Лучшее
Рубрики
Рецепты
Промокоды
Подкасты
Сервисы
Колонки
Лучшее
Рубрики
Рецепты
Промокоды
Подкасты
Сервисы
Колонки
Теории большого мира
Новости
Здоровье
Спорт и фитнес
Покупки
Технологии
Научпоп
Отношения
Реклама
Устройства 18 декабря 2019

Почему гонка за количеством мегапикселей в смартфонах — абсурд

Качество фото зависит от многих характеристик, поэтому камера на 48 Мп ещё ни о чём не говорит.
Фото автора Лиля Леднёва
Лиля Леднёва

Избранное

Как устроена камера смартфона

Камера — сложная штука: она объединяет матрицу, оптическую систему, контроллер и другие вспомогательные компоненты, а также программное обеспечение для обработки фото и видео. Рассмотрим каждый элемент подробнее.

Матрица

Матрица RGB. roxxer/Depositphotos.com

Матрица — это прямоугольная микросхема, состоящая из светочувствительных элементов — пикселей. В каждом пикселе содержится три субпикселя. Один субпиксель пропускает волны только определённой длины: для красного, зелёного или синего цвета (red, green, blue). Такая цветовая модель называется RGB.

Также матрица может быть монохромной, без цветных фильтров. На каждый её пиксель попадает втрое больше фотонов. В результате чёрно‑белые фото получаются более чёткими. Такие матрицы можно использовать, чтобы улучшить цветное изображение с другого модуля камеры.

Одна из главных характеристик матрицы — разрешение. Оно отражает, сколько пикселей на ней поместилось.

Объектив

Крошечный объектив смартфона — это практически ювелирная конструкция. Редкая система включает 4–5 элементов — обычно их 7–8 и более.

В смартфонах с несколькими камерами напротив каждой матрицы будет свой объектив. Каждый из них решает свою задачу:

  • Телеобъектив (телевик) нужен для съёмки с большого расстояния.
  • Широкоугольный (ширик) поможет вместить в кадре больше объектов — это полезно для групповых фото и съёмки архитектуры.
  • Универсальный объектив позволит в меру хорошо снять любой сюжет: от портрета до пейзажа.
  • Объектив с переменным фокусным расстоянием (зум) может приближать объект съёмки.

Линзы для объективов смартфонов создают из стекла или специальных полимеров. Если их прозрачность далека от идеала и элементы недостаточно качественно подогнаны, хороших фото не ждите. Даже если линза сместится на несколько микрон, оптическая система расфокусируется.

Диафрагма

Диафрагмы. KoeppiK / Wikimedia Commons

Диафрагма — это отверстие, через которое световой поток попадает в камеру. От неё зависит, сколько света может получить сенсор. Значение диафрагмы выводят в формате f/1,7.

Система стабилизации

Стабилизация компенсирует смазывание от дрожания камеры, например, когда снимаете с рук, а не со штатива. Может быть двух видов:

  • Оптическая. Честная электронно‑механическая система, которая физически удерживает камеру в одном положении (по крайней мере, старается). Она дарит более чёткие фото с минимальным уровнем шума и позволяет обойтись практически без программной обработки.
  • Электронная. Это программные алгоритмы. Камера по‑прежнему дрожит, но за счёт анализа нескольких кадров создаётся более‑менее приличный результат.

Система автофокусировки

Автофокус сам определяет расстояние до объекта и в соответствии с ним настраивает параметры оптики камеры. В современных смартфонах используются системы трёх типов:

  • Фазовая. Специальные датчики собирают лучи света в разных точках кадра. Затем свет разделяют на два потока и отправляют на светочувствительный сенсор, чтобы он определил расстояние до объекта. Преимущества: высокая точность и скорость работы. Недостатки: высокая цена, сложность конструкции и её настройки.
  • Контрастная. Анализируется контраст сцены. Сдвигая линзы, камера пытается добиться максимальной контрастности объекта относительно фона. Преимущества: компактные размеры и низкая стоимость. Недостатки: система работает медленнее и плохо подходит для динамичных сцен.
  • Гибридная. Сочетает фазовую и контрастную фокусировку, чтобы получить наилучший результат.

Программное обеспечение

Фото до и после программной обработки. Shubham Kushwaha / Pexels.com

ПО тоже можно считать частью камеры, ведь оно принимает непосредственное участие в получении результата съёмки. Сегодня ни один смартфон не отдаёт вам кадры как есть, без программной обработки. Сложные алгоритмы, которые часто используют обширную базу данных или технологии искусственного интеллекта, редактируют каждый снимок, чтобы «сделать вам красиво».

Сырые снимки будут недостаточно яркими и чёткими. ПО убирает пересвет, вытягивает тёмные участки, улучшает цвета, увеличивает резкость. Причём делает всё это автоматически и очень быстро.

Но есть и обратная сторона медали. Агрессивное шумоподавление может сделать снятое в сумерках фото зернистым — будто состоящим из множества мелких пятен. При этом ухудшается детализация, а цвета становятся неестественными.

На что влияет количество пикселей

В подробных характеристиках смартфона обычно указывается физический размер матрицы камеры — что‑то вроде 1/2,6″. На сайте производителя можно найти данные о размере пикселей в матрице. Этот параметр влияет на количество точек в кадре. Чем выше разрешение, тем лучше передаются детали.

Но если пиксели мелкие, каждый из них получает мало света и не может точно определить цвет точки реального изображения. В результате на фото появляется шум.

Фото с разным уровнем шума. Wikipedia

Шум — это разбросанные по кадру точки случайного цвета и яркости. Чем хуже освещённость и чем ниже качество матрицы камеры, тем больше шума будет на фото.

Его количество в кадре пропорционально размеру пикселя или квадрату диагонали матрицы. Если сравнивать две матрицы с точками размером 1,55 мкм и 1,1 мкм, то в кадре с первой будет вдвое меньше шума.

Имеет значение и динамический диапазон матрицы — её способность фиксировать весь спектр цветов и яркость окружающего мира. У дешёвых диапазон небольшой, и фото получаются выцветшими, мутными.

Почему производители смартфонов гонятся за пикселями

Потому что покупатели всегда хотят максимум. Даже если в авто на 300 лошадей приходится стоять в пробке или на крутом игровом компьютере раскладывать пасьянсы.

Какой смартфон вы купите при одинаковой цене: с камерой на 12 Мп или на 48 Мп? Выбрав второй, вы получите в четыре раза больше мегапикселей за те же деньги. Но ваши фото не улучшатся в четыре раза.

Матрица с большим количеством мелких пикселей дешевле, чем датчик с крупными точками, и продаваться она будет лучше.

Крупные матрицы занимают больше места внутри смартфона. Оптическая система для них также должна быть больше. Соответственно, для остальных частей в корпусе места окажется меньше. Смартфон станет толще или камера будет выпирать. Её придётся защищать закалённым или сапфировым стеклом. А это тоже деньги.

Продать толстый дорогой смартфон сложно. Проще заказать матрицы с большим количеством мелких пикселей и провести громкую маркетинговую кампанию: на фото с камеры добавить автоматический штамп «снято на супермегафлагман с 48 Мп», чтобы все знали, что кто‑то купил новый смартфон. А фанаты и профи пусть пользуются зеркалками.

Хотя Nokia, например, рискнула, и получились смартфоны‑легенды Lumia 1020 c камерами на 41 Мп. И это в 2013 году!

Смартфон Lumia 1020. Kārlis Dambrāns / Wikimedia Commons

От чего зависит качество фото на самом деле

Размер матрицы и пикселя

Если взять две матрицы одинакового разрешения, то фото лучшего качества потенциально получатся с большей из них. Там пиксели крупнее, а значит, на каждый при съёмке попадает больше фотонов. В результате субпиксели могут точнее определить цвет конкретной точки.

Казалось бы, если в одной матрице пиксели размером 1,4 мкм, а в другой — 1,2 мкм, они практически одинаковые. Но 17% — ощутимая разница, которая обязательно проявится в качестве фото и видео, особенно если вы снимаете при плохом освещении.

Ещё один важный момент — расстояние между соседними пикселями. В мелких матрицах производители на нём откровенно экономят. В более крупных — могут позволить качественно отделять соседние пиксели, чтобы они не влияли друг на друга.

Технология производства

Новые методы позволяют точнее определить интенсивность светового потока по меньшему количеству фотонов, а значит, обеспечить низкий уровень шума и хорошую цветопередачу, даже если вы снимаете в сумерках без вспышки.

Но нужно читать и анализировать. Например, в смартфоне HTC One (M7) предложили технологию UltraPixel. Производитель обещал серьёзный рост качества фото и видео.

Технология UltraPixel. YouTube‑канал Engineers World Online

На самом деле UltraPixel оказались всего лишь более крупными пикселями размером 2 мкм. Можно ли считать это новой технологией? Вряд ли. Для сравнения: в Google Pixel, который также собирала HTC и который в своё время считался одним из лучших камерафонов на рынке, была матрица с пикселями в 1,55 мкм. Размер камеры не увеличивали, чтобы не выросла толщина смартфона. Разрешение матрицы в 5 Мп было небольшим даже для 2014 года. В итоге очереди за HTC One (M7) не стояли.

Другой пример — технологии вроде Super Pixel или Quad Pixel. Четыре соседних пикселя крупной матрицы объединяют, чтобы получить фото меньшего разрешения, но лучшего качества. Решение чисто программное. Если матрица так себе, эффективность будет невысокой.

Стабилизация

Оптическая стабилизация всегда лучше цифровой. Алгоритмы постобработки всё равно будут применяться к кадру, и лучше, если он будет чётким изначально.

Зум

Для приближения объекта в кадре оптический зум смещает линзы, и качество фото практически не страдает. Цифровой зум растягивает часть картинки на всю площадь кадра. Такая функция доступна в любом фоторедакторе, часто даже в стандартном приложении камеры. Поэтому платить за цифровой зум не имеет смысла.

Система автофокусировки

Контрастный автофокус — недорогая система для посредственных камер. Фазовый автофокус подходит, если вы снимаете быстро бегающих детей, котов или спортсменов. Но идеальный вариант — гибридная система, которая сочетает преимущества фазовой и контрастной автофокусировки.

Диафрагма

Так как на смартфон снимают в самых разных ситуациях, камера с большей диафрагмой выиграет: f/1,7 лучше f/2,0. Чем значение больше (или чем меньше число после косой черты), тем больше светосила объектива и тем эффективнее он будет работать в сумерках или в помещении.

Бренд

Да, это не только рекламный инструмент. Бывает, что в китайском смартфоне и флагмане А‑бренда установлены одинаковые матрицы. Но снимки на выходе очень разные.

Если производитель не вкладывает силы и средства в разработку компонентов, технологий и ПО, красивых чётких кадров ждать не стоит. Если он экономит на всём, например ставит дешёвые объективы с плохой прозрачностью, то это отразится на результате.

Что запомнить

  • Десятки мегапикселей — это прежде всего маркетинг. Качество фото и видео напрямую от них не зависит.
  • Даже 5 или 8 Мп хватит, чтобы распечатать снимок хорошего качества на альбомном листе. 4К‑разрешение экрана передового телевизора — это около 8–9 Мп. Full HD — всего 2 Мп.
  • Крупные пиксели собирают больше света. В результате получается чёткий, хорошо детализированный кадр с естественной цветопередачей и без шума.
  • Если не хотите заморачиваться с теорией, идите к практикам. Сравнительные обзоры смартфонов и фото с камер (полноразмерные и кропы — вырезанные и увеличенные фрагменты) дадут понять реальное положение вещей.
Читайте также 📸
  • Как фотографировать котиков: 19 советов от профессионала
  • Как сделать хорошее фото: 6 базовых принципов
  • 5 причин, почему снимать на смартфон лучше, чем на обычную камеру
Над текстом работали: Ксения Шестакова
Если нашли ошибку, выделите текст и нажмите Ctrl + Enter
Избранное
Комментарии
Алексей Михайлов
18.12.19 11:16
Все так. И просто для размышления. Давайте отталкиваться от качества "пленочной" фотографии. Это нормальная отправная точка - качество лучше надо только для постеров много на много метров. Итак пленка. Лучшая - это черно-белая. Она проще в химии, и у нее значительно меньше зернистость. При этом зернистость тем меньше, чем меньше светосила. Дальше объектив. Чем меньше линз тем больше света попадает на пленку и меньше неровности в качестве кадра. Так вот пленочные фотоаппараты с качественной (черно-белой!!!) пленкой и качественным нормальным (около 60 градусов) объективом могли снимать с разрешением до 100 линий на миллиметр в центре кадра (максимально качественное изображение). Размер пленки 24x36мм. Итого 2400x3600 точек. Напоминаю - это лучший режим. С качественной пленкой и полноразмерной оптикой с минмальным количеством линз - т.е. практически предел. 8.64 мегапикселя. С цветной пленкой все в разы хуже. А дальше думаем сами...
andy buza
18.12.19 12:08
Интересная информация. А можно подробнее? На что ориентироваться при выборе?
Алексей Михайлов
18.12.19 22:20
На то, где и как вы будете использовать фотографии. Это в первую очередь. Во вторую на цену. В свое время говорили - цена фотоаппарата это цена расходников за год. Спроецируйте на современные реали это выражение. Ну и наконец, не на мегапиксели, а на параметры объектива и матрицы. Этот пункт сильно важнее. Но, боюсь, тут нужна отдельная статья... Комментариями не обойдешься.
Gleb Danilin
18.12.19 12:35
Интересная теория, только все не так. Даже если взять ваш пример - 100 линий на миллиметр, это не значит что это 100 пикселей. Потому что чтобы рассмотреть 100 линий нужно минимум 200 пикселей, так как между каждыми 2мя пикселями с черной линией должен быть один пиксель с белым промежутком. В этом смысл оценивания объектива по линиям на миллиметр. Сколько линий мы можем различить как отдельные. Поэтому это уже будет 4800х6400, а это уже 30мегапикселей, уже больше похоже на правду. А на самом нам надо гораздо больше пикселей на матрице, чтобы увидеть эти линии.
Алексей Михайлов
18.12.19 22:17
В литературе, из которой были почерпнуты эти сведения было написано что фотографировали "матрас" после увеличивали и считали. Главная проблема в точке максимального фокуса была не в разрешении оптики, а в зернистости пленки. Правда пленка аналог, и зерно даже при серьезном увеличении получалось полосатым. Но все же 100 линий - это не 100 линий, а 100 переходов цвета. Которые можно было зафиксировать. Еще бы название книги и автора вспомнить... Давно было - могу путаться в показаниях. Сам бы с радостью посмотрел на первоисточник.Что до 30 мегапикселей и Ваших рассчетов - ну хорошо. Только ответьте - а зачем? Вы всерьез снимаете фото на рекламные постеры? Телефоном? Не думаю - для этого есть более серьезная техника. И для таких целей она безусловно уместна. А телефон... Для печати максимум 20x30 (и то маловероятно) да для просмотра с экрана 1920×1080 (всего-то 2 мегапикселя), ну пусть будет 4К (не у всех есть, но скоро будет) 4096x2160 (8.8 мегапикселей). Больше - будет прореживание с потерей качества. Ну ладно, бог с вами - возьмите фантастические 8K UHD для будущих мониторов и телевизоров 7680×4320 (33,2 мегапикселя). Не жалко. Только ведь сложно обмануть природу. Нужна площадь матрицы, нужна площадь оптики для того чтоб свет нормально попадал. В телефоне? В его смехотворным диаметром линз (которые к тому же еще и постоянно царапаются)? По моему вы себя обманываете.
Gleb Danilin
19.12.19 08:59
Мне вообще наплевать на мегапиксели в телефонах, всего лишь указал на ошибку в расчетах
Алексей Михайлов
19.12.19 19:49
А была ли ошибка?Даже если предположить что за давностью лет я ничего не помню и там действительно были линии (ваша теория), то повторюсь - дело касалось черно белой пленки крайне низкой светочувствительности. У любой цветной размер зерна на порядки выше, а уж у пленок с ISO250 и выше он просто гигантский. Так что по сути мои 8,64 мегапикселей не умножать - их делить надо. Ну или как минимум оставлять нетронутыми.Хотел про печать написать, да про любимый всеми формат домашних альбомов (10x15) но передумал. В полиграфии все еще хуже. А чертов маркетинг так замулил воду, что объяснить почему домашний принтер (даже претендующий на роль фотопринтера) никак не сможет печатать с разрешением 4800dpi задача совсем не тривиальная.И повторюсь - не в размере счастье, а в умелом использовании. Рецепт качественной фотографии не технический - он эстетический. Грамотно выстроенная композиция, адекватная оценка силы и количества света от всех источников, законченность сюжета, отсутсвие лишних деталей в кадре. Этому учат художников. Долго учат. Для "домашнего использования" достаточно почитать про композицию в кадре и начать пользоваться полученными знаниями. Тогда вопросы о разрешении матрицы уйдут. Оно полезно - безусловно. Но единственная польза от большого количества пикслей - это возможность строить композицию сидя за компьютером двигая рамку по большому кадру. Но, блин - это опять профессиональная фотография. Не надо это для дома. Да и там не очень надо, если по честному. Проще сразу кадр построить, чем потом кроить и выкраивать.
Seldony iLushkersky
18.12.19 13:27
привет, мы взяли объезженную идею и оклеймили ее "авторской статьей"? где источники?
Kara But
18.12.19 17:11|изменено
Теоретически это всё правильно (да и известно). Но на практике получается не так. Давайте продолжим вашу логику:"Какой смартфон вы купите при одинаковой цене: с камерой на 12 Мп или на 4 Мп?"Ответ очевиден - по качеству камера на 12 Мп будет в 95% случаев лучше, чем камера на 4 Мп.Но не потому, что 12 Мп лучше, чем 4, а потому, что 12 Мп это показатель того, что эта камера значительно современнее, и в ней лучше всё - и пиксели, и качество матрицы, и програмное обеспечение и тд. И фото на ней получатся лучше.
Алексей Михайлов
18.12.19 22:28|изменено
У меня до сих пор для самых ответственных моментов, где нужна бумажная фиксация, работает старый Kodak с 7-и мегапиксельной камерой. Печатаю даже 30x40 без видимых проблем. При этом я не фотограф, и фотоаппарат к профессиональным не относится. Wariogon'овская оптика, еще и дополненная комплектом насадок решает. Все много-много-много-пиксельные телефоны нервно курят в сторонке по итоговому качеству.А телефон... Какая камера есть - та и сойдет. Нужна реально качественная камера - покупаем фотоаппарат. И точка на этом. P.S.Избитая истина - снимает не камера, снимает фотограф. Не за мегапикселями гнаться надо. А за изучением основ композиции. Для начала.
Vital Surov
13.01.20 12:35
Теория цифровой фотографии просто перенесена на мобильную цифровую фотографию. Отсюда и ошибки. А современная мобильная фотография совсем другая. Она переросла в другой вид Вычислительная Фотография. А для вычислительной фотографии как раз важно большое количество мегапикселей. Сперва ознакомтесь с теорией вычислительной фотографии а затем пишите про мегапиксели. Технологии не стоят на месте! а вы пишите про 2014 год
Вячеслав Булдаков
15.01.20 16:55
SE K790 камера 1,3 вспышка прада ксенон. Вот был аппарат! И фотки лучше чем сейчас на 12. Увы и ах.
Петр Шеремет
26.02.20 13:04
Цитата: " Чем хуже освещённость и чем ниже качество матрицы камеры, тем больше шума будет на фото." Добавляем то, что чем больше пикселей на матрице малых физических размеров - тем хуже изображение из-за теплового шума. Давно уже определили, что для типичной матрицы 1/2.3" максимальное разрешение не более 8 Мп. В результате имеем то, что имеем: лубочное мыло с перешарпом. Более или менее приличное качество имеют только снимки тянутые из RAW. Камерный джипег у абсолютного большинства смартфонов не выдерживает никакой критики.
Александр Даниленко
09.03.20 15:05
Эта статья была бы актуальной в 2016 году мб, но сейчас...Автор, лучше узнай, что такое технология Quad Bayer (и подобные, в том числе pixel binning). И станет понятно, зачем сейчас погнались за количеством пикселей.... в очередной раз. Если кратко, там данные технологии позволяют объединять несколько пикселей, если нужно. Например, делаешь фото при хорошем освещении, получаешь 48 МП без шумов. Если плохое освещение, то изображение с 4ех соседних пикселей группируется, в итоге получает один большой 'псевдо-пиксель' размером так 1.6 мкм, в 12 МП фото в высоком качестве без шумов. Также стоит отметить, что с развитием этой технологии размеры матриц тоже выросли. Если раньше было 1/2.3 максимум, то сейчас это 1/2 или даже 1/1.8.
Информация
О проектеРубрикиРекламаРедакцияВакансии
Подписка
TelegramВКонтактеTwitterViberYouTubeИнициалRSS
Правила
Пользовательское соглашениеПолитика обработки персональных данныхПравила сообщества
18+Копирование материалов запрещено. Издание может получать комиссию от покупки товаров, представленных в публикациях