С конца прошлого года в продаже появились смартфоны с камерами на 48 и 64 МП, а позднее и на 108 МП. Такие модули совмещают высокую светочувствительность и детализацию при увеличении снимка. Секрет кроется в объединении нескольких соседних пикселей матрицы камеры в один, а такая структура получила название Quad Pixel, Quad Bayer и Tetracell. Из статьи вы узнаете принцип работы такой технологии, основные возможности, преимущества и недостатки.
Строение камеры
Для лучшего понимания работы технологий Quad Pixel, Quad Bayer и Tetracell сначала стоит объяснить, как устроена камера в смартфоне. 1
Основной элемент камеры – светочувствительная матрица, состоящая из миллионов пикселей размером в среднем 1-1.5 мкм каждый. Чем крупнее пиксель в матрице, тем больше улавливается фотонов света. Соответственно при низкой освещенности качество и детализация фотографии с крупным пикселем выше. При этом физические размеры матрицы строго ограничены и крупные пиксели не позволяют увеличить разрешение снимка.
Проходящий сквозь оптику свет улавливается каждым пикселем индивидуально, после чего формируется изображение. Исходная картинка получается чёрно-белой, поскольку пиксели не различают цвет, а только свет. Цветной картинка получается за счет наложенного сверху цветного фильтра и программной обработки.
Классический цветной фильтр состоит из трех цветов – красного, синего и зеленого. Причем на один красный и синий цвет приходятся два зеленых, из-за особенностей человеческого зрения. Каждый цвет покрывает группу пикселей в шахматном порядке, в результат чего получается цветная мозаика соответствующая размеру матрицы. Такое расположение именуется фильтром Байера (Bayer), названного в честь основателя Брюса Байера.
При прохождении света сквозь цветной фильтр получаются 3 картинки с соответствующим цветом. Далее процессор сводит полученные изображения и раскрашивает снимок, для чего используется информация соседних пикселей.
Особенности Quad Pixel, Quad Bayer и Tetracell
В Quad Pixel, Quad Bayer и Tetracell используется одинаковый принцип работы. Разница лишь в зарегистрированных торговых названиях разными компаниями: Quad Bayer – Sony, Tetracell – Samsung и тд. Цветной фильтр покрывает группу из четырех пикселей блоком 2х2 без изменений схемы чередования цветов. Благодаря этому сенсор способен работать как в полноразмерном режиме с использованием всех пикселей, так и в режиме объединения 4 в 1.
В режиме объединения физическое разрешение фотографии снижается в 4 раза. Поэтому размер снимка с 48-МП сенсора сопоставимо с 12-МП сенсором с классическим порядком пикселей. При этом у массива из четырех пикселей выше светочувствительность за счет увеличенной площади. В качестве примера сравнение 48-МП камеры с Quad Pixel в Motorola Moto G8+ и Moto G6 с обычным 12-МП сенсором.
Характеристики модулей камер обоих смартфонов несколько отличаются, при этом в условиях слабого уличного освещения снимок с G8+ ярче и содержит больше деталей.
С обильным солнечным освещением на общем плане кадр одинаково хорошо смотрится с обеих камер. При этом яркость снимка у G8+ выше, как и детализация при увеличении. Фотографии в оригинальном разрешении.
Если же программное обеспечение позволяет вручную выбирать режим работы, склейка пикселей эффективна при съемке в условиях низкой освещенности. Днём или в помещении с обилием света рационально использовать пиксели всё матрицы для получения полноразмерного кадра.
Основные преимущества
- Объединение пикселей в группу увеличивает светочувствительность, что положительно сказывается на детализации снимка в условиях слабой освещенности.
- Наличие выбора режима склейки или полноразмерной съемки исключает ранее возникающие компромиссы.
- При съемке фото с HDR часть пикселей можно отделить на съемку с короткой выдержкой, а часть на съемку с длинной. Благодаря этому фото HDR получится создать за один заход, а не за два, как это реализовано сейчас.
Основные недостатки
- Склейка четверых пикселей не дает четырехкратного увеличения светочувствительности.
- Пиксели больше подвержены засветке, влиянию взаимных шумов и прочих артефактов из-за малого размера.
- Расположение соседних цветов в полноразмерном режиме отличается, из-за чего требуется разрабатывать новые алгоритмы обработки снимка. По этой причине в некоторых смартфонах камера работает только в режиме объединения пикселей без возможности съемки в полноразмерном формате.
- В режиме HDR разделение пикселей по половине на съемку с короткой и длинной выдержкой не позволит снимать в максимальном для матрицы разрешении.
Вывод
В статье подробно описано, что такое Quad Pixel, Quad Bayer и Tetracell. Технология объединения нескольких пикселей в один позволяет достичь компромисса между светочувствительностью и разрешением без увеличения физического размера фотоматрицы.
При этом программное объединение нескольких пикселей выставляет дополнительные требования разработчикам, в частности новые алгоритмы обработки и раскраски фотографии. Поэтому в некоторых смартфонах камера работает только в режиме объединения пикселей с уменьшением максимального разрешения в 4 раза. С другой стороны технология позволяет повысить детализацию и яркость снимка без существенных изменений. Поэтому в ближайшее время стоит ожидать матрицы больше 108 МП с объединением 9 пикселей в группу или больше.
А что думаете вы? Поделитесь мнением в комментариях под статьей.