Tại sao và làm thế nào để các pixel lớn hơn của Cameron làm cho hình ảnh tốt hơn?


26

Điều này sẽ đi ra khỏi thông báo iPhone 5S ngày hôm nay, khi Phil Schiller nói rằng "pixel lớn hơn" là chìa khóa cho hình ảnh đẹp hơn.

táo nói lớn hơn là tốt hơn các phần khác cũng lớn hơn

  1. Điều đó có nghĩa là gì?
  2. Đó là sự thật hay chỉ là một mưu đồ tiếp thị?

3
Điều đó có nghĩa là Apple đang theo dõi Nokia, nhưng họ sẽ làm cho nó giống như họ đi trước Nokia. Vùng cảm biến của iPhone5 là 15,5 mm2 và Vùng cảm biến của Lumia1020 là 58,1 mm2. ( nguồn ) Cảm biến mới này trong iPhone5S sẽ là gì?
Esa Paulasto

Tính toán rửa tay @EsaPaulasto dựa trên cả "cảm biến lớn hơn 15%" và "1,5 micron pixel" cho kích thước khoảng 4,9 mm x 3,6 mm = 17,6 mm ^ 2.
Philip Kendall


Câu trả lời:


43

Tóm tắt nhanh

Có, các pixel lớn hơn giúp cải thiện hiệu suất tất cả những thứ khác bằng nhau và Apple đang làm điều tốt bằng cách tập trung vào kích thước cảm biến. Tuy nhiên, trong trường hợp này, sự gia tăng kích thước rất nhỏ đến mức sự khác biệt sẽ không đáng kể, có thể không tuân theo mức độ cải thiện mà bạn có thể mong đợi từ hoạt động tiếp thị của họ.

Pixel lớn hơn có nghĩa là gì?

Điều này đề cập đến kích thước của bộ tách sóng quang, đại diện cho các pixel, trên cảm biến của máy ảnh.

Nói tóm lại, càng nhiều ánh sáng chiếu tới các bộ tách sóng quang này, chúng càng có thể đo mức ánh sáng chính xác hơn, do đó giảm nhiễu. Để đơn giản hóa mọi thứ, nhiễu thường là một yếu tố trong chụp ảnh thiếu sáng hoặc trong nhà.

Có hai cách để có bộ tách sóng quang lớn hơn trên cảm biến:

  1. Có ít pixel hơn.

  2. Làm cho cảm biến lớn hơn.

Cái trước là một sự đánh đổi so với độ phân giải, điều này có thể hoặc không thể dẫn đến một sự cải thiện ròng, trong khi cái trước là một lợi ích tổng thể. Trong iPhone 5S, họ đã đi với cái sau, điều này là tốt.

Các cảm biến nhỏ như cảm biến trong điện thoại di động và máy ảnh compact bị ảnh hưởng nhiều nhất từ ​​việc có các pixel nhỏ, bởi vì với cùng số pixel, pixel của chúng phải nhỏ hơn nhiều so với các máy ảnh DSLR và máy ảnh chuyên nghiệp / chuyên nghiệp khác.

Cuộc đua megapixel

Mong muốn nhồi nhét càng nhiều pixel vào cảm biến máy ảnh đã làm giảm độ phân giải và đã bắt đầu gây hại - hoặc đã bỏ qua việc cải thiện - độ nhạy của các cảm biến nhỏ trong điện thoại di động và máy ảnh compact.

Thật không may, nó được thúc đẩy bởi tâm lý rằng "nhiều pixel hơn = máy ảnh tốt hơn", vì số megapixel rất dễ dàng để tiếp thị máy ảnh của bạn. Trong thực tế, lợi nhuận giảm dần đảm bảo rằng bạn càng thêm nhiều pixel, thì càng ít quan trọng hơn và chúng ta đang đi đến điểm có rất nhiều cảm biến, đặc biệt là các cảm biến nhỏ trong điện thoại di động, thậm chí không thể giải quyết đủ độ phân giải để biện minh cho số lượng megapixel dù sao, do các thuộc tính của ống kính được sử dụng và hình ảnh sắc nét nhất mà chúng có thể tạo ra trên cảm biến.

Những tiến bộ trong công nghệ cảm biến như microlenses và back chiếu sáng, cùng với các thuật toán giảm nhiễu tiên tiến hơn, đã đi theo hướng bù đắp độ nhạy bị mất do tăng số pixel trong một cảm biến nhỏ như vậy, nhưng không đủ xa: máy ảnh điện thoại di động ngày nay vẫn ồn ào trong nhà và trong điều kiện ánh sáng yếu do khu vực thu thập ánh sáng nhỏ của chúng.

Rất khó để tiếp thị máy ảnh của bạn dựa trên độ nhạy hoặc các khía cạnh khác của chất lượng hình ảnh, khi số megapixel vẫn là thống kê tiếp thị chính liên quan đến máy ảnh kỹ thuật số, tuy nhiên gây hiểu nhầm.

Vậy tại sao Apple tiếp thị nó theo cách này?

Công chúng không hiểu biết vẫn hy vọng rằng nếu một camera cải thiện, số megapixel của nó tăng lên.

Tuy nhiên, Apple đang phát hành một camera "tốt hơn" trong điện thoại di động của họ, nhưng không tăng số megapixel.

Về mặt kỹ thuật, đây là một ý tưởng tốt cho chất lượng hình ảnh. Tuy nhiên, thật khó để giải thích cho mọi người tại sao lại như vậy, khi họ được tạo điều kiện để tin rằng số megapixel là số liệu chính cho chất lượng hình ảnh.

Tiếp thị camera iPhone 5S theo cách này là một nỗ lực để:

  1. Thay đổi việc tiếp thị các cảm biến máy ảnh khỏi số pixel và hướng tới độ nhạy và các khía cạnh khác của chất lượng.

  2. Phân tâm từ thực tế là số megapixel, mà nhiều người vẫn cho rằng xác định chất lượng hình ảnh, đã không tăng.

Thật không may, họ không phải là người đầu tiên thực hiện cuộc cách mạng tương tự này và sẽ không phải là người cuối cùng. Huyền thoại megapixel là rất chắc chắn cố thủ.

Lưu ý: để phản hồi một số nhận xét bên dưới, tôi xác định "huyền thoại megapixel" vì huyền thoại rằng số pixel là yếu tố chính quyết định chất lượng hình ảnh và nhiều pixel luôn có chất lượng tốt hơn - không phải số pixel đó không có lợi ích gì. Ngoài ra, vấn đề của huyền thoại megapixel là nó làm sao lãng các số liệu thống kê quan trọng như kích thước cảm biến, điều gần như không bao giờ được nói đến cho điện thoại di động và máy ảnh compact.

Là sự thật hay nó là một mưu đồ tiếp thị?

Đó là sự thật về mặt kỹ thuật , nhưng trong trường hợp này, sự khác biệt quá nhỏ đến mức không đáng kể.

Đúng là việc giữ cùng số pixel và làm cho mỗi pixel lớn hơn sẽ có độ nhạy tốt hơn và đó là những gì họ đã làm ở đây. Điều này sẽ dẫn đến nhiễu thấp hơn (hoặc, nếu máy ảnh có thể sử dụng tốc độ nhanh hơn, có thể làm mờ chuyển động ít hơn trong ánh sáng yếu). Yêu cầu thực tế của họ rằng "pixel lớn hơn = hình ảnh đẹp hơn" là sự đơn giản hóa điều này và có khả năng khiến mọi người nhầm lẫn khi nghĩ rằng hình ảnh ban ngày ngoài trời của họ cũng có thể được cải thiện, đó không phải là trường hợp. Nhưng trong các kịch bản ánh sáng yếu, độ nhạy được cải thiện sẽ mang lại lợi ích.

Tuy nhiên , họ đã không làm cho chúng lớn hơn nhiều. Với chỉ tăng 6,6% trong kích thước cảm biến, các khoản lãi dẫn đến sự nhạy cảm sẽ là nhỏ: quá nhỏ mà nó không đáng kể. Để đưa nó vào phối cảnh, một chiếc DSLR có cảm biến lớn hơn khoảng 500-900% so với máy ảnh compact. Điều đó sẽ dẫn đến mức tăng độ nhạy đáng kể của nhiều điểm dừng. Mức tăng 6,6% là không đáng kể. Nó đại diện cho khoảng một phần sáu của một điểm dừng.

Vì vậy, nó cũng là một mưu đồ tiếp thị. Để đạt được bất kỳ lợi ích đáng kể nào, họ sẽ phải tăng kích thước cảm biến lên rất nhiều. Đó cũng là một mánh khóe tiếp thị vì trước đây hoạt động tiếp thị của họ tập trung vào số megapixel, và giờ họ đã chuyển sang cách tiếp thị họ đã chọn không tăng số megapixel và vẫn muốn có thể tự hào rằng họ đã cải thiện máy ảnh .


3
Tất cả những thứ khác đều bằng nhau, nó sẽ, bởi vì vật lý. Nhiều diện tích sẽ thu thập nhiều photon hơn. Trường hợp duy nhất trong đó điều này sẽ không dẫn đến độ nhạy tốt hơn là nếu công nghệ CMOS được sử dụng đã đi lùi đáng kể. Chúng ta không nói về bộ tách sóng quang thập niên 1960. Xem thêm đoạn của tôi bắt đầu với "Những tiến bộ trong công nghệ ...".
thomasrutter

5
việc bắt đầu so sánh với các cảm biến năm 1960 là không mang tính xây dựng ... khi thảo luận về một tham số, "tất cả đều bằng nhau" là LUÔN LUÔN.
Michael Nielsen

3
Huyền thoại megapixel tự nó là một huyền thoại, các pixel lớn hơn có nghĩa là độ nhạy tốt hơn và chất lượng cao hơn trên mỗi pixel nhưng nhiều pixel nhỏ hơn có nghĩa là độ nhạy tốt hơn và chất lượng cao hơn trên mỗi hình ảnh (tất cả những thứ khác đều bằng nhau). Tôi in hình ảnh, không phải từng pixel riêng lẻ, vì vậy tôi muốn có nhiều megapixel hơn.
Matt Grum

3
@MattGrum - Tuy nhiên, trong trường hợp của iPhone, sự khác biệt duy nhất là kích thước pixel, do đó, nó sẽ dẫn đến sự cải thiện về chỉ số IQ của điện thoại. Đây là lý do tại sao các cảm biến FF thường vượt trội hơn các cảm biến APS-C có cùng số pixel khi ở cùng một thế hệ. Tuy nhiên, để ủng hộ quan điểm của bạn, khi Nikon quản lý để chứng minh với D800, công nghệ hiện tại sẽ cho phép tăng số lượng pixel mà không làm giảm chất lượng hình ảnh. Mọi người vẫn đang nhận được đầu của họ xung quanh khái niệm đó.
John Cavan

2
Ngoài ra, tranh luận về mật độ điểm ảnh trong các cảm biến FF và APS-C không giảm xuống kích thước điện thoại di động. Trong điện thoại di động, cảm biến nhỏ hơn rất nhiều đến mức mật độ pixel cần thiết ngay cả đối với 8 megapixel khiêm tốn chống lại các giới hạn vật lý: vòng tròn nhầm lẫn tối thiểu của hệ thống quang học, kích thước tương đối của bộ tách sóng quang với mạch xung quanh, v.v. . 8 megapixel trên cảm biến có kích thước điện thoại di động thực sự đang đẩy nó trong khi 24 megapixel trên FF, hoặc thậm chí APS-C, thực sự khá thưa thớt
thomasrutter

13

Theo lý thuyết, có nhiều pixel nhỏ hơn thì tốt hơn là có ít pixel lớn hơn.

Một pixel nhỏ sẽ thu được ít photon hơn và do đó, đầu ra của nó sẽ nhiễu hơn, nhưng bằng cách lấy nhiều mẫu hơn, trung bình nhiễu sẽ giảm, bằng cách lấy mẫu đơn giản, bạn có thể mô phỏng kết quả của cảm biến có ít pixel lớn hơn.

Nhưng bạn có thể làm tốt hơn là chỉ đơn giản là khớp kết quả của các pixel lớn hơn. Nhiều pixel nhỏ hơn cùng nhau nắm bắt nhiều thông tin hơn. Các pixel lớn cho bạn biết có bao nhiêu photon rơi vào khu vực 5 Lờim x 5 Lờim. Các pixel nhỏ cũng cho biết có bao nhiêu photon rơi vào cùng một khu vực, nhưng cũng có thể tiết lộ có bao nhiêu phần rơi ở phía trên bên trái 25 cáchm x 25, một bên dưới 25 khu vực phía dưới bên phải, 25 thông tin này có thể được sử dụng để lấy mẫu thông minh hơn để tạo ra nhiễu ít hơn hình ảnh chi tiết hơn ở cùng độ phân giải như máy ảnh có pixel nhạy hơn lớn hơn.

Trong thực tế mọi thứ không bao giờ hoàn toàn như nhau. Khi tiếng ồn đọc được tính đến việc đọc các giá trị từ 4 pixel nhỏ hơn có nghĩa là phải chịu hình phạt nhiễu đọc bốn lần, dẫn đến nhiễu lớn hơn trong bóng tối và giảm DR. Đây không phải là vấn đề với các cảm biến Sony Exmor mới nhất có độ nhiễu đọc cực thấp nhưng có thể là lý do Canon có từ năm 2013 không sản xuất thân máy có hơn 22MP).

Pixels không phải là thực thể phẳng. Thông thường phần cảm quang nằm ở phía dưới với các thiết bị điện tử xung quanh trên các lớp ở trên. Điều này làm cho các pixel giống như một cái giếng. Khi bạn tạo các pixel rất nhỏ, tỷ lệ diện tích cảm quang sẽ giảm xuống và độ sâu của giếng cũng như tỷ lệ chiều rộng của nó sẽ lớn hơn nhiều, làm giảm số lượng góc có thể nhận được ánh sáng từ đó và do đó độ nhạy.

Đây là nơi chúng có cảm biến camera điện thoại, chúng không thể tăng số lượng pixel mà không làm giảm nghiêm trọng tỷ lệ lấp đầy và hiệu quả góc, do đó để thử và thu hút người tiêu dùng đang giảm số pixel. Giải pháp tốt nhất là làm cho cảm biến lớn hơn, nhưng điều đó sẽ cần một ống kính lớn hơn và sẽ không cho phép một thân máy siêu mỏng bán được nhiều điện thoại.

Cũng có những bất lợi khi có ít pixel lớn hơn. Tần số lấy mẫu giảm dẫn đến moire tăng, đòi hỏi các bộ lọc khử răng cưa mạnh hơn làm trầm trọng thêm vấn đề giảm độ phân giải. Tỷ lệ lấy mẫu thấp hơn cũng dẫn đến nhiều lỗi khử màu hơn.

Đáng buồn thay, câu thần chú "pixel nhỏ xấu" được áp dụng trên các kích thước định dạng và khiến các nhà sản xuất máy ảnh trở nên miễn cưỡng trong việc đẩy chất lượng về phía trước bằng cách tăng số lượng pixel vì "trí tuệ thông thường" là ý tưởng tồi và khiến hình ảnh trở nên ồn ào hơn, dễ bị máy ảnh hơn lắc và yêu cầu ống kính tốt hơn (mỗi một trong những điểm này không đúng sự thật).


Đừng biết rằng tôi đã nói rằng Nikon đã tuân theo "trí tuệ thông thường" hoàn toàn được cung cấp cho D800 ... hoặc bạn có thể lập luận rằng sự khôn ngoan thông thường đang bắt đầu thay đổi do xu hướng loại bỏ bộ lọc AA cũng là một dấu hiệu khác của điều đó .
John Cavan

1
Điều này khiến tôi tự hỏi liệu Apple có giảm số pixel trong iPhone 5s mới của họ hay không. Nhưng tôi nghĩ họ đã không làm thế. Không phải họ đã tạo ra một cảm biến lớn hơn thay vào đó?
Esa Paulasto

1
Tuy nhiên, chúng vẫn giữ cùng số pixel và tăng kích thước cảm biến (theo số lượng TINY) từ kích thước pixel 1,4 Thaym lên 1,5 pixel pixel (kích thước cảm biến 1 / 3,2 "lên kích thước cảm biến 1/3").
thomasrutter

4

Ý tưởng chính ở đây là cảm biến lớn hơn mang lại hình ảnh tốt hơn (nếu các cảm biến sử dụng cùng một công nghệ). Những gì Apple đã làm là tăng kích thước cảm biến và bằng cách giữ cùng số pixel, mỗi pixel sẽ có tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm cao hơn, dẫn đến hình ảnh tốt hơn.


3

Đó là tất cả về việc bắt ánh sáng đi vào chính xác nhất có thể.

Điều này khá đơn giản, với bề mặt lớn hơn (trên mỗi pixel), bạn sẽ thu được nhiều ánh sáng hơn và có thể thể hiện chính xác hơn ánh sáng đó trong kết quả cuối cùng.

Đúng là ảnh sẽ đẹp hơn, nhưng chỉ 15% cho mỗi pixel không phải là ngoạn mục. Vì vậy, nó là tiếp thị là tốt. Nokia đã làm một điều tương tự với PureView của họ. Downsampling 41 Megapixel đến 5-10 megapixel cũng sẽ giảm đáng kể mức độ nhiễu. PureView của Nokia sẽ là siêu năng lực nếu bạn hỏi tôi.


0

Có hai lợi thế chính từ việc tạo các pixel lớn hơn:

  1. pixel lớn hơn thu thập nhiều ánh sáng hơn, do đó cảm biến nhạy hơn. Điều này có nghĩa là trong điều kiện ánh sáng yếu, bạn có thể chụp với ISO thấp và do đó có độ nhiễu thấp.

  2. với khẩu độ lớn (ví dụ f / 2.2) và ít cảm biến xảy ra, nhiều tia sáng tương tác ngẫu nhiên với các pixel khác nhau làm mờ hình ảnh của bạn. Và điều này làm giảm độ phân giải.

Tuy nhiên, ngay cả khi chúng ta đang làm sáng tỏ huyền thoại nổi tiếng về pixel lớn, chúng ta đang khái quát sự thật "càng lớn càng tốt" về cảm biến. Tất nhiên làm thế nào được nêu ở trên là đúng nhưng hiệu suất của một máy ảnh phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác. Để chiếu hình ảnh trong một cảm biến lớn hơn duy trì khoảng cách ngắn giữa ống kính phía trước và cảm biến (như iPhone phải làm), bạn cần nhiều ống kính hơn và nếu chất lượng của một trong những ống kính này không tốt, tất cả hiệu suất của hệ thống sẽ là tồi tệ nhất. Vì vậy, "Bigger Pixels = Hình ảnh đẹp hơn" là một khẩu hiệu hơn là luật.

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.