Почему в iPhone до сих пор стоят 12 Мп камеры? | Портал о гаджетах и технологиях

Почему в iPhone до сих пор стоят 12 Мп камеры?

Заметили, что мегапикселей стало как-то очень много? В Samsung готовят матрицы разрешением 600 Мп, уже есть — 108 Мп, а вот в iPhone, по-прежнему, 12 Мп. Почему так?

Вы наверное думаете, что всё дело в Deep Fusion и других волшебных алгоритмах. Отчасти, да. Но дело не только в них.

А что если я вам скажу, что в iPhone гораздо больше мегапикселей, чем мы думаем. А в Samsung, наоборот, гораздо меньше. Смотря как посчитать эти мегапиксели. Что это еще за заговор такой? Давайте разберемся!

Традиционная структура

Первый момент. Если внимательно посмотреть на современные ультра-мегапиксельные матрицы на 48, 64 или даже 108 Мп (а Samsung официально анонсировал, что работает над 600 Мп сенсором), то становится понятно, что разрешение матрицы стало вещью относительной. Почему я так говорю?

Традиционно, каждый пиксель на матрице состоял как минимум из 3 вещей:

  1. Фотодиод — маленький сенсор, который улавливает свет.
  2. Это цветовой фильтр, который позволят каждому фотодиоду улавливать только нужный спектр свет: красный, зеленый или синий.
  3. Микролинза — которая позволяет, точнее фокусировать свет внутрь пикселя.

Почему в iPhone до сих пор стоят 12 Мп камеры?

Почему в iPhone до сих пор стоят 12 Мп камеры?

И получается что если в пикселе есть эти три компонента, его можно назвать полноценным. И в матрицах с такими дополнениями пикселями мы всегда получаем честное разрешение: если матрица 12 МП, то и фотография будет 12 МП. Но разве можно делать как-то иначе?

Quad Bayer

Оказывается, можно. Долгоt время у производителей матриц была проблема. Они никак не могли сделать пиксель меньше 1 мкм. А значит они не могли при том же физическом размере матрицы увеличить разрешение. Вот мы и сидела в основном с 12 Мп камерами.

Почему в iPhone до сих пор стоят 12 Мп камеры?

Но в 2018 году барьер в 1 мкм был преодолён и появись первые компактные матрицы с размером пикселя 0,9 или 0,8 мкм и разрешением в 48 МП и больше. Но с уменьшением размера пикселя при прочих равных падает и их светочувствительность. Что, кстати, происходит не всегда…

Поэтому придумали очень простой хак. Цветовой фильтр стали накладывать не на один, а сразу на четыре пикселя и назвали такую структуру Quad Bayer, ну или Tetra Cell, если вы маркетолог Samsung. А дальше, объединив 4 пикселя в один гигантский, мы получаем отличную светочувствительность!

Но при этом реальное разрешение в 48 Мп камерах с Quad Bayer структурой в 4 раза меньше номинального и все равно — 12 Мп. Потому что, пиксели в таких матрицах не проходят наш критерий полноценности: в каждом пикселе есть фотодиод, в каждом есть микролинза, но цветовой фильтр только один четырёх. А значит цветовое разрешение в таких камерах в 4 раза ниже фактического.

Почему в iPhone до сих пор стоят 12 Мп камеры?

Более того, даже в новых Samsung со 108 Мп камерами, реальное разрешение тоже 12 Мп, потому как в них объединяют не четыре, а сразу девять пикселей. Итого, 108 делим на 9, получаем 12.

Почему в iPhone до сих пор стоят 12 Мп камеры?

Но почему же просто не сделать большие пиксели и не заморачиваться с этим объединением? Как ни странно такой подход даёт массу преимуществ!

Во-первых, днём когда света много — можно не объединять пиксели, а наоборот, при помощи алгоритма Re-mosaic можно восстановить хоть и неполное разрешение матрицы, но очень высокое.

Почему в iPhone до сих пор стоят 12 Мп камеры?

Почему в iPhone до сих пор стоят 12 Мп камеры?

Во-вторых, мы можем заставить разные пиксели работали с разной выдержкой. Тогда на выходе мы получим один светлый и один темный кадр, а склеив их мы можем полноценную HDR фотографию, или даже HDR видео!

Почему в iPhone до сих пор стоят 12 Мп камеры?

Почему в iPhone до сих пор стоят 12 Мп камеры?

Короче, вариантов для экспериментов масса и грех такое не использовать.

Но, если все уже поняли, что подход работает, почему же тогда ни в iPhone, ни в Pixel не пользуется преимуществами новых матриц? И вот тут самое интересное. На самом деле они пользуется, причем давно, но по-другому!

Dual Pixel

Помимо структур Bayer и Quad Bayer, существует и альтернативная школа, которая называется Dual Pixel или вернее сказать Dual Photo Diode.

Она отличается от традиционного Байера тем, что каждый пиксель в ней состоит из двух независимых фотодиодов. При этом оба фотодиода перекрывает только одна микролинза.

Почему в iPhone до сих пор стоят 12 Мп камеры?

Но зачем это нужно? Если посмотреть на традиционную цифровую матрицу под микроскопом, то помимо обычных пикселей мы заметим какие-то странные зоны — вот эти зеленые штучки.

Почему в iPhone до сих пор стоят 12 Мп камеры?

Это датчики фазовой фокусировки. Они необходимы для автофокуса. Кто снимал на зеркальные, помните вот такие зоны фокусировки в видоискателе? Вот это они!

Почему в iPhone до сих пор стоят 12 Мп камеры?

Чем больше таких датчиков, тем быстрее и точнее будет работа автофокуса или AF. Но вот проблема. Они физически занимают место на матрице и отнимают его у нормальных пикселей. А значит, нельзя бесконечно увеличивать количество фазовых пикселей. Потому как, если бы, на каждый обычный пиксель приходился один фазовый пиксель, то система фокусировки занимала бы процентов 60 от общей площади.

Почему в iPhone до сих пор стоят 12 Мп камеры?

Так было раньше, пока Canon не придумал технологию Dual Pixel. В качестве датчиков фазовой фокусировки они стали использовать обычные пиксели, разделив их на две части! Это позволило все пиксели сделать фазовыми! Опять же все кто пользовался зеркалками, знает какой у Canon крутой автофокус.

Почему в iPhone до сих пор стоят 12 Мп камеры?

Почему в iPhone до сих пор стоят 12 Мп камеры?

Но если у взрослых камер такая технология есть только у Canon, то в смартфонах, матрицы с двойными пикселями производит и Samsung, и Sony, поэтому такую систему фокусировки можно встретить можно встретить в куче смартфонов. В том числе во всех Google Pixel, начиная со второго и в iPhone 11 и 12.

Поэтому фактически в iPhone матрицы 24 мегапиксельные, если считать по количеству фотодиодов. Только полноценными такие 24 Мп конечно назвать нельзя, потому как тут пиксели делят на двоих не только цветовой фильтр, но и макролинзу. Поэтому в таких матрицах пиксели всегда работают в режиме объединения.

Правда есть одно исключение, если в iPhone систему двойных пикселей используют исключительно по назначению то есть для улучшения фокусировки, и, кстати, автофокус в iPhone замечательно работает как в фото, так и в видео, то в Google Pixel при помощи этой технологии научились делать портретные снимки с одной камеры. Они просто берут две фотографии, которые получились с правого и левого фотодиода и, подсчитав насколько сдвинулось изображение, строят карту глубины.

Почему в iPhone до сих пор стоят 12 Мп камеры?

Так к чему я всё это? 12 Мп в iPhone — это осознанный выбор Apple, как и 108 Мп в Galaxy — осознанный выбор Samsung. Каждый из которых даёт свои преимущества и недостатки.

Камеры с высоким разрешением и структурой Quad Bayer или NonaCell — позволяют добиться более высокого разрешения днём и классной светочувствительности ночью. Позволяют проводить съёмку с алгоритмами HDR для фото и видео и вообще могут очень гибко настраиваться под конкретную задачу. Но пока не каждый процессор может справится с обработкой такого количества пикселей, а также, как показали тесты Galaxy S20 Ultra, бывают проблемы с фокусировкой.

Почему в iPhone до сих пор стоят 12 Мп камеры?

Dual Pixel матрицы с низким разрешением вроде бы ничем особо не отличаются от традиционных матриц, но фотографии в низком разрешении проще обрабатывать. А структура Dual Pixel позволяет добиться потрясающей скорости и точности фокусировки.

Почему в iPhone до сих пор стоят 12 Мп камеры?

Тем не менее мир не стоит на месте, Samsung и Sony уже показали новые матрицы с Quad Bayer структурой и двойными пикселями, которые берут лучшее из двух миров. Поэтому в будущем ждем еще более крутые камерофоны в следующем году.

Post Views:
72