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:
- Фотодиод — маленький сенсор, который улавливает свет.
- Это цветовой фильтр, который позволят каждому фотодиоду улавливать только нужный спектр света: красный, зеленый или синий.
- Микролинза — которая позволяет точнее фокусировать свет внутрь пикселя.
И получается что если в пикселе есть эти три компонента, его можно назвать полноценным. И в матрицах с такими дополнениями пикселя 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. Долгое 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 сидели в основном с 12 Мп камерами.
Но в 2018 году барьер в 1 мкм был преодолён и появились 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 на четырёх. А значит цветовое разрешение в таких камерах в 4 раза ниже фактического.
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.
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.
Во-вторых, мы можем заставить разные пиксели работать с разной выдержкой. Тогда на выходе мы получим один светлый и один темный кадр, а склеив их мы можем получить полноценную HDR фотографию, или даже HDR видео!
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 используется 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.
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.
Это датчики фазовой фокусировки. Они необходимы для автофокуса. Кто снимал на зеркальные, помните вот такие зоны фокусировки в видоискателе? Вот это они!
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.
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.
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 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.
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.
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.
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.
Источник
Какие камеры у iPhone 13: диафрагма, матрица, фишки
Самое долгожданное обновление в новых iPhone 13 — это параметры камер. Фотографы и видеографы с нетерпением ждут публикации технических характеристик, которые получают новые камеры айфона.
Насколько камеры iPhone 13 действительно хороши? И чем отличаются четыре новых модели между собой? Какие у iPhone 13 диафрагма, мегапиксели, размер матрицы и другие показатели? Давайте разбираться вместе.
Две системы
В 13-м поколении используется две разных системы камер. У iPhone 13 Mini и iPhone 13 — одинаковая система из широкоугольной (основной) и сверхширокоугольной камеры. А в iPhone 13 Pro и iPhone 13 Pro Max камеры три: широкоугольная (основная), сверхширокоугольная и телефото.
При этом от Pro и Pro Max полностью обновили модули, тогда как iPhone 13 и Mini позаимствовали камеры у 12-го поколения.
iPhone 13 Mini и iPhone 13
В iPhone 13 Mini и iPhone 13, как и в прошлом году, по две камеры:
- широкоугольная 12 Мп, 26mm экв.* f/1.6;
- сверхширокоугольная 12 Мп, 13mm экв. f/2.4.
* «Эквивалентное фокусное расстояние» позволяет сравнивать между собой объективы, использующиеся в паре с матрицами разного размера. Показывает, какое фокусное расстояние будет иметь объектив с таким же углом обзора на полнокадровой (или плёночной) фотокамере.
Напомним, что iPhone 12 не получили увеличения матрицы по сравнению с 11 моделью, кроме старшей и самой «крупнокалиберной» модели 12 Pro Max. А размер матрицы и максимальная диафрагма объектива — основные характеристики, которые определяют качество картинки, поскольку динамический диапазон и возможности съёмки при слабом освещении тесно связаны с тем, сколько света может «захватить» ваша камера.
Ниже мы приводим таблицу с основными характеристиками обеих камер iPhone 13 и 13 Mini по сравнению с прошлогодним 12 и 12 Mini.
| Объектив | Размер пикселя | Размер матрицы | Стабилизация | Фокус | |
| iPhone 13 и 13 Mini; Широкоугольная (основная) | 26мм экв.; f/1.6 | 1,7 мкм | 35,2мм2; (1/1.9″) | Смещением матрицы | Автофокус Dual-pixel |
| iPhone 12; Широкоугольная (основная) | 26мм экв.; f/1.6 | 1,4мкм | 23,9мм2; (1/2.55″) | Оптическая | Автофокус Dual-pixel |
| iPhone 13 и 13 Mini / iPhone 12; Сверхширокоугольная | 13мм экв.; f/2.4 | 1,0 мкм | 12,2мм2; (1/3.4″) | Нет | Фиксированный фокус |
Как и прошлогодний iPhone 12 Pro Max, iPhone 13 и 13 Mini захватывают на 47% больше света, чем iPhone 12 и 12 Pro, благодаря тому, что их матрица имеет площадь поверхности на 47% больше (пиксели размером 1,7 мкм против 1,4 мкм).
Кроме того, 13 и 13 Mini получили продвинутую систему стабилизации с помощью смещения матрицы — также от 12 Pro Max. Это поможет делать снимки с более длинной выдержкой для работы в плохом освещении и уменьшения «шевелёнки», а также получать более плавное видео.
Сверхширокоугольные камеры остались без изменения, и на них по-прежнему отсутствует система автофокуса.
Кроме камер важным обновлением стало улучшение экрана (касается всех четырёх моделей). Это особенно полезно, когда речь идёт о просмотре HDR фотографий и видео (с высоким динамическим диапазоном), которые могут снимать айфоны.
Экран стал на 28% ярче и достигает яркости в 800 нит для стандартного (SDR) контента, а для HDR — до 1200 нит. Максимальная яркость теперь может поддерживаться в течение более длительных периодов времени. А ещё дисплеи получили керамическую защиту, которая должна продлить срок службы устройств.
iPhone 13 Pro и iPhone 13 Pro Max
В этом году, если вы ищете айфон с лучшей камерой, вам не придется выбирать между обычной Pro и большой Pro Max моделью. И 13 Pro, и 13 Pro Max оснащены одинаковыми матрицами, объективами, системой стабилизации и набором функций. Три камеры новых Pro охватывают 6-кратный диапазон фокусных расстояний:
- телефото 12Мп, 77mm f/2.8;
- сверхширокоугольный 12Мп, 13mm f/1.8;
- широкоугольный (основной) 12Мп, 26mm f/1.5.
Основная широкоугольная камера
Вот как отличается новая камера iPhone 13 Pro и Pro Max от прошлогодних iPhone 12 Pro и Pro Max:
| Объектив | Размер пикселя | Размер матрицы | Стабилизация | Фокус | |
| iPhone 13 Pro / Max | 26mm экв.; f/1.5 | 1,9 мкм | 44 мм2; (1/1.65″) | Смещением матрицы + оптическая | Автофокус Dual-pixel |
| iPhone 12 Pro | 26mm экв.; f/1.6 | 1,4 мкм | 23,9 мм2; (1/2.55″) | Оптическая | Автофокус Dual-pixel |
| iPhone 12 Pro Max / iPhone 13 и 13 Mini | 26mm экв.; f/1.6 | 1,7 мкм | 35,2 мм2; (1/1.9″) | Смещением матрицы | Автофокус Dual-pixel |
Пиксели размером 1,9 мкм и 1/1.65-дюймовая матрица основной камеры в 13 Pro и Pro Max позволяют получить площадь поверхности в 44 мм2, с помощью которой можно захватить на 84% больше света по сравнению с 1/2.55-дюймовой матрицей в 12 Pro, и на 25% больше по сравнению с 1/1.9-дюймовой матрицей 12 Pro Max (и, соответственно, матрицами 13 и 13 Mini). Максимальная диафрагма объектива возросла с f/1.6 до f/1.5, благодаря чему может захватить на 14% больше света.
Такая комбинация объектива и матрицы также позволяет получить небольшое размытие фона оптически без использования Портретного режима, который создает боке программными методами.
Новинки лучше работают в плохом освещении: на 1 EV (характеристика освещенности объекта — изменение EV на единицу эквивалентно изменению освещенности в два раза) по сравнению с 12 Pro, и на 0,5 EV по сравнению с 12 Pro Max (а также 13 и 13 Mini).
Всё это благодаря тому, что комбинация более крупной матрицы и светосильного объектива позволяет основной камере захватить на 100% и 40% больше света по сравнению с 12 Pro и 12 Pro Max / 13 соответственно. Благодаря этому возрастает и качество видео.
Сочетание двух систем стабилизации — сдвигом матрицы и оптической — по сравнению с одной оптической в прошлогодних моделях помогает в съёмке на более длинных выдержках и, соответственно, улучшает Ночной режим и стабильность видеосъёмки.
Сверхширокоугольная камера
Апгрейд получила и сверхширокоугольная камера — теперь у неё более светосильный объектив f/1.8 (f/2.4 в прошлогодних моделях), также на ней появилась система автофокуса. Камера захватывает на 78% (0,83 EV) больше света, что должно помочь маленькой 1/3.4-дюймовой матрице справляться со сложным освещением.
Добавление автофокуса помогает объективу фокусироваться на расстоянии до 2 см, что делает этот объектив неплохим вариантом для макрофотографии.
Кроме того, по словам Apple, матрица сверхширокоугольника iPhone 13 Pro / Max стала «более быстрой», что скорее всего означает более быстрое считывание. А это дает сразу несколько бонусов: меньше артефактов (искажения формы от эффекта роллинг шаттера и «полосатости» под искусственным освещением) и улучшение электронной стабилизации в видео.
| Объектив | Размер пикселя | Размер матрицы | Стабилизация | Фокус | |
| iPhone 13 Pro / Max | 13мм экв.; f/1.8 | 1,0мкм | 12,2мм2; (1/3.4″) | Нет | Автофокус с фазовой детекцией |
| iPhone 12 / Pro / Max / iPhone 13 и 13 Mini | 13мм экв.; f/2.4 | 1,0мкм | 12,2мм2; (1/3.4″) | Нет | Фиксированный фокус |
Телефото камера
Телефото (длиннофокусная) камера получила улучшения сразу по нескольким фронтам: во-первых, 77mm эквивалентное фокусное расстояние означает, что у камеры теперь есть 3-кратный зум. В прошлогодней 12 Pro Max увеличение было 2,5-кратное (65mm на телефото объективе), а в 12 Pro оно было 2-кратным (52mm экв.).
Такое увеличенное зумирование позволяет «добраться» до более удаленных объектов, а также лучше отделять объекты от фона. Однако увеличение зума привело к снижению светосилы объектива: в 12 Pro и 12 Pro Max максимальная диафрагма составляла f/2.0 и f/2.2 соответственно, тогда как в 13 Pro/Max она f/2.8. Так что ожидать серьёзного боке от телефото объектива без Портретного режима не стоит.
Снижение светосилы связано с тем, что для более длиннофокусного объектива физически нужно больше места. А чтобы сохранить его светосилу, понадобилось бы ещё больше места — поместить такой «бочонок» в смартфон пока не получается.
| Объектив | Размер пикселя | Размер матрицы | Стабилизация | Фокус | |
| iPhone 13 Pro / Max | 77mm экв.; f/2.8 | 1.0мкм | 12,2мм2; (1/3.4″) | Оптическая | Автофокус с фазовой детекцией |
| iPhone 12 Pro Max | 65mm экв.; f/2.2 | 1.0мкм | 12,2мм2; (1/3.4″) | Оптическая | Автофокус с фазовой детекцией |
| iPhone 12 Pro | 52mm экв.; f/2.0 | 1.0мкм | 12,2мм2; (1/3.4″) | Оптическая | Автофокус с фазовой детекцией |
Интересным дополнением стало появление Ночного режима для длиннофокусной съёмки. В прошлом году iPhone 12 добавили Ночной режим в сверхширокоугольную камеру, а в этом году он наконец-то стал доступен на всех трёх модулях.
Это должно намного улучшить качество длиннофокусных снимков в слабом освещении, которые не приспособлены к работе в нём из-за маленькой матрицы и сравнительно небольшой светосилы.
Фотостили
На всех новых айфонах появилась новая фишка — Фотографические стили (Photographic styles). С помощью этой функции вы можете настроить вид фотографий, кастомизировав отдельные параметры на свой вкус, а камера будет делать все фотографии в соответствии с вашими настройками.
Но это не просто обычный фильтр, который применяется к уже готовым снимкам. Вместо этого используется специальный алгоритм обработки и совмещения нескольких кадров (мультиэкспозиция) для создания одного снимка с локальными изменениями для разных слоёв.
Вы сможете выбрать «Насыщенный контраст», «Яркий», «Тёплый» или «Холодный», плюс дополнительно отрегулировать параметры «Тон» и «Теплота». Тонкая настройка позволяет выбрать, например, «Холодный» стиль и при этом сохранить тёплые тона кожи.
Вся обработка происходит в реальном времени, так что, то, как будет выглядеть итоговая фотография, вы будете видеть на экране во время самой съёмки, а не после того, как сделали кадр.
Видео
Главная фишка новых моделей в плане видео — Кинематографический режим (Cinematic mode). Он доступен для всей линейки. Он напоминает Портретный режим в фотографии, но применяется к видео — объект автоматически выделяется из окружения, а фон мягко размывается.
Смартфоны не могут создавать выраженное боке физически — это одна из причин, почему многие по-прежнему предпочитают для съёмки видео использовать дешёвые традиционные камеры.
Но, честно говоря, у Apple получилось не все. Камера создает вполне натуральное боке на заднем и переднем плане, смена фокусировки тоже получается довольно плавно. Но, если вы снимаете на открытой диафрагме (низкое f-число, сильное размытие), переходы от расфокусированной области к объекту в фокусе зачастую получаются с браком. Части вашего объекта могут находиться не в фокусе, что становится особенно заметным, когда объект в кадре двигается.
К счастью, с этой проблемой можно справиться, прикрыв диафрагму — выбрав более высокое f-число. Фон тогда станет менее размытым, но и косяки с выделением объекта из фона станут намного менее заметными. Что очень удобно, вы можете настроить этот параметр уже после того, как сняли видео. Кинематографический режим доступен только на 1080p 30к/с.
Пример съемки в стандартном и кинематографическом режиме. Источник: Youtube-канал andrewtkearns
Надо отметить, что для сторис в Instagram или TikTok, качества Кинематографического режима будет достаточно, а мелкие недочёты будут не особенно заметны.
С другой стороны, небольшого размытия заднего фона в видео можно добиться, и просто снимая на основную камеру 13 Pro и Max благодаря более светосильному объективу и крупной матрице. Конечно, размытие будет не таким выраженным, но зато вы сможете снимать в 4К.
В целом же качество видео у этой камеры просто отличное — пожалуй, на данный момент это лучшее качество видео среди всех смартфонов. У iPhone 13 (Mini) видео чуть послабее (на уровне прошлогоднего флагмана), но и оно очень хорошее. Плюс у вас есть выбор из двух (13 и Mini) или трёх (Pro и Max) объективов для видеосъёмки.
Особенно классно смотрится HDR-видео — у него отличный динамический диапазон и яркие краски.
Итоги
Все новые iPhone получили прекрасные камеры и несколько крутых фишек, которые делают их классными и удобными девайсами для фото- и видеосъёмки.
iPhone 13 и 13 Mini теперь оснащены основной камерой от прошлогоднего флагмана 12 Pro Max: большая матрица и продвинутый автофокус позволяют добиться впечатляющих результатов, в том числе в неидеальном освещении.
Но если вы хотите самую лучшую камеру, вам нужно обратить внимание на модели Pro и Pro Max. Основная камера этих флагманов получила ещё более крупную матрицу и светосильный объектив с двойной системой автофокуса, с помощью которой можно делать не только очень классные фотографии, но и, пожалуй, лучшее по качеству видео среди вообще всех моделей смартфонов.
Сверхширокоугольный и телефото объективы также получили обновления. Первый стал еще более удобным для макросъёмки, а второй стал ещё более длиннофокусным (но при этом чуть более тёмным).
Новая функция Фотографических стилей позволяет быстро настраивать под себя финальный вид ваших снимков, а Кинематографический режим — получать размытый задний фон в видео (хотя и не без косяков).
В общем, выбрав любой из айфонов для мобильной съёмки, вы не ошибетесь. Но Pro и Pro Max смогут удивить даже искушённых фотолюбителей.
Источник
