Какая фотография была сделана в разрешении 4K (2160p)?
Ответы
Разрешение 2160x4096 — это чуть меньше 9 мегапикселей, поэтому для фото это очень хорошо, но уже не имеет большого значения. Старый Nikon D40x вывел 10-мегапиксельные фотографии на очень доступный ценовой уровень, было окно примерно в четыре года, когда казалось, что у каждого начинающего фотографа есть D40x.
Если перейти непосредственно к вашему вопросу, то, скорее всего, это произошло в лаборатории или цехе по разработке прототипов до 2000 года. Вероятно, это скучный снимок испытательной таблицы или несфокусированное поле света. «О, эй, это работает, думаю, лучше поставить линзу…»
Суть любой камеры с более высоким разрешением для профессиональной работы заключается, проще говоря, в более высоком разрешении. Никто не покупает профессиональную фотокамеру с разрешением 40–50 мегапикселей только для съемки видео, хотя возможно, что в какой-то момент они будут использовать ее для видео. Но 24-мегапиксельная зеркальная камера или беззеркальная камера на самом деле могут снимать более качественное видео 4K.
Исторически камеры с таким разрешением были довольно дорогими. Мол, столько же или больше, чем ваша машина.
Лишь сравнительно недавно эта возможность упала до$6,000 base price for medium format, maybe $Начальная цена 2000 за полный кадр 35 мм.
Можно было бы купить видеоориентированную камеру с таким высоким разрешением для видео 8K, номинально 8000 x 4000 пикселей. Очевидно, что для этого требуется 32-мегапиксельный сенсор только в том случае, если его соотношение сторон соответствует формату вашего видео. Вам понадобится сенсор большего размера, если вы снимаете кадр 16:9 с сенсора фотокамеры 3:2 или 4:3.
А$25-$50. Китайская видеокамера на базе веб-камеры действительно может обеспечить разрешение, которое является излишним для Instagram. Но остальные камеры созданы для профессиональной работы, а эта работа требует изображения более высокого качества.
Я знаю профессионала, который совершал экскурсию по национальным паркам, используя 50-мегапиксельную среднеформатную камеру Pentax… в качестве фотографа. Это касается постов в Facebook. Его основная камера — пленочная камера Дирдорфа 8x10. Это серьезные фотографии. (см.: ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПРОЕКТ | 79 лет ). При сканировании на барабанном сканере высокого разрешения каждый негатив мог дать разрешение около 8,5 гигапикселей (8500 мегапикселей). Конечно, фактическое эффективное оптическое разрешение будет зависеть от объектива, реальных настроек камеры и сканера, а также типа пленки.
Смартфоны тоже это делают… но как ни странно
Если говорить о камерах смартфонов, переходя от возвышенного к смешному, 48-мегапиксельная камера никому на самом деле не нужна. И на самом деле, ни одна 48-мегапиксельная камера смартфона не сможет обеспечить настоящие оптические 48-мегапиксельные изображения.
Так почему же 48-мегапиксельные камеры? Ну, в основном потому, что 64-мегапиксельная и 108-мегапиксельная камеры еще не выпущены, за исключением, может быть, одного случая (в Xiaomi Note 10 Pro установлен 108-мегапиксельный телефонный сенсор Samsung, и ходят слухи, что некоторые из телефонов Samsung 2020 года тоже будут ). Очень важной причиной того, что смартфоны продаются с сенсорами с разрешением 48 мегапикселей и выше, является тот факт, что потребители, которые в основном используют смартфоны, являются новичками и мало что знают о фотографии. Поэтому они думают: больше = лучше.
Вы можете сказать, что это потребительская вещь, потому что практически на каждом смартфоне с сенсором 48+ мегапикселей указано разрешение. Вы не увидите «12 мегапикселей» на iPhone 11 или Galaxy S10.
Есть техническая причина, почему у нас внезапно появились все эти датчики высокого разрешения. Сами датчики изображения не видят цвета. Итак, они созданы, чтобы видеть цвет через фильтры. Самый популярный массив цветных фильтров был разработан Брайсом Байером еще в компании Kodak на заре эры цифровых камер.
Сравните Sony IMX586 с разрешением 48 мегапикселей и IMX363 (входит в Google Pixel 3/4). Размер блока пикселей 2х2 на IMX586 — все одного цвета — лишь немного больше, чем один пиксель на IMX363. Это почти как если бы они просто разрезали каждый пиксель на четыре части.
И, по сути, именно это они и сделали. Почему? Ну, во-первых, 48-мегапиксельный сенсор может группировать группы 2x2 одинакового цвета и фактически считываться как 12-мегапиксельный сенсор. Это значение по умолчанию на большинстве телефонов, и из-за небольшого увеличения размера такие датчики с разрешением 12 мегапикселей могут немного лучше работать при слабом освещении. Здесь будет использоваться тот же двигатель «Де-Байера», который используется в обычном датчике.
Настоящие 48 мегапикселей… Нет.
Что еще мы можем сделать с этим чипом? Ну, конечно, можно снимать и на 48 мегапикселей. Это приведет к дематрицированию, которое по своей сути отличается от обычного алгоритма дебайеринга, встроенного в аппаратные процессоры изображений камеры. И тут первая проблема с 48 мегапикселями.
Так что прямо сейчас, в режиме 48 мегапикселей, эти камеры перед дематрицированием «перематрицируют». По сути, они просто берут каждую ячейку 4x4 и переупорядочивают пиксели в соответствии с массивом Байера, чтобы передать их в существующие цветные процессоры. Типичная операция дебайеринга снижает эффективное разрешение изображения датчика примерно на 20% по сравнению с датчиком RGB того же разрешения. Этот процесс еще больше снижает его. Технически возможно, что гораздо более сложный алгоритм дематрицирования, работающий отдельно над интерполяцией плоскостей R, G и B, мог бы улучшить разрешение. Но это не то, что они делают.
Следующая проблема – объектив. Эти пиксели маленькие… очень, очень маленькие. 800 нм маленький. Разрешение объектива ограничено диафрагмой: чем меньше диафрагма, тем больше диск Эйри, наименьшая деталь, возможная при этой диафрагме из-за дифракции. Это совершенно не зависит от резкости объектива. Для этого датчика вам понадобится объектив с диафрагмой f/1,2 для получения оптического изображения с разрешением 48 мегапикселей.
Следующая проблема заключается в том, что создать резкую и светосильную линзу гораздо сложнее, чем более резкую и медленную линзу, пока дифракция не станет проблемой. В телефоне нет места для конструкции объектива, который был бы достаточно резким для разрешения 48 мегапикселей, даже если бы диафрагма f/1,2 была возможна в этом масштабе. Никто этого не делает, поэтому ни один из этих телефонов не выдаёт настоящих 48 мегапикселей. Они действительно обеспечивают «более 12 мегапикселей».
Цифровой зум… Возможно
Следующий вариант — цифровой зум. Обычный цифровой зум, без всяких многокамерных хитростей, это просто кадрирование и увеличение. Если вы сделаете 2-кратный цифровой зум на 12-мегапиксельной матрице, вы получите 3-мегапиксельный результат. Никакого способа обойти это. Алгоритмы цифрового масштабирования могут использовать некоторые приемы обработки изображений, чтобы сделать их похожими на более высокое разрешение, но по сути они изобретают это разрешение.
А что, если я сделаю 48-мегапиксельный цифровой зум с 2-кратным увеличением? Разумеется, я получаю изображение размером 12 мегапикселей. Звучит неплохо, да? Но имейте в виду, что у нас все еще есть проблемы с цветовой интерполяцией и резкостью объектива, поэтому это может обеспечить более эффективное разрешение, чем 3 мегапикселя для 2-кратного цифрового зума. Но не ждите чудес.
One-Shot HDR… Да!
Так что вот еще о чем стоит подумать. Крошечные сенсоры в камерах телефонов имеют довольно низкое цветовое разрешение, обычно 8–9 бит на пиксель. И переход на 800-нм пиксели не помогает. На пиксель у нас будет меньше цвета и больше шума.
Но что, если половина пикселей сенсора будет экспонирована дольше, а другая половина короче? По сути, у нас будет два кадра в скобках в одном. Большинство смартфонов в этом году предлагают своего рода режим HDR (расширенный динамический диапазон). В iPhone 11 это по умолчанию. Режим Smart HDR делает один снимок с нормальной экспозицией и один снимок с немного недодержанной экспозицией, а затем объединяет их для лучшего цвета. Создаваемый сегодня датчик Quad Bayer позволяет сделать то же самое за один кадр. Это позволяет избежать движения между кадрами, позволяет легко использовать HDR в видео и т. д.
Другие фишки камеры
Таким образом, сенсоры смартфонов в большинстве телефонов застряли на уровне от 1/2,6 до 1/2,55 дюйма и около 12–16 мегапикселей, по крайней мере, с 2014 года в большинстве компаний. Apple перешла на чип 1/2,55 дюйма в качестве основной камеры только в 2018 году.
Почему? В основном речь идет о размере объектива и фокусном расстоянии. По мере увеличения размера сенсора вам потребуется большее фокусное расстояние, чтобы обеспечить тот же угол обзора. Например, основной объектив iPhone 11 имеет диаметр 4,25 мм, но имеет тот же угол обзора, что и объектив 26 мм на полнокадровой (35 мм) камере.
Проблема со слишком большим увеличением сенсора заключается в том, что это может сделать телефон толще. Исторически сложилось так, что более толстые телефоны не продаются. Вы в значительной степени хотите, чтобы они были в диапазоне 7–9 мм. Таким образом, никто не увеличивал размер сенсоров после нескольких неудачных попыток использовать большие сенсоры и телефоны с зум-объективами.
Но эти чипы в основном имеют наименьший размер пикселя, который кто-либо может терпеть, или близкий к нему. Пиксель длиной 800 нм ненамного больше длины волны красного света длиной 700 нм. Так что сейчас, в любом случае, если вам нужно больше пикселей, вы получаете сенсор большего размера. 48-мегапиксельный сенсор Samsung ISOCELL Bright GM2 имеет размер 1/2,25 дюйма. Разрешение 64-мегапиксельного сенсора ISOCELL Bright GW1 уменьшено до 16 мегапикселей на чипе размером 1/1,72 дюйма. А 108-мегапиксельный сенсор ISOCELL Bright HMX имеет размер 1/1,33 дюйма и уменьшается до 27 обычных мегапикселей.
Таким образом, в конечном итоге это приведет к созданию более толстых телефонов, но дополнительный размер сенсора, вероятно, принесет больше пользы для изображения по сравнению с типичными чипами размером 1/2,55 дюйма, чем дополнительное разрешение. По крайней мере, для одиночных выстрелов. Но большим улучшением таких чипов, как IMX363, по сравнению с более ранними 12-мегапиксельными чипами с диагональю 1/2,55 дюйма, стала скорость считывания. Вот почему Google использует этот чип. Если вы можете прочитать больше изображений достаточно быстро, вероятность движения между несколькими кадрами, используемыми в вычислительной фотографии, будет меньше. Нет никаких требований, чтобы эти новые чипы были медленными, но это не является их основной целью, в отличие от чипов Google и Apple.
Читать далее
Понимание сенсоров цифровых камер