ทำไมการแข่งขันเพื่อล้านพิกเซลในสมาร์ทโฟนจึงเป็นเรื่องเหลวไหล

2024 ผู้เขียน: Malcolm Clapton | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 04:12

คุณภาพของภาพถ่ายขึ้นอยู่กับหลายลักษณะ ดังนั้น กล้อง 48 ล้านพิกเซลจึงยังไม่พูดอะไร

กล้องสมาร์ทโฟนทำงานอย่างไร

กล้องเป็นสิ่งที่ซับซ้อน มันรวมเซ็นเซอร์ ระบบออปติคัล คอนโทรลเลอร์ และส่วนประกอบเสริมอื่นๆ เข้าไว้ด้วยกัน เช่นเดียวกับซอฟต์แวร์สำหรับการประมวลผลภาพถ่ายและวิดีโอ ลองพิจารณาแต่ละองค์ประกอบโดยละเอียดยิ่งขึ้น

เมทริกซ์

เมทริกซ์เป็นไมโครวงจรสี่เหลี่ยมที่ประกอบด้วยองค์ประกอบที่ไวต่อแสง - พิกเซล แต่ละพิกเซลมีพิกเซลย่อยสามพิกเซล พิกเซลย่อยหนึ่งพิกเซลส่งผ่านความยาวคลื่นบางช่วงเท่านั้น: สำหรับสีแดง เขียว หรือน้ำเงิน (แดง เขียว น้ำเงิน) โมเดลสีนี้เรียกว่า RGB

นอกจากนี้ เมทริกซ์สามารถเป็นแบบขาวดำได้โดยไม่ต้องใช้ฟิลเตอร์สี โฟตอนจำนวนมากถึงสามเท่าในแต่ละพิกเซล ส่งผลให้ภาพถ่ายขาวดำคมชัดขึ้น เมทริกซ์ดังกล่าวสามารถใช้เพื่อปรับปรุงภาพสีจากโมดูลกล้องอื่นได้

หนึ่งในคุณสมบัติหลักของเมทริกซ์คือความละเอียด มันสะท้อนให้เห็นจำนวนพิกเซลที่พอดีกับมัน

เลนส์

เลนส์สมาร์ทโฟนขนาดเล็กเกือบเป็นเครื่องประดับ ระบบที่หายากประกอบด้วยองค์ประกอบ 4-5 อย่าง - โดยปกติ 7-8 หรือมากกว่า

ในสมาร์ทโฟนที่มีกล้องหลายตัว เมทริกซ์แต่ละตัวจะมีเลนส์ของตัวเอง แต่ละคนแก้ปัญหาของตัวเอง:

• เลนส์เทเลโฟโต้ (เทเลโฟโต้) จำเป็นสำหรับการถ่ายภาพจากระยะไกล
• มุมกว้าง (ชีริก) จะช่วยให้ใส่วัตถุลงในเฟรมได้มากขึ้น ซึ่งมีประโยชน์สำหรับการถ่ายภาพหมู่และการถ่ายภาพสถาปัตยกรรม
• สากล เลนส์จะช่วยให้คุณถ่ายภาพวัตถุได้ในระดับปานกลาง ตั้งแต่ภาพบุคคลไปจนถึงทิวทัศน์
• เลนส์วารีโฟกัส (ซูม) สามารถนำวัตถุเข้ามาใกล้ได้มากขึ้น

เลนส์สำหรับเลนส์สมาร์ทโฟนทำจากแก้วหรือโพลีเมอร์พิเศษ หากความโปร่งใสนั้นอยู่ไกลจากอุดมคติและองค์ประกอบไม่พอดี อย่าคาดหวังภาพถ่ายที่ดี แม้ว่าเลนส์จะเคลื่อนที่เพียงไม่กี่ไมครอน แต่ระบบออพติคอลก็จะพร่ามัว

กะบังลม

ไดอะแฟรมคือรูที่แสงเข้าสู่กล้อง ปริมาณแสงที่เซ็นเซอร์สามารถรับได้นั้นขึ้นอยู่กับแสงนั้น ค่ารูรับแสงจะส่งออกในรูปแบบ f / 1, 7

ระบบป้องกันภาพสั่นไหว

การป้องกันภาพสั่นไหวจะชดเชยความเบลอจากการสั่นของกล้อง เช่น เมื่อถ่ายภาพโดยถือกล้องในมือแทนการใช้ขาตั้งกล้อง สามารถเป็นได้สองประเภท:

• ออปติก. ระบบเครื่องกลอิเล็กทรอนิกส์ที่ซื่อสัตย์ซึ่งถือกล้องไว้ในตำแหน่งเดียว (อย่างน้อยก็พยายาม) ให้ภาพถ่ายที่คมชัดยิ่งขึ้นโดยมีสัญญาณรบกวนน้อยที่สุด และแทบไม่ต้องใช้การประมวลผลซอฟต์แวร์
• อิเล็กทรอนิกส์. นี่คืออัลกอริทึมของซอฟต์แวร์ กล้องยังคงสั่น แต่ด้วยการวิเคราะห์หลายเฟรม ผลลัพธ์ที่ดีจะถูกสร้างขึ้น

ระบบออโต้โฟกัส

โฟกัสอัตโนมัติจะกำหนดระยะห่างจากวัตถุและปรับพารามิเตอร์ของออปติกของกล้องให้เหมาะสม ระบบสามประเภทใช้ในสมาร์ทโฟนสมัยใหม่:

• เฟส. เซนเซอร์พิเศษเก็บรังสีแสงที่จุดต่างๆ ในเฟรม จากนั้นแสงจะแบ่งออกเป็นสองสตรีมและส่งไปยังเซ็นเซอร์วัดแสงเพื่อกำหนดระยะห่างจากวัตถุ ข้อดี: ความแม่นยำสูงและความเร็วในการทำงาน ข้อเสีย: ราคาสูง ความซับซ้อนของการออกแบบและการตั้งค่า
• ตัดกัน. มีการวิเคราะห์ความเปรียบต่างของฉาก เมื่อขยับเลนส์ กล้องจะพยายามเพิ่มคอนทราสต์ของตัวแบบกับแบ็คกราวด์ให้มากที่สุด ข้อดี: ขนาดกะทัดรัดและต้นทุนต่ำ ข้อเสีย: ระบบทำงานช้าและไม่เหมาะกับฉากไดนามิก
• ไฮบริด. รวมการโฟกัสเฟสและคอนทราสต์เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด

ซอฟต์แวร์

ซอฟต์แวร์ยังถือได้ว่าเป็นส่วนหนึ่งของกล้องด้วย เพราะมันเกี่ยวข้องโดยตรงกับการได้รับผลลัพธ์จากการถ่ายภาพ ทุกวันนี้ ไม่มีสมาร์ทโฟนใดให้คุณสร้างเฟรมได้เหมือนอย่างที่มันเป็น โดยไม่ต้องประมวลผลซอฟต์แวร์ อัลกอริธึมที่ซับซ้อน ซึ่งมักใช้ฐานข้อมูลขนาดใหญ่หรือเทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์ แก้ไขแต่ละช็อตเพื่อ "ทำให้คุณสวย"

ภาพดิบจะไม่สว่างหรือชัดเจนเพียงพอ ซอฟต์แวร์จะลบการเปิดรับแสงมากเกินไป ดึงบริเวณที่มืดออก ปรับปรุงสี เพิ่มความคมชัด และทำทั้งหมดนี้โดยอัตโนมัติและรวดเร็วมาก

แต่ก็มีข้อเสียของเหรียญเช่นกัน การลดสัญญาณรบกวนที่ก้าวร้าวสามารถทำให้ภาพที่ถ่ายตอนค่ำดูเป็นเม็ดเล็ก - ราวกับว่ามีจุดเล็กๆ จำนวนมาก ทำให้รายละเอียดลดลงและทำให้สีไม่เป็นธรรมชาติ

จำนวนพิกเซลมีผลอย่างไร?

ข้อกำหนดโดยละเอียดของสมาร์ทโฟนมักจะระบุขนาดจริงของเมทริกซ์ของกล้อง เช่น 1/2, 6″ บนเว็บไซต์ของผู้ผลิต คุณสามารถค้นหาข้อมูลเกี่ยวกับขนาดพิกเซลในเมทริกซ์ พารามิเตอร์นี้ส่งผลต่อจำนวนจุดในเฟรม ยิ่งมีความละเอียดสูงเท่าใด การแสดงรายละเอียดก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น

แต่ถ้าพิกเซลมีขนาดเล็ก แต่ละพิกเซลจะได้รับแสงน้อยและไม่สามารถระบุสีของจุดในภาพจริงได้อย่างถูกต้อง จึงทำให้จุดรบกวนปรากฏขึ้นในภาพถ่าย

สัญญาณรบกวนเป็นจุดกระจัดกระจายของสีและความสว่างแบบสุ่ม ยิ่งการส่องสว่างที่แย่ลงและคุณภาพของเมทริกซ์ของกล้องยิ่งต่ำลงเท่าใด ก็จะยิ่งมีจุดรบกวนในภาพถ่ายมากขึ้นเท่านั้น

จำนวนในเฟรมเป็นสัดส่วนกับขนาดพิกเซลหรือสี่เหลี่ยมจัตุรัสของเมทริกซ์ในแนวทแยง หากเราเปรียบเทียบเมทริกซ์สองตัวที่มีพิกเซล 1, 55 µm และ 1, 1 µm ในเฟรมที่มีจุดแรก จะมีสัญญาณรบกวนครึ่งหนึ่ง

ช่วงไดนามิกของเมทริกซ์ก็มีความสำคัญเช่นกัน - ความสามารถในการจับสเปกตรัมสีและความสว่างทั้งหมดของโลกรอบข้าง อันราคาถูกมีช่วงเล็ก ๆ และรูปถ่ายก็ซีดจางและมัวหมอง

ทำไมผู้ผลิตสมาร์ทโฟนถึงไล่ตามพิกเซล

เพราะผู้ซื้อมักต้องการมากที่สุด ต่อให้อยู่ในรถที่มีม้า 300 ตัว คุณต้องยืนอยู่ในสภาพรถติดหรือเล่นไพ่คนเดียวบนคอมพิวเตอร์เกมสุดเจ๋ง

คุณจะซื้อสมาร์ทโฟนรุ่นใดในราคาเดียวกัน: ด้วยกล้อง 12MP หรือกล้อง 48MP เมื่อเลือกอันที่สอง คุณจะได้เมกะพิกเซลเพิ่มขึ้นสี่เท่าด้วยเงินเท่าเดิม แต่ภาพถ่ายของคุณจะไม่ดีขึ้นสี่เท่า

เซ็นเซอร์ที่มีพิกเซลขนาดเล็กจำนวนมากจะถูกกว่าเซ็นเซอร์ที่มีพิกเซลขนาดใหญ่และจะขายได้ดีกว่า

เมทริกซ์ขนาดใหญ่ใช้พื้นที่มากขึ้นในสมาร์ทโฟน ระบบออปติคัลสำหรับพวกเขาควรใหญ่กว่านี้ด้วย ดังนั้นจะมีพื้นที่น้อยลงสำหรับส่วนอื่นๆ ในร่างกาย สมาร์ทโฟนจะหนาขึ้นหรือกล้องจะยื่นออกมา มันจะต้องได้รับการปกป้องด้วยกระจกเทมเปอร์หรือแซฟไฟร์ และนี่ก็เป็นเงินด้วย

การขายสมาร์ตโฟนแพงๆ อ้วนๆ นั้นยาก ง่ายกว่าในการสั่งซื้อเมทริกซ์ที่มีพิกเซลขนาดเล็กจำนวนมากและดำเนินการแคมเปญการตลาดที่มีเสียงดัง: เพิ่มตราประทับอัตโนมัติ "ถ่ายด้วย supermegaflagman 48MP" ลงในภาพถ่ายของกล้องเพื่อให้ทุกคนรู้ว่ามีคนซื้อสมาร์ทโฟนเครื่องใหม่ และให้แฟนๆ และมือโปรใช้ DSLR

ถึงแม้ว่า Nokia จะใช้โอกาสและได้รับสมาร์ทโฟนในตำนานอย่าง Lumia 1020 ที่มีกล้อง 41 ล้านพิกเซล และนี่คือในปี 2013!

คุณภาพของภาพถ่ายขึ้นอยู่กับอะไรจริงๆ?

ขนาดเมทริกซ์และพิกเซล

หากคุณใช้เมทริกซ์สองตัวที่มีความละเอียดเท่ากัน ภาพถ่ายที่มีคุณภาพดีกว่าจะได้ภาพที่มีขนาดใหญ่กว่า ที่นั่น พิกเซลจะใหญ่ขึ้น ซึ่งหมายความว่าโฟตอนตกในแต่ละอันมากขึ้นเมื่อทำการถ่ายภาพ ด้วยเหตุนี้ พิกเซลย่อยจึงสามารถกำหนดสีของจุดเฉพาะได้แม่นยำยิ่งขึ้น

ดูเหมือนว่าถ้าในเมทริกซ์หนึ่งพิกเซลจะมีขนาด 1, 4 ไมครอน และอีกอันหนึ่ง - 1, 2 ไมครอน พวกมันจะเท่ากัน แต่ 17% เป็นความแตกต่างที่จับต้องได้ซึ่งจะแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนในคุณภาพของภาพถ่ายและวิดีโอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากคุณถ่ายในที่แสงน้อย

อีกจุดที่สำคัญคือระยะห่างระหว่างพิกเซลที่อยู่ติดกัน ในเมทริกซ์ขนาดเล็กผู้ผลิตประหยัดได้ตรงไปตรงมา ในขนาดที่ใหญ่กว่า พวกเขาสามารถช่วยให้คุณแยกพิกเซลใกล้เคียงในเชิงคุณภาพเพื่อไม่ให้ส่งผลกระทบซึ่งกันและกัน

เทคโนโลยีการผลิต

วิธีการใหม่ทำให้สามารถกำหนดความเข้มของฟลักซ์แสงจากโฟตอนน้อยลงได้อย่างแม่นยำมากขึ้น ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถให้สัญญาณรบกวนต่ำและให้สีที่ดี แม้ว่าคุณจะถ่ายภาพในตอนค่ำโดยไม่ต้องใช้แฟลช

แต่คุณต้องอ่านและวิเคราะห์ ตัวอย่างเช่น สมาร์ทโฟน HTC One (M7) นำเสนอเทคโนโลยี UltraPixel ผู้ผลิตสัญญาว่าจะเพิ่มคุณภาพของภาพถ่ายและวิดีโออย่างจริงจัง

อันที่จริง UltraPixels กลายเป็นพิกเซลขนาดใหญ่เพียง 2 ไมครอนเท่านั้น ถือเป็นเทคโนโลยีใหม่ได้หรือไม่? ไม่น่าจะเป็นไปได้ สำหรับการเปรียบเทียบ: Google Pixel ซึ่ง HTC ประกอบขึ้นด้วย และครั้งหนึ่งถือว่าเป็นหนึ่งในโทรศัพท์กล้องที่ดีที่สุดในตลาด มีเมทริกซ์ที่มีพิกเซล 1.55 ไมครอน ขนาดของกล้องไม่ได้เพิ่มขึ้นเพื่อไม่ให้สมาร์ทโฟนหนาขึ้น ความละเอียดเมทริกซ์ 5 เมกะพิกเซลยังเล็กแม้ในปี 2014 เป็นผลให้ไม่มีคิวสำหรับ HTC One (M7)

อีกตัวอย่างหนึ่งคือเทคโนโลยีอย่าง Super Pixel หรือ Quad Pixel พิกเซลที่อยู่ติดกันสี่พิกเซลของเมทริกซ์ขนาดใหญ่จะถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้ภาพถ่ายที่มีความละเอียดต่ำกว่า แต่มีคุณภาพดีกว่า การแก้ปัญหาคือซอฟต์แวร์ล้วนๆ หากเมทริกซ์พอดูได้ ประสิทธิภาพก็จะต่ำ

เสถียรภาพ

การป้องกันภาพสั่นไหวแบบออปติคัลดีกว่าดิจิตอลเสมอ อัลกอริธึมหลังการประมวลผลจะยังใช้กับเฟรม และจะดีกว่าถ้าตอนแรกมีความคมชัด

ซูม

เพื่อให้เข้าใกล้วัตถุในเฟรมมากขึ้น การซูมด้วยเลนส์จะเลื่อนเลนส์ และคุณภาพของภาพถ่ายจะไม่ได้รับผลกระทบในทางปฏิบัติ ดิจิตอลซูมจะยืดส่วนของภาพให้เต็มเฟรม ฟีเจอร์นี้มีอยู่ในโปรแกรมแก้ไขรูปภาพทั่วไป แม้แต่ในแอปพลิเคชันกล้องมาตรฐาน ดังนั้นจึงไม่สมเหตุสมผลที่จะจ่ายสำหรับการซูมดิจิตอล

ระบบออโต้โฟกัส

Contrast AF เป็นระบบราคาไม่แพงสำหรับกล้องธรรมดา ออโต้โฟกัสแบบตรวจจับเฟสเหมาะสำหรับการถ่ายภาพเด็ก แมว หรือนักกีฬาที่วิ่งเร็ว แต่ตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดคือระบบไฮบริดที่รวมข้อดีของการตรวจจับเฟสและโฟกัสอัตโนมัติในการตรวจจับคอนทราสต์เข้าไว้ด้วยกัน

กะบังลม

เนื่องจากสมาร์ทโฟนใช้ถ่ายภาพในสถานการณ์ต่างๆ กล้องที่มีรูรับแสงกว้างกว่าจึงได้ประโยชน์: f / 1, 7 ดีกว่า f / 2, 0 ยิ่งค่าสูง (หรือตัวเลขหลังเครื่องหมายทับยิ่งต่ำ) ยิ่งค่ารูรับแสงของเลนส์สูงเท่าไรก็ยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น

ชื่อแบรนด์

ใช่ ไม่ใช่แค่เครื่องมือโฆษณาเท่านั้น มันเกิดขึ้นที่มีการติดตั้งเมทริกซ์เดียวกันในสมาร์ทโฟนจีนและเรือธงของแบรนด์ A แต่ช็อตเอาท์พุตต่างกันมาก

หากผู้ผลิตไม่ทุ่มเทความพยายามและเงินในการพัฒนาส่วนประกอบ เทคโนโลยี และซอฟต์แวร์ คุณไม่ควรคาดหวังกรอบที่สวยงามและชัดเจน ถ้าเขาประหยัดทุกอย่าง เช่น ใส่เลนส์ราคาถูกที่มีความโปร่งใสต่ำ ก็จะส่งผลต่อผลลัพธ์

สิ่งที่ต้องจำ

• หลายสิบเมกะพิกเซลเป็นการตลาดหลัก คุณภาพของภาพถ่ายและวิดีโอไม่ได้ขึ้นอยู่กับพวกเขาโดยตรง
• แม้แต่ 5 หรือ 8 เมกะพิกเซลก็เพียงพอที่จะพิมพ์ภาพคุณภาพดีบนแผ่นแนวนอน ความละเอียดหน้าจอ 4K ของทีวีขั้นสูงอยู่ที่ประมาณ 8-9 เมกะพิกเซล Full HD - เพียง 2 ล้านพิกเซล
• พิกเซลที่ใหญ่ขึ้นจะเก็บแสงได้มากขึ้น ผลลัพธ์ที่ได้คือกรอบที่คมชัดและมีรายละเอียดที่ดีพร้อมการสร้างสีที่เป็นธรรมชาติและไม่มีสัญญาณรบกวน
• ถ้าไม่อยากยุ่งกับทฤษฎี ไปปฏิบัติ บทวิจารณ์เปรียบเทียบสมาร์ทโฟนและภาพถ่ายจากกล้อง (ชิ้นส่วนขนาดเต็มและครอบตัด - ตัดและขยาย) จะช่วยให้เข้าใจสถานการณ์จริงได้