quad camera что такое
Плюсы и минусы Quad Bayer и Tetracell в камерах смартфонов
Технология объединения нескольких пикселей под одним цветовым фильтром — очередной виток в гонке мегапикселей. Даже в среднеценовой категории смартфонов уже есть обладатели камер с разрешением не только 48, но и 64, и даже 108 Мп. Какие плюсы есть у технологий Quad Bayer, Tetracell и подобных, а в чем все-таки придется пойти на компромисс?
Основа обычной камеры — это светочувствительная матрица с огромным количеством пикселей, размер каждого из которых составляет 1–1,5 мкм. Более крупные пиксели улавливают больше света, поэтому матрица с крупными пикселями выдает лучшее качество снимков при плохой освещенности. Но физический размер матрицы ограничен, поэтому разрешение снимка остается таким же.
Чтобы изображение стало цветным, на пиксели накладывается цветной фильтр и все это «допиливается» с помощью ПО. Классический фильтр — так называемый фильтр Байера, где используются красный, синий и два зеленых цвета, покрывающие пиксели в шахматном порядке. Когда свет проходит через фильтр, полученные цветные изображения объединяет и «раскрашивает» уже процессор.
В Quad Bayer, Tetracell и подобных технологиях цветофильтр покрывает сразу 4 пикселя — группу 2х2, благодаря чему матрица может задействовать как все пиксели по одному, так и блок целиком. Разницы в технологиях нет — это просто зарегистрированные разными брендами названия: Quad Bayer принадлежит Sony, Tetracell — Samsung.
При таком склеивании пикселей разрешение снимка снижается в 4 раза, и обычно этот режим используется в камере смартфона по умолчанию. Так фотографии занимают меньше места, да и при нормальной освещенности объединять пиксели нет нужды. При плохом освещении можно выбрать режим объединения пикселей для лучшей детализации изображения.
Итак, какие плюсы у есть у Quad Bayer и Tetracell?
Недостатки
Но, несмотря на все минусы, технология склеивания пикселей позволила производителям смартфонов участвовать в дальнейшей гонке мегапикселей и улучшать качество фото. Сейчас уже есть устройства с камерой разрешением 108 Мп, планируется выпуск 150-мегапиксельных сенсоров, и даже интересно, что нас ждет дальше.
Что такое Quad Pixel, Quad Bayer и Tetracell
Последнее обновление: 26/08/2020
С конца прошлого года в продаже появились смартфоны с камерами на 48 и 64 МП, а позднее и на 108 МП. Такие модули совмещают высокую светочувствительность и детализацию при увеличении снимка. Секрет кроется в объединении нескольких соседних пикселей матрицы камеры в один, а такая структура получила название Quad Pixel, Quad Bayer и Tetracell. Из статьи вы узнаете принцип работы такой технологии, основные возможности, преимущества и недостатки.
Строение камеры
Для лучшего понимания работы технологий Quad Pixel, Quad Bayer и Tetracell сначала стоит объяснить, как устроена камера в смартфоне. 1
Основной элемент камеры – светочувствительная матрица, состоящая из миллионов пикселей размером в среднем 1-1.5 мкм каждый. Чем крупнее пиксель в матрице, тем больше улавливается фотонов света. Соответственно при низкой освещенности качество и детализация фотографии с крупным пикселем выше. При этом физические размеры матрицы строго ограничены и крупные пиксели не позволяют увеличить разрешение снимка.
Проходящий сквозь оптику свет улавливается каждым пикселем индивидуально, после чего формируется изображение. Исходная картинка получается чёрно-белой, поскольку пиксели не различают цвет, а только свет. Цветной картинка получается за счет наложенного сверху цветного фильтра и программной обработки.
Классический цветной фильтр состоит из трех цветов – красного, синего и зеленого. Причем на один красный и синий цвет приходятся два зеленых, из-за особенностей человеческого зрения. Каждый цвет покрывает группу пикселей в шахматном порядке, в результат чего получается цветная мозаика соответствующая размеру матрицы. Такое расположение именуется фильтром Байера (Bayer), названного в честь основателя Брюса Байера.
При прохождении света сквозь цветной фильтр получаются 3 картинки с соответствующим цветом. Далее процессор сводит полученные изображения и раскрашивает снимок, для чего используется информация соседних пикселей.
Особенности Quad Pixel, Quad Bayer и Tetracell
В Quad Pixel, Quad Bayer и Tetracell используется одинаковый принцип работы. Разница лишь в зарегистрированных торговых названиях разными компаниями: Quad Bayer – Sony, Tetracell – Samsung и тд. Цветной фильтр покрывает группу из четырех пикселей блоком 2х2 без изменений схемы чередования цветов. Благодаря этому сенсор способен работать как в полноразмерном режиме с использованием всех пикселей, так и в режиме объединения 4 в 1.
В режиме объединения физическое разрешение фотографии снижается в 4 раза. Поэтому размер снимка с 48-МП сенсора сопоставимо с 12-МП сенсором с классическим порядком пикселей. При этом у массива из четырех пикселей выше светочувствительность за счет увеличенной площади. В качестве примера сравнение 48-МП камеры с Quad Pixel в Motorola Moto G8+ и Moto G6 с обычным 12-МП сенсором.
Характеристики модулей камер обоих смартфонов несколько отличаются, при этом в условиях слабого уличного освещения снимок с G8+ ярче и содержит больше деталей.
С обильным солнечным освещением на общем плане кадр одинаково хорошо смотрится с обеих камер. При этом яркость снимка у G8+ выше, как и детализация при увеличении. Фотографии в оригинальном разрешении.
Если же программное обеспечение позволяет вручную выбирать режим работы, склейка пикселей эффективна при съемке в условиях низкой освещенности. Днём или в помещении с обилием света рационально использовать пиксели всё матрицы для получения полноразмерного кадра.
Основные преимущества
Основные недостатки
Вывод
В статье подробно описано, что такое Quad Pixel, Quad Bayer и Tetracell. Технология объединения нескольких пикселей в один позволяет достичь компромисса между светочувствительностью и разрешением без увеличения физического размера фотоматрицы.
При этом программное объединение нескольких пикселей выставляет дополнительные требования разработчикам, в частности новые алгоритмы обработки и раскраски фотографии. Поэтому в некоторых смартфонах камера работает только в режиме объединения пикселей с уменьшением максимального разрешения в 4 раза. С другой стороны технология позволяет повысить детализацию и яркость снимка без существенных изменений. Поэтому в ближайшее время стоит ожидать матрицы больше 108 МП с объединением 9 пикселей в группу или больше.
А что думаете вы? Поделитесь мнением в комментариях под статьей.
Как устроена 48 мегапиксельная камера в смартфоне и какой в этом смысл
Мы живем в интересное время. Нас долго убеждали в том, что матрицы с высоким разрешением в смартфонах не нужны — мол, после определенной границы (12-16 мегапикселей) это не будет приводить ни к чему, кроме увеличения шума и снижения детализации. И долгое время это правило работало безотказно, многие— сознательно избегали камер с высоким разрешением. Но с недавних пор производителям смартфонов стали доступны сенсоры со структурой пикселей Quad Bayer, которые, во-первых, делают дальнейший рост разрешения оправданным и осмысленным. А во-вторых, серьезно упрощают и удешевляют процесс производства сенсоров (с точки зрения себестоимости каждого мегапикселя).
Четыре встроенные камеры смартфона vivo V17
Недавно мы рассказывали о том, на что способна квадрокамера vivo V17, но сегодня мы больше сосредоточимся именно на технических подробностях и поговорим о том, как все устроено. Сама компания vivo не занимается производством сенсоров для своих смартфонов, по крайней мере пока, поэтому все решения закупаются у сторонних производителей – в основном у Sony и Samsung за редкими исключениями.
Итак, в чем отличие структуры Quad Bayer от традиционного фильтра Байера? Идея предельно проста – она заключается в том, что у каждого блока из четырех пикселей (2 × 2) имеется одинаковых цветовой фильтр, что позволяет по-разному обрабатывать данные в зависимости от условий съемки, и в первую очередь – в от условий освещения.
Диаграмма пиксельной решетки (Quad Bayer Array) и ее преобразование с помощью специального алгоритма
У смартфона есть как минимум два варианта обработки сигнала с сенсора. В одном случае данные с четырех пикселей объединяются и мы фактически получаем один пиксель вчетверо большой площади. Именно таким образом основная камера vivo V17 работает по умолчанию, выдавая картинку размером 4000 × 3000 пикселей. Во втором случае каждый фотоэлемент срабатывает отдельно и мы получаем максимально возможное разрешение – 8000 × 6000.
Сама по себе съемка с таким высоким разрешением может быть оправдана лишь в одном случае – когда вам нужно напечатать изображение на бумаге (на фотобумаге, на фанере, как угодно). Если же вы используете фотографии только для просмотра на экране и хранения в «облаке», то чем выше разрешение, тем больше сложностей у вас возникнет. Наиболее логичным применением высокому разрешению на смартфоне становится цифровой зум без потери качества – в таком режиме камера делает снимок в максимальном разрешении, а затем вырезает его центральную часть и сохраняет ее как отдельный снимок с разрешением 12 мегапикселей. В этом случае можно сэкономить на установке телеобъектива – собственно, аналогичным производитель поступил и с vivo V17, здесь мы имеем двухкратный зум без потери качества без отдельного телеобъектива.
Пример цифрового зума без потери качества
В случае с истинно бюджетным смартфоном установка одной камеры с таким сенсором вполне позволит реализовать функциональность, которая прежде была свойственна лишь дорогим моделям. Иными словами, все идет к тому, что смартфонов, которые снимают плохо в мире вообще не останется. Ну а смартфоны средней руки смогут еще больше разнообразить варианты съемки установкой дополнительных специальных камер, и пример vivo V17 в этом смысле очень показательный.
Примеры съемки основной камерой vivo V17 в разрешении 48 Мп
Напомню, что помимо основной камеры на с фильтром Quad Bayer и разрешением 48 мегапикселей у vivo V17 имеется модуль со сверхширокоугольным объективом с эквивалентным фокусным расстоянием 13 мм и диафрагмой ƒ/2,2. Эта камера отлично подойдет для съемки в небольших помещениях, а также для городских пейзажей с высокими зданиями. Что характерно, этот модуль прекрасно обходится без механизма автофокусировки – благодаря большой глубине резкости можно получать четкие снимки практически в любых условиях.
Примеры съемки сверхширокоугольной камерой vivo V17
Две оставшиеся камеры vivo V17 обладают одинаковыми характеристиками, по крайней мере в том, что касается разрешения сенсора (2 мегапикселя или 1600 × 1200) и диафрагмы (ƒ/2,4). Одна из этих камер предназначена для съемки макро, в ней нет автофокуса, поэтому получить четкие снимки можно только если поднести смартфон практически вплотную к объекту. А вторая камера, как вы уже могли догадаться, выполняет роль датчика глубины, с помощью которого можно снимать портреты с размытием заднего плана.
Пример съемки камерой vivo V17 в «портретном» режиме
Для того, чтобы получить такой эффект на камере – понадобится дорогой объектив с большой диафрагмой, но благодаря вычислительной фотографии все это стало возможным в смартфоне дешевле 20 тысяч рублей.
Очевидно, что сенсоры с фильтром Quad Bayer прекрасно зарекомендовали себя за последний год, и vivo V17 – очередное подтверждение. А в этом году мобильный рынок начинает новый этап мегапиксельной гонки, только теперь гораздо более интересный и интригующий.
Квадрокамера в смартфоне: что это такое, зачем нужна, плюсы и минусы
Год от года число камер в смартфоне растет, как на дрожжах. Еще совсем недавно трендом было наличие двух модулей в тыльном блоке. Не успели пользователи (да и разработчики) привыкнуть к новшеству – глядь, а их уже стало три!
Мало! Мало! Больше камер богу камер! Вот уже и фронталки стали двойными, а количество объективов на тыльной стороне девайса увеличилось до четырех.
Спрашивается: кому и зачем нужна квадрокамера в смартфоне? Неужели нельзя было обойтись без нее? Будем разбираться.
Квадро квадро рознь
Устанавливать четыре и даже более объективов в свои модели разработчики начали еще за пару лет до того как это стало мейнстримом.
Например, можно припомнить диво дивное под названием Nokia 9 PureView. «Глазки» на задней панели у этой модели были собраны в шестилепестковую «ромашку».
Правда, камер из них было всего пять, включая «серединку»: два оставшихся места были заняты вспышками.
Или более близкий к современному стандарту отрасли Huawei Mate 30 Pro, у которого имелось четыре объектива: основной светосильный, широкоугольник, телевик и сенсор ToF.
Вот только подобные конструкции были прерогативой в основном флагманских моделей. Камеры были хорошо проработаны с точки зрения железа и софта, оснащены разнообразными полезными функциями и в целом своему назначению соответствовали.
А вот сегодня сплошь и рядом наблюдается иная картина. К и без того плохонькому объективчику на 13-16 МП лепится три вовсе уж ублюдочных, по 2, а то и по 0,3 МП, которые зачастую вообще не работают – и вся эта конструкция с гордостью объявляется «квадрокамерой».
Доходит до того, что у некоторых особо ушлых ноунеймов на самом деле сенсор только один, а остальные глазки – декоративные. Ага, камера «была очень похожа на настоящую, но не работала».
В чем разница?
Во флагманских камерофонах дополнительные объективы зачастую носили именно «дополнительный» характер. Например, с их помощью можно было получить более качественные снимки с основного в условиях плохого освещения.
Очень часто для этого использовались монохромные сенсоры, полностью аналогичные основному, но без байеровского фильтра. Хотя без манипуляций с фокусным расстоянием тоже не обходилось: были отдельные ширики и телевики.
А вот в современных бюджетниках используются четыре практически не связанных между собой (если не считать сенсора глубины) модуля.
Как правило, это основной светосильный сенсор более-менее высокого разрешения, ультраширокоугольник, макрообъектив и тот самый ToF сенсор.
Почему в камерах смартфонов много пикселей: польза или маркетинг
Содержание
Содержание
В век цифровых технологий все компании в мобильной индустрии придерживаются девиза 3 Б «больше, быстрее, безрамочнее». Процессоры становятся более производительными и энергоэффективными, уже выходя за рамки гаджетов. Площадь экрана все увеличивается и увеличивается, покрывая всю лицевую часть и стремится к заветным 100 %, а в случае Xiaomi Mi Mix Alpha выходит за рамки фронтальной части смартфона, переходя на корпус.
Вот и мегапикселей в камерах все больше и больше, как, впрочем, и самих модулей. Есть ли польза от такого количества пикселей или же это всего лишь маркетинг? На данный момент уже есть модули на 48 Мп, 64 Мп, 108 Мп и даже готовится на 150 Мп от Samsung. Но такие значения характерны для бюджетных и среднеценовых смартфонов. В премиальном сегменте больше 48 МП у камер вы не встретите. Исключениями являются Huawei P 40 Pro с 50 МП и Samsung S 20 Ultra с 108 МП, что наводит на мысль: а почему во флагманах нет таких «крутых» фотомодулей?
Общие понятия о характеристиках камер
Разрешение камеры
Разрешение камеры измеряется в пикселях (точках). Чем больше мегапикселей, тем больше деталей будет на фотографии, это хорошо проявляется при увеличении фото — четкость и детализация будут возрастать. При увеличении Мп в сенсоре должна либо возрастать площадь матрицы, либо должно быть сокращения размера пикселя.
Размер объектива
Чем больше размер объектива, тем больше света он может физически пропустить через себя. Не стоит забывать про качество исполнения линз, если их прозрачность далека от идеала и элементы недостаточно подогнаны, хороших фотографий можно не ждать.
Зум — способность фотокамеры увеличивать изображение во время съемки с предварительной фокусировкой. Существует два вида зума: цифровой (софтверный) и оптический.
Стабилизация изображения
Так же как и зум, стабилизация бывает цифровой и оптической. Цифровая стабилизация считается программной, а вот оптическая приводится в действие с помощью маленьких гироскопов, которые физически перемещают объектив камеры во избежание каких-либо движений, это и обеспечивает снимок высокой четкости.
Матрица
Матрица — это ряд светочувствительных фотодиодов с нанесенным на них тончайшим фильтром. Размер матрицы напрямую влияет на количество пропускаемого света, это ведь важно для качества изображения, опять же чем больше света способна пропустить матрица, тем качественней будет конечная фотография.
Диафрагма
Говоря по-простому, диафрагма — это «отверстие в объективе», которое пропускает свет в матрицу. Диафрагма регулирует световой поток, что дает возможность изменять глубину резкости. Чем ниже данный показатель, тем лучше детализация фотографии в темноте и выше скорость съемки.
Иногда производители камер для смартфонов интегрируют переменную диафрагму, например, Samsung S9 и S9+. Это должно было хорошо сказаться на фотографиях, но оказалось — при маленькой матрице переменная диафрагма попросту лишняя и маркетинговая уловка.
Дополнительные модули
Существует несколько видов: широкоформатный (ширик), телеобъектив (телевик), черно-белый, цветной и с эффектом боке.
Программное обеспечение
Софтверная часть занимает львиную долю работы с фото, поскольку уже не единожды смартфоны Google Pixel с одним 12 МП модулем доказали, что качественную картинку можно получить с помощью анализа и подбора оптимальных настроек. Именно ПО позволяет максимально раскрыть потенциал камеры.
Bayer
На сегодняшний день известно несколько основных структурированных технологий размещения светофильтров пикселей в камере: Bayer, Quad Bayer, TetraCell и NanoCell.
NonaCell в камерах от Samsung не путать с Nanocell от LG в телевизорах.
Bayer — это двумерный массив цветофильтров, покрытых фотодиодами матрицы. В классическом фильтре Байера применяются светофильтры трех основных цветов RGB. Как видно на первом рисунке, количество зеленого цвета больше, чем у красного и синего цветов. Также разрабатывались другие светофильтры, но данный фильтр Bayer широко распространен.
Принцип работы светофильтра Bayer
Quad Bayer/Tetracell
Quad Bayer — это структура размещения светофильтров пикселей в модуле камеры и разбивание пикселя на группы по четыре субпикселя. То есть соседние субпиксели в квадрате 2х2 накрываются общим светофильтром RGB, а точнее — GR-GB.
Принцип работы Quad Bayer
Quad Bayer/TetraCell — удешевляет процесс производства модулей камер для смартфонов благодаря «разбивке» пикселей и их группировке под одним большим покрытием, что ведет к увеличению разрешения. Если бы производитель хотел «честные» 48 мегапикселей, то ему бы пришлось утончать тех процесс, а тут всего лишь используется тоже самое покрытие в 12 мегапиксельной версии.
Quad Bayer это термин активно используемый в камерах Sony, TetraCell тоже самое только от Samsung.
Но все таки имеются и плюсы данных технологий:
Это работает только при хорошей оптимизации и, зачастую, во флагманских устройствах.
Nonacell
Отдельного упоминания стоит NonaCell от компании Samsung. Этот тот же Bayer, только с формированием группы субпикселей 3х3. Данная структура будет применяться в 150 МП модулях камер, но пока неизвестно, будут ли улучшения по сравнению с предшественником.
Сравнение Tetracell и Nonacell
На этой картинке виден изначальный размер субпикселя 0,8µm, на Tetracell 2х2-1,6µm и Nonacell 3х3-2,4µm. Так же идет «искусственное» увеличение пикселей, не ведущее к заметному повышению качества изображения.
NonaCell — это усовершенствованная версия Tetracell, формирующая группы 3х3 субпикселя.
Специфика камер со структурой Quad Bayer/Tetracell/Nonacell делает их интересным решением на рынке сенсоров. Как говорилось выше, данные структуры хорошо себя показывают при достаточной освещенности, в темное время суток, также при однокадровом HDR, который позволяет уменьшить время съемки. Но все это работает только при условии качественного ПО, что доказывают 12 МП модули флагманов «яблочка» и «корпорации добра».
Так уж повелось маркетологи приучили нас мерить качество фотографий мегапикселями и это выливается в хорошую картину: 48 МП = 12 МП, 64 МП= 16 МП, 108 = 27 МП, а 150 МП = 16,6 МП.