- Kvaliteta fotografije više ovisi o veličini senzora i svakog piksela nego o broju megapiksela.
- CMOS i BSI senzori su uvelike poboljšali performanse mobilnih telefona u uvjetima slabog osvjetljenja.
- Bayerova matrica (RGGB ili RYYB) i grupiranje piksela utječu na način hvatanja i obrade svjetlosti.
- Prilikom odabira mobitela s kamerom, najbolje je dati prednost velikom senzoru, velikim pikselima i dobroj optici u odnosu na napuhane brojke rezolucije.
Ako vam je telefon danas praktički glavni fotoaparat , to nije magično. Ne tako davno, fotoaparati na telefonima bili su tek brzo rješenje: snimanje mutnih fotografija dokumenta, slanje ružne slike putem MMS-a i ništa više. Sada mnogi ljudi ostavljaju svoje kompaktne fotoaparate kod kuće jer pametni telefoni rade toliko dobro da se mogu natjecati s namjenskim fotoaparatima srednje klase, pa čak i nekima srednje i visoke klase.
Problem je u tome što nas je marketing naveo da se usredotočimo na pogrešne stvari. Godinama nam se govori da su megapikseli i broj kamera ono što je važno , a mnogi ljudi i dalje biraju mobitel isključivo na temelju te dvije brojke. Međutim, pravo srce sustava je još jedna komponenta na koju gotovo nitko ne obraća pažnju: senzor slike. Razumijevanje što radi, kako funkcionira i zašto je njegova veličina ključna čini svu razliku između kupnje na temelju oglašavanja i kupnje bistre glave.
Zašto megapikseli nisu prava mjera kvalitete
Godinama smo se navikli prvenstveno usredotočiti na broj megapiksela u fotoaparatu: što više, to bolje... ili se barem tako činilo. Oglašavanje je inzistiralo na tome da fotoaparat s više megapiksela snima fotografije više kvalitete, a mnogi proizvođači su povećali broj bez da su se bavili onim što je stvarno važno: veličinom senzora i veličinom svakog piksela.
Senzor se sastoji od milijuna sićušnih silicijskih poluvodiča koji se nazivaju fotodiode ili fotodiode. Svaki od njih pretvara svjetlost (fotone) koju prima u električni signal. U praksi, svaki fotodioda odgovara jednom pikselu u konačnoj slici. Kada govorimo o megapikselima, jednostavno se odnosimo na ukupan broj tih piksela, a ne na njihovu kvalitetu.
Rezolucija (na primjer, 5472 x 3648 piksela u fotoaparatu od 20 megapiksela) govori nam maksimalnu razinu detalja i maksimalnu veličinu koju možemo ispisati ili izrezati bez da se fotografija izobliči. Ali to nam ništa ne govori o šumu, dinamičkom rasponu, performansama u uvjetima slabog osvjetljenja ili točnosti boja. Sve to uvelike ovisi o fizičkoj veličini senzora i veličini svakog piksela.
Općenito, pri usporedbi tehnologija iste generacije, što je veći senzor, to je veća ukupna kvaliteta slike . Pa zašto ne stavljaju najveći mogući senzor u sve uređaje? To je isključivo iz inženjerskih razloga: veliki senzori su skuplji, zauzimaju više prostora i zahtijevaju veće objektive, što se kosi s ultratankim telefonima i uskim cjenovnim maržama.
Osim rezolucije, važno je razumjeti dva ključna koncepta: gustoću piksela (koliko megapiksela ima po kvadratnom centimetru senzora) i veličinu piksela (veličina svake slikovne jedinice, obično mjerena u mikronima). S istom veličinom senzora, manji broj megapiksela znači veće piksele, sposobne za hvatanje više svjetla i stoga nude bolju kvalitetu slike.
Kako senzor mobilne kamere zapravo funkcionira
Kamera vašeg mobilnog telefona dijeli istu osnovnu tehnologiju kao i tradicionalni digitalni fotoaparat . S jedne strane, tu je optička jedinica (skup leća) koja je odgovorna za "organiziranje" i usmjeravanje svjetla bez prevelikog izobličenja ili kromatske aberacije. To svjetlo prolazi kroz leću kada sustav otvori otvor blende i ide izravno do senzora.
U analognim kamerama, ta svjetlost je snimljena na kemijskom filmu koji sadrži srebrne soli. U mobilnom telefonu, svjetlost pada na niz fotosenzitivnih ćelija , digitalni senzor. Svaka ćelija broji koliko je fotona stiglo tijekom vremena ekspozicije i generira napon proporcionalan toj količini svjetlosti. Ove informacije, piksel po piksel, zatim se pretvaraju u digitalne podatke koje procesor slike (ISP) telefona interpretira i obrađuje.
Senzori koji se nalaze u mobilnim telefonima i fotoaparatima u biti su dvije porodice: stariji CCD (Charge-Coupled Device) i rasprostranjeniji CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). CCD-ovi su dugo nudili izvrsnu kvalitetu slike, ali su bili skupi, generirali su puno topline i zahtijevali su složene i glomazne sustave hlađenja - nešto nepraktično u tankom pametnom telefonu.
CMOS senzori, koji su razvijeni i usavršeni uglavnom zahvaljujući NASA-inim naporima minijaturizacije, revolucionirali su tržište. Integriraju sklopove za očitavanje i digitalizaciju unutar samog čipa, što ih čini jeftinijima za proizvodnju, energetski učinkovitijima i stvaraju manje topline. Nadalje, omogućuju dodavanje logike obrade unutar senzora i programabilni su, što ih čini idealnim za mobilne uređaje gdje su prostor i energetska učinkovitost ključni.
Na temelju toga pojavile su se varijacije, poput BSI (Back-Illuminated Sensor) senzora , koji se široko koriste u modernim pametnim telefonima. Ovdje je struktura reorganizirana tako da svjetlost dopire do fotodioda s manje prepreka, što očito poboljšava performanse u uvjetima slabog osvjetljenja. Rezultat: čišće fotografije s manje šuma pri slabom osvjetljenju.
Način na koji su ćelije raspoređene u nizu također je važan. Postoje senzori s linearnom, trilinearnom i višenizovnom distribucijom... ali u mobilnim uređajima najčešći je Bayerov niz , koji kombinira filtere boja postavljene preko svake fotolokacije kako bi bijelo svjetlo odvojio u tri komponente.
Bayerova matrica: RGGB, RYYB i bitka za hvatanje više svjetla
Svjetlost koja ulazi u senzor je bijela, ali je moramo razdvojiti na obojene komponente kako bismo rekonstruirali sliku. Da bismo to učinili, svaka fotocitna ploča prekrivena je malim obojenim filterom koji propušta samo dio spektra. To se obično radi odvajanjem svjetlosti na crvenu, zelenu i plavu (RGB) ili varijante poput crvene, žute i plave (RYB), te kombiniranjem informacija s nekoliko fotocitnih ploča za svaki konačni piksel.
Klasična Bayerova matrica je RGGB: u bloku od četiri fotolokacije imamo jednu crvenu, jednu plavu i dvije zelene. Ova redundancija zelene nije slučajna. Ljudsko oko je osjetljivije na zeleni kanal, a njegovo udvostručenje omogućuje veće detalje i manje šuma u konačnoj slici. Kamera, uz pomoć obrade, kombinira podatke s ove četiri fotolokacije kako bi generirala jedan, potpuni piksel u boji.
Huawei je, u suradnji s Leicom, odlučio prekinuti ovu tradiciju u nekim svojim modelima uvođenjem RYYB Super Spectrum senzora . U ovom slučaju, niz ima jedan crveni fotocit, jedan plavi fotocit i dva žuta fotocit, zamjenjujući redundantni zeleni kanal žutim koji omogućuje prolaz drugačijem, širem dijelu spektra.
Što to znači? To znači da žuti fotokanali hvataju više svjetla od zelenih, pa senzor na papiru prikuplja više informacija o svjetlu . Sustav tada radi više poput CMYK tiska (gdje je boja suptraktivna) nego strogo aditivnog RGB modela. Za rekonstrukciju vjerne slike, obrada mora izvršiti više izračuna: crveni i plavi podaci kombiniraju se sa žutim kako bi se dobili konačni kanali, što zahtijeva veću procesorsku snagu i mnogo računalne fotografije.
Ova promjena jasno pokazuje trend u industriji: postoji utrka za istiskivanjem svakog milimetra površine senzora za više svjetla i detalja. Ali, kao što je gotovo uvijek slučaj, nema lakih čuda. Ovim senzorima potrebni su snažni procesori i napredni algoritmi kako bi u potpunosti iskoristili dostupno svjetlo bez narušavanja boja ili povećanja šuma.
Veličina senzora i veličina piksela: evo ključa
Ako iz svega ovoga izvučemo jednu ključnu stvar, ona bi trebala biti sljedeća: uz sve ostale jednake uvjete, što je senzor veći, to više informacija može snimiti . I, unutar tog senzora, što su veći pikseli (tj. fotodiode), to će kamera bolje raditi, posebno pri slabom osvjetljenju.
Broj fotona koje piksel može "izbrojati" proporcionalan je njegovoj površini. Veliki piksel može akumulirati više naboja prije zasićenja od malog, što rezultira većim dinamičkim rasponom (bolji detalji u osvijetljenim i sjenovitim dijelovima), manje šuma i stabilnijom reprodukcijom boja. Nije slučajno da ozbiljne tehničke specifikacije navode veličinu piksela u mikronima : 1,22 μm, 1,4 μm, 1,8 μm, 2 μm… što je veći broj, to bolje, pod uvjetom da uspoređujemo senzore iste generacije.
Proizvođači rade unutar vrlo ograničenog fizičkog prostora: modul kamere mora stati unutar kućišta telefona, ne smije pretjerano stršiti i mora koegzistirati s baterijom, matičnom pločom, zvučnicima i drugim komponentama. Stoga se veličina senzora ili piksela često žrtvuje kako bi se povećala rezolucija u marketinške svrhe. Rezultat može biti kamera od 64 ili 108 megapiksela s vrlo malim pikselima koja, bez softverskih poboljšanja, noću radi lošije od kamere od 12 megapiksela s većim pikselima.
Kako bi se ublažio ovaj problem, mnogi senzori visoke rezolucije koriste tehnike spajanja piksela ili fuzije piksela. Pod trgovačkim nazivima kao što su Quad Bayer, Tetracell ili Light Fusion, senzor kombinira četiri fizička piksela u jedan "virtualni" piksel prilikom generiranja slike. Na taj način, senzor od 48 megapiksela proizvodi fotografije od 12 megapiksela s većim hvatanjem svjetla i manje šuma, koristeći više fotolokacija za svaki konačni piksel.
Ovo spajanje se vrši na razini hardvera i/ili softvera i obično se može omogućiti ili onemogućiti iz aplikacije kamere. Aktiviranje punog načina rada od 48 ili 64 megapiksela pruža više detalja za izrezivanje , ali pogoršava performanse u uvjetima slabog osvjetljenja. Omogućavanje telefonu da smanji rezoluciju na četvrtinu pomoću spajanja piksela poboljšava ukupnu kvalitetu slike, posebno noću.
U višem segmentu tržišta već vidimo 1-inčne senzore u nekim naprednim modelima marki poput Xiaomija i Huaweija. Ovi senzori nisu samo fizički veći, već mogu primiti i veće piksele , što očito poboljšava mogućnosti sakupljanja svjetlosti. To ne znači automatski da snimaju najbolje fotografije na tržištu, ali imaju objektivnu prednost u smislu sirovine: fotona.
Senzori, optika i obrada: trio koji određuje konačnu kvalitetu
Fotografska kvaliteta ne ovisi isključivo o senzoru. Iako je najvažnija komponenta, dva druga stupa nose značajnu težinu: kvaliteta objektiva i obrada slike. Objektiv loše kvalitete, lošeg poliranja ili loše dizajniran objektiv može uzrokovati kromatske aberacije, gubitak oštrine na rubovima i geometrijsko izobličenje koje može uništiti scenu, bez obzira na to koliko je senzor dobar.
Nakon što je fotografija snimljena, na red dolazi obrada, koja je u modernim mobilnim telefonima usko povezana s računalnom fotografijom . ISP i softver proizvođača kombiniraju nekoliko snimaka, prilagođavaju šum, podižu sjene, komprimiraju istaknute dijelove, ispravljaju boje i primjenjuju selektivno oštrenje. Svaka marka ima svoj prepoznatljivi stil: neke daju prednost zasićenijim bojama i visokom kontrastu, dok druge teže prirodnijem i mekšem izgledu.
Međutim, fizička veličina senzora ostaje važnija od same rezolucije. Veći senzor, čak i s manje megapiksela, može ponuditi slike više kvalitete (posebno pri slabom osvjetljenju) od manjeg senzora pretrpanog sitnim ćelijama. To je dovelo do dizajnerskih odluka koje su se sukobile s utrkom megapiksela, poput HTC One M7 s 4 megapiksela i ogromnim pikselima ili iPhonea koji su godinama "zaglavili" na 8 ili 12 megapiksela, ali sa sve većim senzorima.
Na drugom kraju spektra imamo telefone koji se mogu pohvaliti s 40, 50 ili više megapiksela, pa čak i senzorima od 41 megapiksela poput legendarnog Nokia 808 PureView ili senzora od 40,1 megapiksela u Lumiji 1020, koji se oslanjao na obilnu rezoluciju kako bi ponudio zumiranje bez gubitaka i agresivno izrezivanje. Svaki pristup ima svoje prednosti, ali uvijek biste trebali uzeti u obzir veličinu senzora i broj piksela kako biste doista razumjeli što kupujete.
Vrste senzora i njihova uloga u trenutnoj mobilnoj fotografiji
Moderni mobilni telefon obično nema samo jedan senzor, već nekoliko, svaki specijaliziran za određenu upotrebu. Glavni senzor je obično najviše kvalitete (i često najveći), jer obrađuje većinu korisnikovih fotografija i videozapisa. Njegove performanse pri slabom osvjetljenju, rezolucija i dinamički raspon definiraju cjelokupno fotografsko iskustvo.
Uz njega se nalazi širokokutni senzor , odgovoran za proširenje vidnog polja. Idealan za pejzaže, arhitekturu ili grupne fotografije, žrtvuje dio oštrine rubova, a ponekad i malo svjetla kako bi zabilježio više scene. U vrhunskim modelima, ovaj senzor se također može pohvaliti dobrom optikom i pristojnom veličinom, pa ostaje koristan u izazovnim situacijama.
Teleobjektiv dolazi do izražaja kada koristimo optički zum. Za razliku od digitalnog zuma (koji izrezuje i rasteže sliku), teleobjektiv nam omogućuje približavanje bez gubitka stvarnih detalja, budući da se povećanje postiže specifičnom optikom. Ovdje su opet ključni veličina senzora i piksela: vrlo dugi teleobjektiv s malim senzorom može loše raditi u sumrak, bez obzira na to koliko se visoke brojke povećanja oglašavaju.
U mnogim telefonima, ove tri značajke nadopunjuju se dodatnim značajkama poput senzora dubine (za poboljšanje zamućenja u portretnom načinu), senzora temperature boje (za bolje podešavanje balansa bijele boje) ili čak namjenskih makro senzora. Njihova je funkcija nadopunjavanje glavnog senzora, iako se neke od tih uloga često mogu simulirati softverom pomoću samog glavnog senzora.
Stabilizacija slike, bilo optička (OIS) ili elektronička (EIS), također je važna. Iako nije dio senzora, radi zajedno s njim kako bi smanjila podrhtavanje i vibracije fotoaparata , što je bitno za snimanje jasnih fotografija u scenama sa slabim osvjetljenjem i za snimanje glatkog videa.
Kako odabrati mobitel s kamerom prema vašim stvarnim potrebama
Prilikom kupnje telefona s obzirom na fotografiju, nije stvar u zanemarivanju megapiksela, već u njihovom stavljanju u kontekst. Ako obično uživate u fotografijama na zaslonu telefona, na društvenim mrežama ili na Full HD televizoru, nekoliko dobro iskorištenih megapiksela i veliki senzor bit će više nego dovoljni. U tim slučajevima, veliki senzor od 12 ili 16 megapiksela može vam dati bolje rezultate u svakodnevnoj upotrebi od telefona od 64 megapiksela s malim senzorom.
S druge strane, ako često ispisujete na velikom papiru, radite agresivno izrezivanje ili radite poluprofesionalno, tada se senzor visoke rezolucije definitivno isplati , pod uvjetom da cijeli proračun nije potrošen na trpanje sitnih piksela u smiješno mali senzor. U tim slučajevima, senzori od 40, 50 ili više megapiksela, uz dobru fizičku veličinu i robusne mogućnosti obrade, imaju smisla.
Bez obzira na vašu situaciju, vrijedi si postaviti tri jednostavna pitanja: U kojim uvjetima osvjetljenja najčešće snimam? Što radim sa svojim fotografijama nakon toga? I isplati li se veći modul kamere zbog dodatne kvalitete? Odgovori na ova pitanja pomoći će vam da date prednost velikom senzoru i velikim pikselima u odnosu na astronomske rezolucije koje u praksi nećete iskoristiti u punom potencijalu.
Konačno, ne zaboravite da stvarne performanse ovise i o generaciji senzora i procesora. Besmisleno je izravno uspoređivati moderni, vrhunski BSI senzor sa starijim od prije mnogo godina, čak i ako su iste veličine. Prilikom usporedbe modela pokušajte to učiniti između uređaja iz istog razdoblja i cjenovnog ranga i uvijek obratite pozornost na: veličinu senzora, veličinu piksela, otvor blende objektiva i ima li optičku stabilizaciju slike.
U konačnici, iza svake dobre fotografije snimljene telefonom stoji delikatna ravnoteža između optike, senzora i softvera. Megapikseli vam govore koliko će piksela slika imati, ali senzor je taj koji određuje koliko svjetla, detalja i dinamičkog raspona možete snimiti. Razumijevanje njegove važnosti omogućuje vam da pogledate dalje od reklamne pompe i donesete informiranu odluku o sljedećem pametnom telefonu koji ćete staviti u džep.
