Profesjonalne aparaty fotograficzne bazują na wysokiej klasy podzespołach oraz dużych matrycach, których zastosowanie w smartfonach nigdy nie wchodziło w rachubę. Motywuje to jednak producentów do poszukiwania sposobów na pokonanie tych barier. Efektem są ciekawe rozwiązania, jak Quad-Bayer, Tetracell oraz Nonacell.
Jakość zdjęć to nie tylko rozdzielczość, lecz także wyraźność i szczegółowość. Mikroskopijne matryce i piksele, malutkie obiektywy oraz niskie ISO od zawsze działały na niekorzyść smartfonów. Okazuje się, że można temu zaradzić, choć tylko częściowo.
Rozwój sprzętu oraz fotografii obliczeniowej zachęciły producentów do obrania nowego podejścia oraz implementacji nowych rozwiązań, w tym, łączenia pikseli.
Nim jednak przejdziemy do łączenia, zatrzymajmy się na chwilę przy samych pikselach.
Z założenia, matryce aparatów rejestrują obraz czarno-biały. Aby uchwycić kolor, stosuje się siatkę Bayera (nazwaną tak od nazwiska jej twórcy, Bryce’a Bayera), która dzieli jeden piksel na cztery mniejsze (sub-piksele), uwzględniające informacje o 3 kolorach – RGB (czerwonym, zielonym, niebieskim) – w konfiguracji RGGB. Jak wykazały badania, ludzkie oko jest najbardziej wrażliwe na zieleń, dlatego właśnie ten kolor otrzymał 2 sub-piksele, a pozostałe tylko po jednym.
Każdy z sub-pikseli przepuszcza światło o określonej długości, jednocześnie blokując inne, i zapisuje je w postaci danych, które następnie przechodzą proces demozaikowania.
Specyfika smartfonów uniemożliwia stosowanie dużych matryc i optyki, w związku z czym producenci musieli szukać sposobów na obejście zasad, nie złamanie ich. Pośród nich wyróżniają się dwa:
Quad-Bayer łączy 4 piksele w jeden większy, który może pracować w jednym z trzech trybów:
Chociaż matryca typu Quad-Bayer łączy 4 piksele w jedną grupę, to pozwala wykorzystać każdy z pikseli osobno produkując zdjęcie w pełnej rozdzielczości, co sprawdza się przede wszystkim w dobrych warunkach oświetleniowych. Jednak nie jest to domyślne przeznaczenie tej matrycy, dlatego zdjęcia z Xiaomi Mi Note 10 są produkowane w 27 Mpx, a z Huaweia w 10/12 Mpx, podczas gdy rejestrowanie zdjęć w pełniej rozdzielczości odbywa się w dedykowanym temu trybie.
Źródło: Sony
Tryb HDR w konwencjonalnych matrycach oparty jest o kilka ujęć wykonanych seryjnie z różnymi ustawieniami ekspozycji. Matryce typu Quad-Bayer pozwalają na wykonanie dwóch zdjęć równocześnie poprzez odpowiedni podział pikseli.
Połowa pikseli (1) odpowiada za zdjęcie o niskim naświetleniu, a druga połowa (2) o wysokim. Pozwala to wyeliminować rozmycie ruchu w dynamicznych ujęciach, a wraz z nim dodatkowe przetwarzanie odpowiedzialne za jego redukcję.
To tutaj swoją siłę pokazuje zarówno Quad-Bayer, jak i przetwarzanie danych. Jedną z zalet łączenia pikseli jest redukcja szumu. W klasycznej siatce Bayera, 1 piksel odpowiada za 1 kolor. Siatka Quad-Bayer pozwala połączyć 4 piksele w jedną grupę zbierającą dane o 1 kolorze. Dzięki temu można wykorzystać dane z 4 pikseli i uśrednić je, tym samym redukując ilość szumu.
Dodatkowo, w dobie fotografii obliczeniowej wiele zdjęć powstaje nie z jednego, a z wielu ujęć, co wymaga świetnych podzespołów i mocy obliczeniowej. Spełnienie obu warunków umożliwia zaimplementowanie złożonego przetwarzania sygnału, np. wprowadzone przez Apple technologie Smart HDR oraz Deep Fusion.
Źródło: Sony
Tetra-/ Nonacell to rozwiązania od Samsunga, których działanie jest zbliżone do matryc Quad-Bayer, lecz piksele łączone są w grupy składające się z 4 (2x2) do nawet 9 pikseli (3x3).
Źródło: Samsung
W przypadku smartfonów, głównym celem tego typu rozwiązań nie jest poprawa plastyczności i detaliczności obrazu. Priorytet ma bezstratny zoom oraz kontrola szumu. Pierwsze wynika bezpośrednio z wysokiej rozdzielczości matrycy, drugie z łączenia pikseli oraz sprzętowych rozwiązań, jak Smart-ISO.
Nie oznacza to jednak, iż szczegółowość i wyraźność zdjęć nie są poprawiane, bo są, lecz dzięki oprogramowaniu. Uzyskanie ostrego i wyraźnego zdjęcia, czy też wideo jest możliwe dzięki post-procesowemu wyostrzaniu obrazu oraz eliminacji, tzw. cross-talku, czyli sytuacji, gdy informacje z jednego piksela wpływają na okoliczne piksele, co osiągnięto dzięki otoczeniu każdego piksela barierą wykonaną z „innowacyjnego materiału” ograniczającego przecieki światła.
Źródło: Samsung
Profesjonalne aparaty fotograficzne bazują na wysokiej klasy podzespołach oraz dużych matrycach, których zastosowanie w smartfonach nigdy nie wchodziło w rachubę. Dlatego w smartfonach obrano inny kurs – kreatywność i zaawansowane przetwarzanie obrazu. Technologie pokroju siatki Quad-Bayer, czy Samsung Nonacell pozwalają smartfonom pokazać na co je stać tak, gdzie błyszczą od dawna – w przetwarzaniu danych – czego przykładem są technologie typu Smart HDR, czy Deep Fusion. W fotografii obliczeniowej pierwsze skrzypce gra moc obliczeniowa, a jej wzrost w kolejnych latach jest pewny. Kto wie czym jeszcze zaskoczą nas producenci.
Materiały z tej serii:
3. Jak utrzymać ład i porządek na zdjęciu
4. Pierwszy, drugi i trzeci plan
5. Balans bieli. Co to jest i dlaczego jest takie ważne
6. Najlepsza pora na robienie zdjęć
7. Dane EXIF, co to jest i kiedy się przydaje?
10. Rozdzielczość to nie tylko megapiksele. To znacznie więcej
11. Quad-Bayer i Nonacell to nadzieja na lepszą jakość zdjęć
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
