Почему камера на 200 мегапикселей в смартфоне все еще снимает хуже старой зеркалки на 12 Мп

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Маркетологи мобильных брендов обожают цифры. Сначала они гордились 48 мегапикселями, потом сотней, а теперь смартфоны козыряют датчиками на 200 Мп. Логика обывателя проста: чем больше цифра в характеристиках, тем круче картинка.

Но если взять древнюю зеркалку вроде Canon 5D или Nikon D90 родом из конца нулевых (с честными, скромными 12 мегапикселями) и сравнить снимки в сложных условиях, иллюзия рассыпается. Фотография со старого фотоаппарата выглядит объемной, естественной и живой, а кадр с 200-мегапиксельного флагмана часто напоминает пластмассовую аппликацию или рисунок акварелью. Дело тут не в магии старой техники, а в банальной физике и оптике, которые нельзя обмануть красивым рекламным буклетом.

Автор: frimufilms Источник: www.magnific.com

Размер пикселя

Слово «фотография» с древнегреческого это дословно «рисую светом». Матрица камеры состоит из миллионов светочувствительных датчиков — пикселей. Чем больше света поймает каждый отдельный пиксель, тем точнее он определит цвет, тем меньше будет цифрового шума и тем шире получится динамический диапазон (разница между ярким небом и темными тенями).

  • В зеркалке стоит большая матрица. Если поделить ее огромную площадь всего на 12 миллионов точек, каждый пиксель получается крупным — размером около 6-8 микрометров. Это как выставить под дождь широкое ведро: оно быстро наполнится водой даже при легком дождике.
  • В смартфоне матрица крошечная — размером с ноготь мизинца. И инженеры умудрились нарезать эту микроскопическую пластинку на 200 миллионов частей. Размер одного пикселя там составляет около 0,5-0,6 микрометра. Это уже не ведро, а микроскопический напёрсток.

Когда света мало (в комнате, вечером на улице), такой пиксель-напёрсток ловит не свет, а статистическую погрешность и тепловой шум. В итоге сенсор захватывает жалкие крохи информации.

Автор: magnific Источник: www.magnific.com

Оптический тупик: дифракция и пластиковые линзы

Чтобы матрица с разрешением 200 мегапикселей реально показала эти 200 миллионов деталей, объектив должен уметь сфокусировать такой сверхтонкий световой луч. У зеркалки перед матрицей стоит килограмм оптического стекла: крупные линзы со специальным просветлением, исправляющим искажения.

У смартфона объектив — это бутерброд из нескольких крошечных пластиковых линз толщиной в пару миллиметров. Они физически не обладают достаточной разрешающей способностью, чтобы спроецировать картинку с детализацией в 200 миллионов точек на такую крошечную площадь.

В дело вступает фундаментальный закон оптики — дифракция света. Проходя через микроскопическое отверстие диафрагмы смартфона, световые волны огибают края и неизбежно рассеиваются. Пятно света от объектива банально размазывается сразу на несколько соседних нано-пикселей. То есть «сверхчеткие» 200 Мп размываются еще до того, как свет коснулся матрицы.

Автор: JMarty07 Источник: commons.wikimedia.org

Биннинг: фокус, о котором молчит реклама

Сами производители смартфонов отлично знают про проблему наперстков и дифракции. Поэтому в реальности ваш смартфон почти никогда не снимает в 200 Мп. По умолчанию в телефоне включен режим объединения пикселей — биннинг. Смартфон берет сетку из 16 соседних микро-точек (4х4) и программно склеивает их в одну большую виртуальную точку. Если разделить 200 миллионов на 16, получается… 12,5 мегапикселей.

То есть телефон за 100 тысяч рублей изо всех сил пытается программными костылями сымитировать то, что старая зеркалка делает естественно, просто за счет своей геометрии. А если вы принудительно включите режим «Честные 200 Мп», снимок будет выглядеть резким только на ярком полуденном солнце, да и то весить файл будет под 80 мегабайт, а при малейшем приближении полезет каша из шумов.

Автор: HelloDavidPradoPerucha Источник: www.magnific.com

Настоящая физика против искусственного интеллекта

Почему портрет со старой зеркалки смотрится объемно, а лицо человека выглядит естественно?

  1. Честная глубина резкости (боке). Большой сенсор и открытая диафрагма настоящего объектива оптически размывают фон. Переход от резких ресниц к мягко размытым ушам и фону плавный и непрерывный. Смартфон же размывает фон алгоритмами: нейросеть вырезает силуэт, как ножницами, часто срезая пряди волос, очки или край уха, и накладывает плоское программное блюр-пятно.
  2. Пластилиновая кожа. Чтобы победить бешеный шум от микропикселей, смартфон включает мощный шумодав, а затем пытается дорисовать потерянные детали нейросетью. В итоге текстура кожи разглаживается до состояния восковой куклы, а трава и листва превращаются в зеленую жижу без полутонов.
  3. Естественный динамический диапазон. Старый сенсор берет снимок одним честным кадром. Смартфон же склеивает HDR из десятка снимков с разной экспозицией. Из-за этого тени неестественно высветляются, небо становится неоново-синим, а само фото теряет светотеневой контраст и ощущение глубины.
Автор: ArthurHidden Источник: www.magnific.com

Так зачем тогда смартфону 200 мегапикселей?

Неужели это чистый обман? Не совсем, у такого решения есть два практических плюса для смартфона:

  • Цифровой зум без отдельного телеобъектива. С огромного полотна можно вырезать центральный кусок на 12 Мп и получить условное приближение 2х или 4х без сильной потери четкости при хорошем освещении.
  • Маркетинг, который продает. Большинство покупателей не знают, что такое размер фотодиода, дифракционный предел и оптический пучок. Но они знают, что 200 — это намного больше, чем 12 или 48.

Смартфон выиграл войну за счет того, что он всегда лежит в кармане, моментально выкладывает фото в соцсети и делает кадр «приемлемо резким и ярким» в один клик без ручных настроек. Но законы распространения света не меняются со времен Ньютона: никакой софт и никакой процессор не способны заменить большую стеклянную линзу и крупную кремниевую пластину, жадно собирающую настоящий свет.

Автор: marymarkevich Источник: www.magnific.com
Изображение в превью:
Автор: frimufilms
Источник: www.magnific.com
Другое
Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)
Об авторе

E-mail: chinamerk@yandex.ru
Wechat: spirit2101
Telegram: https://t.me/Alexrew1
VKontakte: https://vk.ru/amerkulov91

22 комментария

Добавить комментарий

Override76
Пиксель лучше снимает, чем старая зеркалка с китовым объективом.А сейчас фото после фотоаппарата переделывают полностью в фотошопе, так что смартфон снимает честнее, но только пиксели и айфоны, там действительно занимаются камерами.
Д
Там точно такая же цифровая фотограция, на пикселе и айфоне, ничем не лучше других.
N
Неправда, фото с фотоаппарата получается более фактовым. То что потом вы с ним делаете, предпечатная подготовка, собственные извращения, к фотоаппарату отношения не имеют
C
Пиксель лучше снимает, чем старая зеркалка с китовым объективом.А сейчас фото после фотоаппарата переделывают полностью в фотошопе, так что смартфон снимает честнее, но только пиксели и айфоны, там действительно занимаются камерами.

Уважаемый, Вам и в этой статье пытались объяснить, что ВСЕ современные телефоны пользуются «улучшайзерами» и без них изображение будет ужасным. Если на вашем пикселе есть режим профи — снимите два кадра, один в обычном фоторежиме и второй такой же в режиме профи. Как правило режим профи не использует ИИ. Вот тогда увидите разницу — там будут и шумы и все прелести без обработки. Но у нас же обыватели никогда не перегружают себя режимом профи, когда обычный фоторежим дает такой ВАУ-эффект, что в остальные режимы уже никто и не заглядывает
Не задумывались — почему криминалисты всегда пользуются фотоаппаратами, если уже давно есть телефоны, которые неплохо снимают. Потому что от криминалиста фото может быть принято как доказательство, если оно не подвергалось обработке. Потому что их работа связана с фактами. А факты не должны быть искажены.
А с фотоаппарата фото обрабатывают не все. Только профессионалы, которым за фото деньги платят.
Д
У менять 2й «пятак» (естественно на полном кадре) и несколько фиксов от 25 до 85мм. Было еще пару фотоаппаратов со сменными линзами, отдал детям. Сейчас пятак использую крайне редко и только для портретов, вот позавчера снимал младшую дочу (2 года исполнилось). И да, потом обработка из RAW, потому что портрет — это не просто фиксация картинки, это зафиксированное некое действо.
А для обычной съемки «я здесь был» зеркалку давно уже не беру, в отпуск и командировки катаю только с смартфоном, современные топовые смартфоны отлично справляются, даже в плохом освещении снять. Да, цифровая фотография, куча обработки, но зато всегда под рукой и никто эти фото не рассматривает на больших диагоналях.
C
Телефонная оптика по сравнению даже с простыми «мыльницами» это защитное стёклышко перед матрицей. Физику не обмануть, поэтому снимки с телефонов вытягивают обширной матобработкой, это называется вычислительная фотография. Порой алгоритмы ошибаются и тогда можно увидеть, например, что телефон превратил триангуляционную вышку на вершине холма, где-то на заднем плане, в нелепого человечка :)
C
Ну или когда снимают портрет с «размытием» телефоном. Сейчас конечно алгоритмы такого «размытия» доведены до совершенства, а вот раньше — такие ляпы встречались, например, что часть прически тоже была размыта
a
И все-таки это мелкие, но фиксы. Да и как мелкие? Над шириками даже с хорошей светосилой много стекла не нужно, хотя и сенсоры под дюйм размером. Так что по детализации на солнышке все эти 200, 100, 50 Мп разрешают очень и очень прилично. Моя старая зеркалка с китом и на 20Мп уступает очень сильно.
N
Жирный пиксель, дифракцмонный предел. Лет 15 назад на фотору, с пеной у рта, доказывалось что смартфон никогда не сможет снимать как мыльница.
30 лет назад в эхах ФИДО процессоры не могли привысить 100 мгц предел.
Я все это пишу на прямом доказательстве обратного 🤣
m
смартфон до сих пор не может снимать как мыльница, а генерирует «по мотивам» то, что не получилось снять с матрицы.
в целом получается приемлемо
C
Так тут только тот кто в теме поймет, что спорить по данному вопросу не надо. И современные смартфоны не могут снимать как мыльница. Это постобработка и встроенные алгоритмы (даже если не заявлено ИИ-фото), которые есть в любом смартфоне, доводят картинку до такого уровня, чтобы была как минимум не хуже (а иногда даже лучше) по сравнению с мыльницей. И кстати еще вопрос — что называть мыльницей. У меня есть Sony RX100-II. По размерам вроде мыльница. Объектив выдвижной как у мыльниц. Но в нем дюймовая матрица и картинка точно лучше чем с любой другой мыльницы. Всю постобработку придумали злобные мракатологи. Сейчас же основная фишка, на которую делают упор при рекламе — фотовозможности. А кому нужен будет смартфон, который вместо картинки будет выдавать месиво из шумов?
N
В свое время, когда ещё популярна была пленочная фотография, мыльница и называли фотоаппараты с фиксированными объективами, в лучшем случае можно повернуть объектив в макрорежим как исключение. Часто с пластиковыми линзами, встроенная фотовспышка, корпус напоминал мыльницу для мыла. Вставил кассету с плёнкой, батарейки если предусмотрены, навёлся через видоискатель, нажал кнопку и готово. У меня таких камер несколько штук валяется. Жена только ими снимала. Семейные же мероприятия я снимал Зенитом или Киевом. Снимки намного приятнее получались. Даже Смены и Вилии делали более качественные снимки в сравнении с этими мыльницами.
N
Да, все верно сказано — законы физики не обманешь, если эту физику знает пользователь. Конечно, размер матрицы имеет значение, особенно размер ячейки пикселя на ней, но значительная часть в качестве светового потока к матрице играет оптическая система объективной части, в частности её размер (диаметр). Многим наверно известно, что ширина видимого диапазон оптического спектра составляет длины волн от 380 нм до 780 нм. Именно сочетание минимального диаметра проходного отверстия в оптической системе и длина волны определяют разрешающую способность этой оптической системы. Как пример, грубо — возьмём волну верхней границы оптического диапазон, красная линия с длиной волны 780 нм., оптика проецирует изображение допустим на матрицу в 48 мегапикселей с размером кадра 8000х6000 пиксель. Изходя из этих данных, световой поток проходящий через оптическую систему из вне на матрицу должен иметь минимальный диаметр линзы в системе около 6,3 мм, это если по нормальному. Но законы физики и человеческое восприятия — вещи разные. Согласно физики, световая волна может проходить через отверстия не только минимум равная длине этой волны, но и через отверстия диаметром менее, но не меньше 0.6 от длины этой волны. Это уже для фотографии критическая территория. Где для выделения полезной информации начинаются танцы с бубном. Так вот, современные смартфоны с матрицами большого разрешения и ограниченной оптикой как раз работают на территории критических ограничений. И бог знает какими усилиями инженеров и программистов и бестыдной работой эффективных маркетологов, мы получаем компромисс который устраивает индивидуально каждого по разному
m
А сейчас фото после фотоаппарата переделывают полностью в фотошопе,

Можно подумать что в пленочные времена постобработки не было…
C
Была. Сначала была профессия ретушер. Это человек, который набором инструментов, т.е. физически, мог прямо на пленке устранить небольшие дефекты изображения. Обычно это было распространено в киностудиях. Фотографы пользовались реже. Потом появились дорогущие пленочные сканеры (профессиональные модели могли стоить несколько десятков тыс. $) с высоким разрешением. Таким сканером изображение переносилось на компьютер для дальней обработки. Профессиональные модели таких сканеров уже «из коробки» имели технологии, например, сканирования в инфракрасном свете или многопроходного сканирования с последующим усреднением, что уже на этапе сканирования позволяло убирать, например, царапки, полученные пленкой, к примеру, в канале протяжки пленки фотоаппарата. И уже после переноса изображения на компьютер это изображение обрабатывалось с помощью ПО
C
Автор, почти все хорошо и правильно. Еще немного теории подучи и очень хорошая статья получится. Но боке это ни разу не глубина резкости. Извини — дальше статью читать не стал. Боке — это специфическое отображение зоны нерезкости обусловенное очень многими параметрами. Как правило эту специфику отображения связывают с конкретным объективом установленным на фотоаппарат. Поэтому еще боке называют «рисунок» объектива. Какой то объектив способен закручивать фон, какой то может рисовать овальные блики вместо круглых в зоне нерезкости, какой-то объектив создает правильную идеальную нерезкость. Все это и есть боке — способность объектива отображать зону нерезкости. К глубине резкости имеет только то отношение, что в зависимости от глубины резкости отображение объективом зоны нерезкости может немного меняться. Так например самый красивый рисунок получается на диафрагмах близких к открытым. Чем больше прикрываешь диафрагму — тем менее выраженным становится боке
N
Наверно не стоило в статье обращаться к Исааку Ньютону, как к основоположнику закона распространения света. Хотя он и умный человек живший в 17-18вв, но теорию прямолинейного распространения света сформулировал древнегреческий математик и философ Евклид, а это более 300 лет до нашей эры. Закон преломления света экспериментально открыл в 1621 году голландский математик и астроном Виллеброрд Снелл, опиравшийся на более ранние данные Клавдия Птолемея. Даже современниик Ньютона работавшие в этой теме также внесли не меньшее значение в понимание оптический законов.
Korzh
Нормальному обывателю похрен вся эта физика-шмизика — ему нужна ровно одна кнопка: «сделать красиво»
А к зеркалкам её прикрутить не удалось. В итоге в этих самых упомянутых «сложных условиях» можно вытянуть что-то куда лучшее, чем с телефона, но это повозиться нужно. Чего никому делать не хочется, так что чаще всего и не в сложных на выходе получается говно
Это первый момент
Второй — физика-шмизика работает в обе стороны. Мелкие матрицы и компактная оптика в телефонах не из вредности, а потому, что в них другие не лезут. А куда лезут, то не лезет в карман, так что у нормального обывателя вообще не стоит вопрос выбора фотки с телефона или камеры, поскольку второй всё равно вечно под рукой нет, даже если он её зачем-то купил
Так что в итоге имеем выбор между реальными и потенциальными фотографиями — кончающийся тем, что реальные существуют, а потенциальные могут быть сколь угодно качественными только потенциально, почему тема годится только для простенькой записи в блогах и её обсуждения, но не более того :)
C
Это нормально. Технологические прорывы обычно вносят коррективы в использование той или иной техники. Вспомните устройства записи на магнитную ленту — сначала только спецслужбы пользовались, а через несколько десятилетий кассетник почти в каждом доме был. Сейчас фотоаппараты нужны только профи или людям увлеченным.
Кнопки «шидевр» как бы Вам не хотелось нет ни на фотоаппарате, ни на телефоне. Даже телефоном можно сделать шикарный кадр. Фотоаппарат долго доставать и готовить к съемке, а телефон всегда под рукой. А можно и самым дорогим телефоном с развитыми фотовозможностями (или дорогущим фотоаппаратом) снимать такой трешак, что никто и смотреть не станет. Прямизну рук никто не отменял
Korzh
— Творцы нам тут на х… не нужны, — сказал он. — Криэйтором, Вава, криэйтором ©
Вот также точно не нужны ни шедевры, ни вообще «шикарные кадры» в отрыве от контекста
Нужно просто «сделать красиво» и к месту. Всё.
А аналогия с кассетниками несколько кривая — их покупали не для записи в первую очередь, а чтобы просто слушать записанное. Как правило, уже записанным и купленное
И конкретный носитель был в общем-то пофиг — решало то, насколько удобным на нём можно было сделать устройство. Потому-то компакт-кассеты неплохо справлялись с винилом и бобинами, но позднее сильно сдали под натиском CD, а сейчас уже практически все вместе пали смертью храбрых от руки стриминга (хотя он развитие радио, т. е. вообще немного другая ветвь эволюции)
a
Устарела статейка… Топовые смартфоны имеют сенсоры отнюдь не с мизинец, а вообще-то больше, чем у старых продвинутых мыльниц и примерно равны (или равны) премиальным дюймовым компактам. Добавим сюда маленькие, но все же фикс-объективы. Сплошь свтосильные. Вот и все. Кроп зеркалочка со стареньким сенсором и с простецким зум-китом абсолютно не будет иметь никаких преимуществ. Та же чистая физика.
Далее, обыватели приняли широкий угол. Так что нацепить бездумно на шею фотик — плохая идея)
То, что мобилы насилуют собственные фото — это уже немного другое. Но народ и это принял) Мне вон начинают тыкать, что у меня шум есть, видите ли. А у них — нет)
Так что первое щас, это не фотик. А подготовка. Ничего или маловато знаешь о фото — покупай мобилу подороже. В ней будет встроено два-три премиальных компакта и встроенный фотограф. Очень умный, просто настроенный чересчур все давить)
А если разбираешься — конечно получишь бонус от специализированной техники. Особенно при неудобных условиях…

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Сколько весит выдох планеты: метаболизм всех людей на Земле производит 2 миллиарда тонн CO₂ в год

Жизнедеятельность человека непрерывно связана с выработкой углекислого газа. С каждым вдохом в легкие поступает кислород, который разносится кровью по тканям и участвует в расщеплении питательных...

Боком в Темзу: как гигантский пароход Great Eastern спускали на воду

Осенью 1857 года на берегу Темзы стоял корабль, который уже до первого плавания оказался слишком большим для привычных правил судостроения. Great Eastern растянулся почти на 211 метров —...

Зачем Grundig объединил кремний и германий: схемотехника катушечника TK 121

Завод Grundig выпускал катушечный магнитофон TK 121 с 1969 по 1973 год. В части сервисных каталогов указан период с 1969 по 1972 год. Размеры корпуса составляют 39,0 x 16,0 x 29,0 см при массе...

Почему беспроводная зарядка убивает аккумулятор смартфона быстрее кабеля

Беспроводная зарядка это чертовски удобно: пришел домой, бросил смартфон на «блинчик» на столе или тумбочке, и никаких поисков провода в темноте. Маркетологи годами продавали нам эту технологию как...

Зачем самка богомола съедает самца после спаривания: жестокий инстинкт или способ выживания?

Богомолы известны необычным поведением во время размножения: самка иногда съедает самца прямо во время спаривания или сразу после него. Эта особенность давно стала одним из самых известных примеров...