Чому і як "більші пікселі" роблять кращу картину?


26

Це виходить з сьогоднішнього анонсу iPhone 5S, коли Філ Шиллер сказав, що "більші пікселі" є запорукою кращої картини.

яблуко каже, що більший, тим краще інші деталі теж більші

  1. Що це означає?
  2. Це правда чи просто маркетингова хитрість?

3
Це означає, що Apple слідкує за Nokia, але вони зроблять це схожим на випередження Nokia. Площа датчика iPhone5 становить 15,5 мм2, а площа датчика Lumia1020 - 58,1 мм2. ( джерело ) Яким буде цей новий датчик в iPhone5S?
Esa Paulasto

@EsaPaulasto ручні обчислення, засновані як на "15% більший датчик", так і на "1,5 мкм пікселів", дають розмір приблизно 4,9 мм х 3,6 мм = 17,6 мм ^ 2.
Філіп Кендалл


Відповіді:


43

Швидкий підсумок

Так, більші пікселі покращують продуктивність, якщо всі інші рівні, а Apple робить хорошу справу, орієнтуючись на розмір датчика. Однак у цьому випадку збільшення розмірів настільки незначне, що різниця буде незначною, ймовірно, не до рівня покращення, якого ви можете очікувати від їх маркетингу.

Що означають великі пікселі?

Це стосується розміру фотоприймачів, що представляють пікселі, на датчику камери.

Коротше кажучи, чим більше світла досягає цих фотоприймачів, тим точніше вони можуть вимірювати рівень світла, зменшуючи тим самим шум. Для спрощення речей шум зазвичай є фактором фотографії при слабкому освітленні або в приміщенні.

Існує два способи отримання більших фотоприймачів на датчику:

  1. Має менше пікселів.

  2. Зробити датчик більшим.

Перший - це компроміс проти резолюції, який може спричинити або не призвести до чистого покращення, тоді як останній - загальний прибуток. В iPhone 5S вони пішли з останнім, що добре.

Невеликі датчики, такі як мобільні телефони та компактні камери, найбільше страждають від малих пікселів, оскільки для однакової кількості пікселів їх пікселі повинні бути набагато, набагато меншими, ніж у DSLR та інших професійних / розповсюджувальних камерах.

Мегапіксельна гонка

Бажання втиснути все більше і більше пікселів у датчики камери зменшує віддачу в роздільній здатності і почало шкодити - або знехтувати покращенням - чутливості маленьких датчиків у мобільних телефонах та компактних камерах.

На жаль, це було керовано менталітетом, що "більше пікселів = краща камера", оскільки кількість мегапікселів дуже легко продати на камеру. Насправді зменшення віддачі гарантує, що чим більше пікселів ви додаєте, тим менш важливим є додавання більше, і ми доходимо до того, що безліч датчиків, особливо крихітних в мобільних телефонах, навіть не можуть вирішити достатню роздільну здатність щоб виправдати кількість мегапікселів у будь-якому випадку, завдяки властивостям використовуваного об'єктива та найгострішому зображенню, яке вони можуть створювати на датчику.

Удосконалення в сенсорній технології, такі як мікролензи та заднє освітлення, а також вдосконалені алгоритми зниження шуму пройшли певний шлях до компенсації втраченої чутливості через збільшення кількості пікселів на такому невеликому датчику, але недостатньо далеко: сьогоднішні камери мобільного телефону все ще шумно в приміщенні та при слабкому освітленні через невелику зону збору світла.

Дуже складно продати камеру на основі чутливості чи інших аспектів якості зображення, коли кількість мегапікселів залишається основною маркетинговою статистикою, пов’язаною з цифровими камерами, однак оманливою.

То чому Apple продає це саме так?

Неінформована публіка все ще сподівається, що якщо камера покращиться, її кількість мегапікселів зросте.

Apple, однак, випускає "кращу" камеру в своєму мобільному телефоні, але не збільшує кількість мегапікселів.

Технічно це хороша ідея щодо якості зображення. Однак важко пояснити людям, чому це відбувається, коли вони були обумовлені вважати, що кількість мегапікселів є основним показником якості зображення.

Маркетинг камери iPhone 5S таким чином - це спроба:

  1. Перемістіть маркетинг датчиків камери від кількості пікселів, до чутливості та інших аспектів якості.

  2. Відволіктись від того, що кількість мегапікселів, яка, як і раніше вважають, визначає якість зображення, не зросла.

На жаль, вони не вперше спробують цю ж революцію і не будуть останніми. Міф про мегапіксель дуже міцно закріпився.

Примітка. У відповідь на деякі коментарі нижче я визначаю "міф про мегапіксель" як міф про те, що кількість пікселів є основним фактором, що визначає якість зображення, і що більше пікселів завжди кращої якості - не те, що кількість пікселів не має ніякої користі. Також притаманною проблемою міфу про мегапіксель є те, що він відволікає від важливих статистичних даних, таких як розмір датчика, про який практично ніколи не говорили для мобільних телефонів та компактних камер.

Це правда чи це маркетингова хитрість?

Це технічно вірно, але в цьому випадку різниця настільки мала, щоб бути незначною.

Це правда, що збереження однакової кількості пікселів і збільшення кожного пікселя призводить до кращої чутливості, і ось що вони тут зробили. Це може призвести до зниження рівня шуму (або, якщо камера може використовувати більш високі швидкості в результаті, можливо менше розмивання руху при слабкому освітленні). Їх фактичне твердження про те, що "більші пікселі = краща картина" є спрощенням цього і може потенційно заплутати людей у ​​думці, що їхні зображення на денному світлі також можуть бути поліпшені, що не так. Але в умовах слабкого освітлення покращена чутливість забезпечить користь.

Однак вони не зробили їх дуже великими. Зі збільшенням розміру датчика лише на 6,6% будь-яке посилення чутливості буде крихітним: настільки малим, що незначним. Щоб зробити це перспективним, DSLR має сенсор, який приблизно 500-900% більший, ніж компактна камера. Це призведе до значного посилення чутливості декількох ф-стопів. Зростання на 6,6% дуже незначне. Він являє собою приблизно шосту частину однієї f-зупинки.

Тож це і своєрідний маркетинговий хід. Щоб зробити якісь значні вигоди, їм доведеться значно збільшити розмір датчика. Це також маркетингова хитрість, тому що раніше їхній маркетинг зосереджувався на кількості мегапікселів, але тепер вони перейшли на ринок збуту, оскільки вирішили не збільшувати кількість мегапікселів і все ще хочуть похвалитися тим, що покращили камеру .


3
За інших рівних буде, бо фізика. Більше площі зберуть більше фотонів. Єдиний випадок, коли це не призвело б до кращої чутливості, було б, якби використовувана технологія CMOS пішла значно назад. Ми не говоримо про фотодетектори 1960-х років. Дивіться також мій параграф, що починається з "Просування в галузі технологій ...".
thomasrutter

5
не конструктивно починати порівнювати з датчиками 1960 року ... при обговоренні одного параметра "все інше рівне" ВЖЕ ВИНАГАДАЄТЬСЯ.
Майкл Нільсен

3
Міф про мегапіксель сам по собі міф, більші пікселі означають кращу чутливість та більш високу якість на піксель, але більше менші пікселі означають кращу чутливість та більш високу якість зображення (усі інші рівні). Я друкую картинки, а не окремі пікселі, тому я набагато краще мати більше мегапікселів.
Метт Грум

3
@MattGrum - У випадку з iPhone, однак, єдиною різницею є розмір пікселів, тому це повинно призвести до поліпшення IQ телефону. Ось чому датчики FF, як правило, перевершують датчики APS-C з однаковою кількістю пікселів у тому ж поколінні. Однак, щоб підтвердити свою думку, як Nikon вдалося довести з D800, нинішня технологія дозволить значно збільшити кількість пікселів без шкоди для якості зображення. Люди все ще обертаються навколо цієї концепції.
Джон Каван

2
Також аргументи щодо щільності пікселів у датчиках FF та APS-C так чи інакше не зменшуються до розміру мобільного телефону. У мобільному телефоні датчик настільки менший, що щільність пікселів, необхідна навіть для скромних 8-мегапікселів, перешкоджає фізичним обмеженням: мінімальне коло сплутаності оптичної системи, відносний розмір фотоприймача до його оточуючої схеми тощо . 8 мегапікселів на датчику розміру мобільного телефону насправді підштовхують його, тоді як 24 мегапікселя на FF, або навіть APS-C, насправді досить рідкі
thomasrutter

13

Теоретично мати більше менших пікселів краще, ніж мати менше великих пікселів.

Невеликий піксель захопить менше фотонів, і, таким чином, його вихід стає шумнішим, але, взявши більше зразків, середній рівень шуму зменшиться, простим перекомпонуванням ви зможете імітувати результат датчика з меншою кількістю більших пікселів.

Але ви можете зробити краще, ніж просто зіставити результат більших пікселів. Більше маленьких пікселів разом збирають більше інформації. Великі пікселі дають вам знати, скільки фотонів випало, скажімо, на площі 5 мкм х 5 мкм. Невеликі пікселі також показують, скільки фотонів випало в тій самій області, але також можна виявити, скільки впало верхній лівий ділянку 25 мкм х 25 мкм, нижній правий регіон 25 мкм х 25 мкм і т.д. більш детальні зображення з тією ж роздільною здатністю, що і камера з більшими більш чутливими пікселями.

На практиці речі ніколи не бувають абсолютно рівними. Коли шум читання враховується при зчитуванні значень з 4-х менших пікселів, це означає зняття покарання за шум читання в чотири рази, що призводить до збільшення шуму в тінях і зменшення АД. Це не повинно бути проблемою з останніми датчиками Sony Exmor із наднизьким рівнем шуму читання, але може бути причиною того, що Canon станом на 2013 рік не виробляв корпус з більш ніж 22 Мп).

Пікселі - це не плоскі сутності. Зазвичай світлочутлива частина знаходиться внизу з навколишньою електронікою на шарах зверху. Це робить пікселі трохи схожими на криницю. Коли пікселів ви робите дуже маленькими, частка світлочутливої ​​площі зменшується, а глибина свердловини та пропорція її ширини стає значно більшою, зменшуючи кількість кутів, з яких вона може отримувати світло, і, отже, чутливість.

Ось де вони працюють з датчиками камер телефону, вони не можуть збільшити кількість пікселів, не пошкодивши серйозну фракцію заповнення та кутову ефективність, отже, спробувати звернутися до споживачів, вони зменшують кількість пікселів. Найкраще рішення - зробити датчик більшим, але для цього знадобиться більший об'єктив, і це не дозволить отримати надзвичайно тонкий корпус, який продає безліч телефонів.

Також є недоліки у меншій кількості пікселів. Знижена частота вибірки призводить до збільшення муару, що вимагає більш сильних фільтрів проти псевдонімів, що посилює проблему зменшеної роздільної здатності. Більш низький показник вибірки також призводить до більшої кількості помилок демозавіювання.

На жаль, мантра "малих пікселів погано" застосовується в різних розмірах формату, і змушує виробників камер неохоче підштовхувати якість вперед шляхом збільшення кількості пікселів, оскільки "звичайна мудрість" полягає в тому, що це погана ідея і робить зображення шумнішими, більш схильними до камери трясти і вимагає кращих лінз (кожна з цих точок не відповідає дійсності).


Не знаю, що я б сказав, що Nikon повністю дотримувався "звичайної мудрості", враховуючи D800 ... або ви можете стверджувати, що загальноприйнята мудрість починає змінюватися, враховуючи тенденцію видалення фільтра AA, що є ще одним ознакою цього .
Джон Каван

1
Це змушує мене замислитися, чи Apple зменшила кількість пікселів у своєму новому iPhone 5s. Але я думав, що вони цього не роблять. Хіба не зробили натомість більший датчик?
Esa Paulasto

1
Вони зберегли однакову кількість пікселів і збільшили розмір датчика (хоча на TINY кількість) з 1,4 мкм до розміру пікселя до 1,5 мкм (1 / 3,2 "розмір датчика до розміру 1/3" датчика).
thomasrutter

4

Основна ідея тут полягає в тому, що більший сенсор дає кращу картину (якщо датчики використовують ту саму технологію). Що Apple зробила, це збільшити розмір датчика, а якщо зберегти однакову кількість пікселів, кожен піксель матиме більш високе співвідношення сигнал / шум, що призведе до кращого зображення.


3

Вся справа в тому, щоб ловити світло, яке потрапляє якомога точніше.

Це досить просто, при більшій поверхні (на піксель) ви будете вловлювати більше світла і зможете зробити більш точне зображення цього світла в кінцевому результаті.

Це правда, що фотографії будуть кращими, але лише 15% на піксель не вражаючі. Тож це і маркетинг. Nokia зробила подібну справу зі своїм PureView. Зниження рівня 41 мегапікселя до 5-10 мегапікселів також різко знизить рівень шуму. Nokia PureView буде надзвичайним для цього, якщо ви запитаєте мене.


0

Є дві основні переваги створення великих пікселів:

  1. великі пікселі збирають більше світла, тому сенсор чутливіший. Це означає, що в умовах слабкої освітленості ви можете робити знімки з низьким рівнем ISO та таким чином із слабким шумом.

  2. з великими діафрагмами (наприклад, f / 2.2) і маленьким датчиком, що багато променів світла випадково взаємодіють з різними пікселями, що розмивають ваше зображення. І це знижує дозвіл.

Однак навіть якщо ми розвенчуємо добре відомий міф про мегапікселі, ми узагальнюємо "чим більше, тим краще" правду про датчики. Звичайно, як сказано вище, це правда, але продуктивність камери залежить від багатьох інших факторів. Щоб спроектувати зображення на більший датчик, підтримуючи невелику відстань між лобовою лінзою та датчиком (як це має зробити iPhone), вам потрібно більше об'єктивів, і якщо якість одного з цих об'єктивів не є хорошою, всі показники роботи система буде найгіршою. Тож "Більше пікселів = краща картина" - це більше гасло, ніж закон.

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.