“Büyük pikseller” neden ve nasıl daha iyi bir resim oluşturur?


26

Bu, Phil Schiller'in "daha büyük piksellerin" daha iyi bir resim için anahtar olduğunu söylediği günümüzün iPhone 5S açıklamasından çıkıyor.

elma daha büyük daha iyi diyor diğer parçalar da daha büyük

  1. Ne anlama geliyor?
  2. Bu doğru mu, yoksa sadece bir pazarlama hilesi mi?

3
Apple’ın Nokia’yı takip ettiği anlamına gelir, ancak Nokia’nın önünde gibi görünmesini sağlarlar. İPhone5'in sensör alanı 15,5 mm2 ve Lumia1020'nin sensör alanı 58,1 mm2'dir. ( kaynak ) iPhone5S'deki bu yeni sensör ne olacak?
Esa Paulasto 11:13

“% 15 daha büyük sensör” ve “1,5 mikron piksel” değerlerine dayanan EspaS ellas hesaplamaları, yaklaşık 4,9 mm x 3,6 mm = 17,6 mm ^ 2 büyüklüğündedir.
Philip Kendall


Yanıtlar:


43

Hızlı özet

Evet, daha büyük pikseller performansı eşit olarak iyileştirir ve Apple sensör boyutuna odaklanarak iyi bir şey yapar. Bununla birlikte, bu durumda, büyüklükteki artış o kadar küçüktür ki, fark muhtemelen ihmal edilebilecek, muhtemelen pazarlamalarından bekleyebileceğiniz gelişme seviyesine kadar yaşayamayacaksınız.

Daha büyük pikseller ne anlama geliyor?

Bu, kameranın sensöründeki pikselleri temsil eden fotodedektörlerin boyutuna işaret eder.

Kısacası, bu foto algılayıcılara ne kadar fazla ışık ulaşırsa, ışık seviyelerini o kadar doğru ölçebilirler, böylece gürültüyü azaltırlar. Basitleştirmek için, gürültü genellikle düşük ışıkta veya iç mekan fotoğrafçılığında bir faktördür.

Sensörde daha büyük foto algılayıcılar elde etmenin iki yolu vardır:

  1. Daha az piksel var.

  2. Sensörü büyüt.

İlki, net bir iyileşmeyle sonuçlanabilecek veya sonuçlanamayacak olan çözüme karşı bir takastır, oysa ikincisi genel bir kazançtır. İPhone 5S'de, ikincisiyle birlikte gittiler, ki bu iyi.

Cep telefonları ve kompakt kameralardakiler gibi küçük sensörler en çok küçük piksellerden muzdariptir, çünkü aynı sayıda piksel için, piksellerinin DSLR'lerde ve diğer profesyonel / prosumer kameralardakinden çok daha küçük olması gerekir.

Megapiksel yarış

Kamera sensörlerine giderek daha fazla piksel sığdırma arzusu, çözünürlükte azalan geri dönüşlere neden oldu ve küçük sensörlerin cep telefonlarındaki ve kompakt kameralardaki duyarlılığına zarar vermeye - ya da ihmal etmeye başladı - .

Ne yazık ki, "daha fazla piksel = daha iyi kamera" zihniyetinden etkilendi, çünkü megapiksel sayımı fotoğraf makinenizi pazarlamak için çok kolay . Gerçekte, azalan dönüşler ne kadar çok piksel eklerseniz, o kadar az eklemenin de o kadar önemli olduğunu garanti eder ve birçok sensörün, özellikle de cep telefonlarının içindeki miniklerin bile yeterince çözülemediği noktaya geliyoruz. Yine de, kullanılan objektifin özellikleri ve algılayıcıda üretebilecekleri en net görüntü nedeniyle megapiksel sayımlarını doğrulamak için.

Mikro gürültüler ve arka aydınlatma gibi sensör teknolojisindeki gelişmeler ve daha gelişmiş gürültü azaltma algoritmaları, bu kadar küçük bir sensörde artan piksel sayıları nedeniyle kayıp hassasiyetini telafi etmek için bir yol kat etti, ancak bugünlerde cep telefonu kameraları: Küçük ışık toplama alanları nedeniyle iç mekanlarda ve düşük ışıkta hala gürültülüdür.

Megapiksel sayımı, dijital kameralarla ilişkili birincil pazarlama istatistiği olmaya devam ederken yanıltıcı olmasına rağmen, kameranızı hassasiyete veya görüntü kalitesinin diğer yönlerine göre pazarlamak çok zordur .

Peki neden Apple bu şekilde pazarlıyor?

Bilgi sahibi olmayan halk hala bir kamera geliştirirse megapiksel sayısının artmasını bekliyor.

Bununla birlikte, Apple, cep telefonlarında "daha iyi" bir kamera yayınlıyor, ancak megapiksel sayısında artış yok.

Teknik olarak, bu görüntü kalitesi için iyi bir fikirdir. Bununla birlikte, insanlara bunun nedenini açıklamak zor, megapiksel sayımının görüntü kalitesi için birincil ölçüt olduğuna inanmaları şartı ile.

İPhone 5S fotoğraf makinesini bu şekilde pazarlamak:

  1. Kamera sensörlerinin pazarlamasını piksel sayısından uzağa, hassasiyet ve kalitenin diğer yönlerine kaydırın.

  2. Birçok insanın hala görüntü kalitesini belirlediğini varsaydığı megapiksel sayısının artmadığından dikkatini dağıtın.

Ne yazık ki, aynı devrime ilk girişen onlar değil ve son olmayacaklar. Megapiksel efsane çok sağlam bir şekilde yerleşiktir.

Not: Aşağıdaki bazı yorumlara cevaben, "megapiksel efsanesini", piksel sayısının görüntü kalitesini belirleyen birincil faktör olduğu ve daha fazla pikselin her zaman daha kaliteli olduğu efsanesi olarak tanımlarım - bu piksel sayımının yararı yoktur. Ayrıca megapiksel efsane sorununun özünde, cep telefonları ve kompakt kameralar için neredeyse hiç konuşulmayan sensör büyüklüğü gibi önemli istatistiklerden uzaklaştığıdır.

Bu doğru mu yoksa bir pazarlama hilesi mi?

Öyle teknik olarak doğrudur, ancak bu durumda fark önemsiz olması için çok küçük.

Aynı sayıda pikseli tutmanın ve her pikseli daha büyük yapmanın daha iyi hassasiyetle sonuçlandığı doğrudur ve burada yaptıkları budur. Bu, düşük gürültüyle sonuçlanmalıdır (veya kamera bunun sonucunda daha yüksek hızlar kullanabilirse, düşük ışıkta muhtemelen daha az hareket bulanıklığı). Onların "daha büyük pikseller = daha iyi resim" olduğu iddiası bunun basitleştirilmesidir ve insanların gündüz açık alan resimlerinin de iyileştirilebileceğini düşünmeleri konusunda kafa karıştırıcı olabilir. Ancak düşük ışıklı senaryolarda gelişmiş hassasiyet bir fayda sağlayacaktır.

Ancak , onları daha da büyütmediler. İle sadece önemsiz o kadar küçüktür ki: sensör boyutu bir% 6.6 artış, hassasiyeti oluşan kazanç minik olacak. Bir perspektifi ortaya koymak için, DSLR'nin kompakt bir kamera kadar büyük bir oranda yaklaşık% 500-900 olan bir sensörü vardır. Bu , birden fazla f-stop'un önemli hassasiyet kazancını sağlar. % 6,6 artış çok önemli değil. Bir f-stop'un yaklaşık altıda birini temsil eder.

Yani bir çeşit pazarlama hilesi. Önemli kazanımlar elde etmek için sensör boyutlarını çok daha fazla artırmak zorunda kalacaklar. Aynı zamanda bir pazarlama taktiği daha önce pazarlama megapiksel sayısı odağı yaptım çünkü var ve yine de şimdi piyasa yol geçiş yaptıktan çünkü onlar megapiksel sayısını artırmak için değil seçtiniz ve hala kamera düzeldi böbürlenmesiyle edebilmek istiyorum .


3
Diğer her şey eşit olacak, çünkü fizik. Daha fazla alan daha fazla foton toplayacaktır. Bunun daha iyi hassasiyetle sonuçlanmayacağı tek durum, kullanılan CMOS teknolojisinin önemli ölçüde geriye doğru gitmesi durumunda olacaktır. 1960'lardaki fotodetektörlerden bahsetmiyoruz. Ayrıca "Teknolojideki gelişmeler ..." ile başlayan paragrafıma bakın.
thomasrutter

5
Bir parametreyi tartışırken, 1960 sensörlerini karşılaştırmaya başlamak yapıcı değil, "her şey eşit" her zaman bir hediye.
Michael Nielsen

3
Megapiksel efsanenin kendisi bir efsanedir, daha büyük pikseller piksel başına daha iyi hassasiyet ve daha yüksek kalite anlamına gelir, ancak daha küçük pikseller görüntü başına daha iyi hassasiyet ve daha yüksek kalite anlamına gelir (hepsi eşittir). Tek tek pikselleri değil, resimler basarım, bu yüzden daha çok megapikselim olmasını tercih ederim.
Matt Grum 11:13

3
@MattGrum - Bununla birlikte, iPhone durumunda, tek fark piksel boyutudur, bu nedenle telefonun IQ'sunda gelişmelere yol açması gerekir. Bu nedenle, FF sensörleri genellikle aynı nesilde aynı sayıda piksele sahip APS-C sensörlerinden daha iyi performans gösterir. Bununla birlikte, noktanızı desteklemek için Nikon'un D800 ile kanıtlamayı başarması nedeniyle, mevcut teknoloji, görüntü kalitesinden ödün vermeden piksel sayısında büyük bir artışa izin verecek. İnsanlar hala bu kavram etrafında kafalarını ele geçiriyorlar.
John Cavan

2
Ayrıca, FF ve APS-C sensörlerinde piksel yoğunluğu ile ilgili argümanlar yine de cep telefonu boyutuna kadar iyi ölçeklendirilemez. Bir cep telefonunda algılayıcı çok küçüktür, mütevazı bir 8 megapiksel için bile gerekli olan piksel yoğunlukları fiziksel sınırlamalara dayanır: optik sistemin minimum karışıklık çemberi, fotodetektörün çevre devresine göreceli büyüklüğü, vb. . Cep telefonu büyüklüğünde bir sensörde 8 megapiksel gerçekten
zorluyken

13

Teoride daha küçük piksellere sahip olmak, daha küçük piksellere sahip olmaktan daha iyidir.

Küçük bir piksel daha az foton yakalayacaktır ve bu nedenle çıktısı daha gürültülüdür, ancak daha fazla örnek alarak gürültü ortalamaları çıkarır, basit yeniden örnekleme ile daha az piksel içeren bir sensörün sonucunu simüle edebilirsiniz.

Ancak daha büyük piksellerin sonuçlarını eşleştirmekten daha iyisini yapabilirsiniz. Birlikte daha küçük pikseller daha fazla bilgi yakalar. Büyük pikseller, 5 µm x 5 µm alanda ne kadar foton düştüğünü size bildirir. Küçük pikseller aynı alanda kaç tane foton düştüğünü de söyler, ancak aynı zamanda sol üst 25µm x 25µm bölgesinde, sağ alt 25µm x 25µm bölgesinde vb. Düştüğünü de gösterir. daha hassas, daha hassas piksellere sahip bir kamerayla aynı çözünürlükte daha ayrıntılı görüntüler.

Uygulamada işler hiçbir zaman eşit değildir. Okuma gürültüsü hesaba katıldığında, 4 küçük pikselden değerlerin okunması, okuma gürültüsünün dört kez alınması anlamına gelir; Bu, son derece düşük okuma gürültüsüne sahip en son Sony Exmor sensörlerinde bir sorun olmamalı, ancak Canon'un 2013 itibariyle 22MP'den daha fazla bir gövde üretmemesinin nedeni olabilir).

Pikseller düz varlıklar değildir. Genellikle ışığa duyarlı kısım, etrafındaki elektronik parçaların üzerinde, yukarıdaki katmanlarda alt kısımdadır. Bu pikselleri bir kuyu gibi biraz yapar. Pikselleri çok çok küçük yaptığınızda, ışığa duyarlı alanın oranı azalır ve genişliğinin bir oranı kadar kuyunun derinliği çok artar, ışığın alabileceği açıların sayısını ve böylece duyarlılığı azaltır.

Telefon kamera sensörlerinin bulunduğu yer burasıdır, doldurma oranı ve açısal verimden ciddi şekilde ödün vermeden piksel sayısını arttıramazlar, böylece tüketicilere piksel sayısını azaltıyorlar. En iyi çözüm, sensörü daha büyük hale getirmektir, ancak bu daha büyük bir lens gerektirir ve çok sayıda telefon satan süper ince bir gövdeye izin vermez.

Daha büyük piksellere sahip olmanın dezavantajları da vardır. Azaltılmış örnekleme frekansı, harire neden olur ve bu, düşük çözünürlük sorununu daha da arttıran daha güçlü anti-alias filtreleri gerektirir. Daha düşük bir örnekleme oranı da daha fazla kirletici hatalara yol açar.

Maalesef "küçük pikseller kötü" mantra, format boyutlarına uygulanır ve kamera üreticilerinin, piksel sayılarını "geleneksel bilgelik" olarak kabul ederek piksel sayısının artırılmasıyla kaliteyi yükseltmek konusunda isteksiz olmalarına neden olur sallayın ve daha iyi lensler kullanın (bu noktaların her biri doğru değil).


Nikon'un tamamen D800 verilen "geleneksel bilgeliği" takip ettiğini söyleyeceğimi bilmiyorum ... ya da AA filtresinin bunun başka bir işareti olduğunun söylenmesi eğilimi göz önüne alındığında, geleneksel bilgeliğin değişmeye başladığını iddia edebilirsiniz. .
John Cavan

1
Bu beni Apple'ın yeni iPhone 5'lerde piksel sayısını düşürüp düşürmediğini merak ediyor. Ama yapmadıklarını düşündüm. Bunun yerine daha büyük bir sensör oluşturmadılar mı?
Esa Paulasto

1
Aynı sayıda pikseli tuttular ve sensör boyutunu (yine de TINY miktarıyla) 1,4 µm piksel boyutundan 1,5 µm piksel boyutuna (1/3 "sensör boyutunun 1/3" sensör boyutuna) yükselttiler.
thomasrutter 13:13

4

Buradaki ana fikir, daha büyük sensörün daha iyi görüntü vermesidir (sensörler aynı teknolojiyi kullanıyorsa). Apple'ın yaptığı, sensör boyutunu artırmak ve aynı piksel sayısını koruyarak her piksel daha yüksek bir sinyal-gürültü oranına sahip olacak ve bu da daha iyi bir görüntü elde etmenizi sağlayacaktır.


3

Her şey, mümkün olduğunca doğru gelen ışığı yakalamakla ilgili.

Oldukça basittir, daha büyük bir yüzeye (piksel başına) sahip olmakla daha fazla ışık yakalarsınız ve sonuçta o ışığın daha doğru bir şekilde temsil edilmesini sağlarsınız.

Fotoğrafın daha iyi olacağı doğrudur, ancak piksel başına sadece% 15 muhteşem değildir. Bu yüzden de pazarlama. Nokia, PureView ile benzer bir şey yaptı. Aşağı örnekleme 41 Megapiksel ila 5-10 megapiksel arası gürültü seviyelerini de önemli ölçüde azaltır. Bana sorarsanız, Nokia'nın PureView buna üstünlük sağlayacak.


0

Daha büyük pikseller oluşturmanın iki temel avantajı vardır:

  1. daha büyük pikseller daha fazla ışık toplar, böylece sensör daha hassastır. Bu, düşük ışık koşullarında düşük ISO ve düşük gürültü ile çekim yapabileceğiniz anlamına gelir.

  2. Geniş diyafram açıklığı (örn. f / 2.2) ve çok az sensör, birçok ışık ışınının, görüntünüzü bulanıklaştıran farklı piksellerle rastgele etkileşime girdiğini gösterir. Ve bu çözünürlüğü düşürür.

Bununla birlikte, mega pikselin iyi bilinen efsanesini iyi bilememiş olsak bile, sensörler hakkındaki "daha iyi" gerçeği yaygınlaştırıyoruz . Elbette yukarıda belirtilenler doğrudur ancak bir kameranın performansı diğer birçok faktöre bağlıdır. Bir görüntüyü, ön mercekle sensör arasındaki kısa mesafeyi koruyarak daha büyük bir sensöre yansıtmak için (bir iPhone'un yapması gerektiği gibi) daha fazla merceğe ihtiyacınız var ve bu merceklerden birinin kalitesi iyi değilse, sistem daha kötü olacak. Yani "Büyük Piksel = Daha İyi Resim" bir yasadan çok bir slogandır.

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.