Warum das Rennen um Megapixel in Smartphones absurd ist

Wie die Smartphone-Kamera funktioniert

Eine Kamera ist eine komplexe Sache: Sie kombiniert einen Sensor, ein optisches System, einen Controller und andere Hilfskomponenten sowie Software für die Foto- und Videoverarbeitung. Betrachten wir jedes Element genauer.

Matrix

Die Matrix ist eine rechteckige Mikroschaltung, die aus lichtempfindlichen Elementen - Pixeln - besteht. Jedes Pixel enthält drei Subpixel. Ein Subpixel überträgt nur bestimmte Wellenlängen: für Rot, Grün oder Blau (Rot, Grün, Blau). Dieses Farbmodell heißt RGB.

Die Matrix kann auch ohne Farbfilter monochrom sein. Auf jedes seiner Pixel fallen dreimal so viele Photonen. Das Ergebnis sind schärfere Schwarzweißfotos. Solche Matrizen können verwendet werden, um das Farbbild von einem anderen Kameramodul zu verbessern.

Eines der Hauptmerkmale einer Matrix ist die Auflösung. Es gibt an, wie viele Pixel darauf passen.

Linse

Das winzige Smartphone-Objektiv ist fast ein Schmuckstück. Ein seltenes System enthält 4–5 Elemente - normalerweise gibt es 7–8 oder mehr.

Bei Smartphones mit mehreren Kameras verfügt jede Matrix über ein eigenes Objektiv. Jeder von ihnen löst sein eigenes Problem:

• Teleobjektiv (Tele) wird für Fernaufnahmen benötigt.
• Weiter Winkel (shirik) hilft dabei, mehr Objekte in den Rahmen einzupassen - dies ist nützlich für Gruppenfotos und Architekturfotografie.
• Universal Mit dem Objektiv können Sie jedes Motiv mäßig gut aufnehmen: vom Porträt bis zur Landschaft.
• Varioobjektiv (Zoom) kann das Motiv näher bringen.

Objektive für Smartphone-Objektive bestehen aus Glas oder speziellen Polymeren. Erwarten Sie keine guten Fotos, wenn ihre Transparenz alles andere als ideal ist und die Elemente nicht gut passen. Selbst wenn sich das Objektiv einige Mikrometer bewegt, wird das optische System defokussiert.

Membran

Die Blende ist das Loch, durch das Licht in die Kamera eintritt. Sie bestimmt, wie viel Licht der Sensor empfangen kann. Der Blendenwert wird im Format 1: 1,7 ausgegeben.

Stabilisierungssystem

Die Stabilisierung gleicht Unschärfen durch Verwacklungen aus, z. B. beim Aufnehmen mit dem Handheld anstelle eines Stativs. Es kann zwei Arten geben:

• Optisch. Ein ehrliches elektromechanisches System, das die Kamera physisch in einer Position hält (zumindest versucht). Sie erhalten klarere Fotos mit minimalem Rauschen und können fast ohne Software-Verarbeitung auskommen.
• Elektronisch. Dies sind Softwarealgorithmen. Die Kamera zittert immer noch, aber durch die Analyse mehrerer Bilder wird ein mehr oder weniger anständiges Ergebnis erzielt.

Autofokus-System

Der Autofokus selbst bestimmt den Abstand zum Objekt und passt die Parameter der Kameraoptik entsprechend an. Moderne Smartphones verwenden drei Arten von Systemen:

• Phase. Spezielle Sensoren sammeln Lichtstrahlen an verschiedenen Stellen im Rahmen. Das Licht wird dann in zwei Ströme aufgeteilt und an einen Lichtsensor gesendet, um die Entfernung zum Objekt zu bestimmen. Vorteile: hohe Präzision und Arbeitsgeschwindigkeit. Nachteile: hoher Preis, Komplexität des Designs und seiner Einstellungen.
• Kontrastieren. Der Kontrast der Szene wird analysiert. Durch Bewegen der Objektive versucht die Kamera, den Kontrast des Motivs zum Hintergrund zu maximieren. Vorteile: kompakte Größe und geringe Kosten. Nachteile: Das System ist langsamer und für dynamische Szenen nicht gut geeignet.
• Hybrid. Kombiniert Phasen- und Kontrastfokussierung, um die besten Ergebnisse zu erzielen.

Software

Software kann auch als Teil der Kamera betrachtet werden, da sie direkt am Ergebnis der Aufnahme beteiligt ist. Heutzutage gibt Ihnen kein einziges Smartphone so wie es ist Frames ohne Software-Verarbeitung. Ausgefeilte Algorithmen, die häufig eine umfangreiche Datenbank oder Technologie für künstliche Intelligenz verwenden, bearbeiten jede Aufnahme, um "Sie schön zu machen".

Rohbilder sind nicht hell oder klar genug. Die Software entfernt Überbelichtung, zeichnet dunkle Bereiche heraus, verbessert Farben und erhöht die Schärfe. Und das alles automatisch und sehr schnell.

Die Münze hat aber auch einen Nachteil. Durch aggressive Rauschunterdrückung kann ein in der Dämmerung aufgenommenes Foto körnig erscheinen - als ob es viele kleine Flecken enthält. Dies verschlechtert Details und macht Farben unnatürlich.

Was beeinflusst die Anzahl der Pixel?

Die detaillierten Spezifikationen eines Smartphones geben normalerweise die physische Größe der Kameramatrix an - etwa 1 / 2,6 Zoll. Auf der Website des Herstellers finden Sie Daten zur Pixelgröße in der Matrix. Dieser Parameter wirkt sich auf die Anzahl der Punkte im Rahmen aus. Je höher die Auflösung, desto besser werden die Details wiedergegeben.

Wenn die Pixel jedoch klein sind, empfängt jeder von ihnen wenig Licht und kann die Farbe eines Punktes im realen Bild nicht genau bestimmen. Infolgedessen erscheint auf dem Foto Rauschen.

Das Rauschen besteht aus Punkten mit zufälliger Farbe und Helligkeit. Je schlechter die Beleuchtung und je geringer die Qualität der Kameramatrix ist, desto mehr Rauschen tritt auf dem Foto auf.

Seine Zahl im Rahmen ist proportional zur Pixelgröße oder zum Quadrat der Matrixdiagonale. Wenn wir zwei Matrizen mit 1,55 µm und 1,1 µm Punkten vergleichen, hat der Frame mit dem ersten das halbe Rauschen.

Der Dynamikbereich der Matrix ist ebenfalls wichtig - ihre Fähigkeit, das gesamte Farb- und Helligkeitsspektrum der umgebenden Welt zu erfassen. Die billigen haben eine kleine Reichweite und die Fotos sind verblasst, bewölkt.

Warum Smartphone-Hersteller Pixel jagen

Weil Käufer immer das Beste wollen. Selbst wenn Sie in einem Auto für 300 Pferde sitzen, müssen Sie im Stau stehen oder auf einem coolen Spielecomputer Solitaire spielen.

Welches Smartphone würden Sie zum gleichen Preis kaufen: mit einer 12MP-Kamera oder einer 48MP-Kamera? Wenn Sie die zweite wählen, erhalten Sie viermal mehr Megapixel für das gleiche Geld. Aber Ihre Fotos werden sich nicht vervierfachen.

Ein Sensor mit einer großen Anzahl kleiner Pixel ist billiger als ein Sensor mit großen Pixeln und verkauft sich besser.

Große Matrizen nehmen mehr Platz im Smartphone ein. Das optische System für sie sollte auch größer sein. Dementsprechend bleibt weniger Platz für die verbleibenden Körperteile. Das Smartphone wird dicker oder die Kamera ragt heraus. Es muss mit gehärtetem oder Saphirglas geschützt werden. Und das ist auch Geld.

Der Verkauf eines fetten, teuren Smartphones ist schwierig. Es ist einfacher, Matrizen mit einer großen Anzahl kleiner Pixel zu bestellen und eine laute Marketingkampagne durchzuführen: auf dem Foto mit Kameras fügen einen automatischen Stempel "Schuss auf einen Supermegaflagman mit 48 Megapixeln" hinzu, damit jeder weiß, dass jemand einen neuen gekauft hat Smartphone. Und lassen Sie Fans und Profis DSLRs verwenden.

Obwohl Nokia zum Beispiel ein Risiko einging und das legendäre Smartphone Lumia 1020 mit 41-Megapixel-Kameras bekam. Und das ist im Jahr 2013!

Was bestimmt die Qualität des Fotos in der Realität

Matrix- und Pixelgröße

Wenn Sie zwei Matrizen mit derselben Auflösung aufnehmen, erhalten Sie möglicherweise das Foto mit besserer Qualität mit der größeren. Dort sind die Pixel größer, was bedeutet, dass beim Aufnehmen mehr Photonen auf jedes fallen. Infolgedessen können die Subpixel die Farbe eines bestimmten Punktes genauer bestimmen.

Es scheint, dass wenn in einer Matrix die Pixel 1,4 Mikrometer groß sind und in der anderen - 1,2 Mikrometer - sie praktisch gleich sind. Aber 17% sind ein spürbarer Unterschied, der sich definitiv in der Qualität von Fotos und Videos zeigt, insbesondere wenn Sie bei schlechten Lichtverhältnissen aufnehmen.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist der Abstand zwischen benachbarten Pixeln. In kleinen Matrizen sparen die Hersteller offen gesagt. Bei größeren können Sie benachbarte Pixel qualitativ trennen, damit sie sich nicht gegenseitig beeinflussen.

Produktionstechnologie

Neue Methoden ermöglichen es, die Intensität des Lichtflusses aus einer geringeren Anzahl von Photonen genauer zu bestimmen, und bedeutet, ein geringes Rauschen und eine gute Farbwiedergabe zu gewährleisten, auch wenn Sie in der Dämmerung ohne fotografieren Blitz.

Aber Sie müssen lesen und analysieren. Beispielsweise bot das Smartphone HTC One (M7) UltraPixel-Technologie. Der Hersteller versprach eine ernsthafte Verbesserung der Qualität von Fotos und Videos.

Tatsächlich erwiesen sich die UltraPixel als nur größere 2-Mikron-Pixel. Kann dies als neue Technologie angesehen werden? Kaum. Zum Vergleich: Das Google Pixel, das auch von HTC zusammengebaut wurde und einst als eines der besten Kamerahandys auf dem Markt galt, hatte eine Matrix mit Pixeln von 1,55 Mikrometern. Die Größe der Kamera wurde nicht erhöht, um die Dicke des Smartphones nicht zu erhöhen. Die Matrixauflösung von 5 Megapixeln war auch für 2014 gering. Infolgedessen gab es keine Warteschlangen für das HTC One (M7).

Ein weiteres Beispiel sind Technologien wie Super Pixel oder Quad Pixel. Vier benachbarte Pixel einer großen Matrix werden kombiniert, um ein Foto mit niedrigerer Auflösung, aber besserer Qualität zu erhalten. Die Lösung ist reine Software. Wenn die Matrix so lala ist, ist der Wirkungsgrad gering.

Stabilisierung

Die optische Stabilisierung ist immer besser als die digitale. Nachbearbeitungsalgorithmen gelten weiterhin für den Frame, und es ist besser, wenn er anfangs scharf ist.

Zoomen

Um dem Motiv im Rahmen näher zu kommen, verschiebt der optische Zoom die Linsen, und die Qualität des Fotos wird praktisch nicht beeinträchtigt. Der Digitalzoom streckt einen Teil des Bildes, um den gesamten Rahmen auszufüllen. Diese Funktion ist in jedem verfügbar Foto Editoroft sogar in einer Standardkamera-App. Daher ist es nicht sinnvoll, für den Digitalzoom zu bezahlen.

Autofokus-System

Contrast AF ist ein kostengünstiges System für mittelmäßige Kameras. Der Autofokus mit Phasenerkennung ist geeignet, wenn Sie schnell laufende Kinder, Katzen oder Sportler fotografieren. Die ideale Option ist jedoch ein Hybridsystem, das die Vorteile des Phasendetektions- und Kontrasterkennungs-Autofokus kombiniert.

Membran

Da ein Smartphone für Aufnahmen in verschiedenen Situationen verwendet wird, profitiert eine Kamera mit größerer Blende: 1: 1,7 ist besser als 1: 2,0. Je höher der Wert (oder je niedriger die Zahl nach dem Schrägstrich), desto höher ist die Objektivblende und desto effizienter arbeitet sie in der Dämmerung oder in Innenräumen.

Markenname

Ja, es ist nicht nur ein Werbemittel. Es kommt vor, dass dieselbe Matrix im chinesischen Smartphone und im Flaggschiff der Marke A installiert ist. Die Ausgangsaufnahmen sind jedoch sehr unterschiedlich.

Wenn der Hersteller keine Anstrengungen und Ressourcen in die Entwicklung von Komponenten, Technologien und Software investiert, sollten Sie keine schönen klaren Rahmen erwarten. Wenn er alles spart, zum Beispiel billige Objektive mit schlechter Transparenz einsetzt, wirkt sich dies auf das Ergebnis aus.

Woran Sie sich erinnern sollten

• Dutzende von Megapixeln vermarkten hauptsächlich. Die Qualität von Fotos und Videos hängt nicht direkt von ihnen ab.
• Schon 5 oder 8 Megapixel reichen aus, um ein Bild von guter Qualität auf ein Querformat zu drucken. Die 4K-Bildschirmauflösung eines fortschrittlichen Fernsehgeräts beträgt ca. 8-9 Megapixel. Full HD - nur 2 Megapixel.
• Größere Pixel sammeln mehr Licht. Das Ergebnis ist ein gestochen scharfer, detailreicher Rahmen mit natürlicher Farbwiedergabe und ohne Rauschen.
• Wenn Sie sich nicht mit Theorie beschäftigen möchten, gehen Sie in die Praxis. Vergleichende Bewertungen von Smartphones und Fotos von Kameras (in voller Größe und beschnitten - geschnittene und vergrößerte Fragmente) ermöglichen es, den tatsächlichen Stand der Dinge zu verstehen.