет (фронтальная камера на 16 Мп скрывается в выдвижном модуле), и за счет дизайна Vivo Nex 3 — один из самых безрамочных девайсов на сегодня. Еще одна особенность аппарата — полное отсутствие физических кнопок: все клавиши на торцах сенсорные, реагирующие на силу нажатия. Выглядит такой дизайн довольно красиво, но на практике все не так здорово – смартфон получился скользким и неудобным.
Бонусом устройству оставили 3,5-мм разъем, что удивительно для флагманов. Но, с другой стороны, тут стоит выделенный аудиочип AK4377A, поэтому через мини-джек можно подключить приличные наушники.
