DxOMark показывает, как далеко вышли телефонные камеры

В течение шести лет DxOMark тестирует телефонные камеры, в нем много улучшений. В новом техническом документе компания уделяет время детализации, как резко новые технологии улучшили качество изображения телефона. Давайте посмотрим поближе.

За последние годы общие оценки значительно выросли

В 2012 году лучшей камерой для смартфонов стала Nokia 808 PureView. Он собрал то, что в то время было очень высоким количеством фото и видео в 60-е годы (как проверено с использованием протоколов 2017 года). Ускоренная перемотка вперед на сегодняшний день, когда основные флагманские устройства от Google, Huawei, Samsung и Apple находятся в пределах друг друга и трескаются через отметку 100.

Преодоление физических ограничений: аппаратные трюки, умное программное обеспечение

Привод для создания более тонких телефонов с большим количеством функций означал, что датчики и линзы телефона так же малы, как и когда-либо (на самом деле они меньше, чем у 808 PureView). Но, внедряя в ряде областей аппаратного обеспечения и обработки изображений, производители телефонов получают намного лучшие изображения из своих крошечных камер. Документ DxOMark погружается в усовершенствования в нескольких областях, включая шум, экспозицию, HDR, автофокус, стабилизацию и масштабирование. Мы сломаем прогресс в некоторых из них для вас.

Автофокус: умное оборудование означает более быстрое фокусирование

Хотя многие факторы, включая более быстрые процессоры, способствовали ускорению автофокусировки, некоторые из самых важных - умные новые аппаратные функции. Одним из первых прорывов было обнаружение фазы с использованием выделенных областей датчика. Этот же метод был использован для резкого повышения производительности автофокуса во многих зеркальных камерах. До обнаружения фазы смартфоны и камеры без зеркального отражения полагались на гораздо более медленный процесс анализа кадров и попытки максимизировать контрастность программного обеспечения. Обнаружение фаз Google с использованием лазерного измерения глубины пролета в полете, например, для достижения хороших результатов в исходном пикселе.

Еще более продвигая технологию, Pixel 2 и несколько других телефонов Android оснащены двухэлементным датчиком, где левая и правая половины каждого пикселя могут считываться отдельно. Связь между ними может быть использована как форма обнаружения фазы. Однако, в отличие от традиционного определения фазы, каждый пиксель в камере может принимать участие, поэтому у вас по существу есть неограниченные датчики фокусировки. Apple не имеет доступа к двухэлементным датчикам, что помогает объяснить ее более низкие оценки автофокуса. Google идет еще дальше, чем ее конкуренты, и использует информацию с двумя пикселями для оценки глубины, позволяя ей хорошо захватывать изображения в портретном режиме даже с одной камерой.

Нижний шум означает лучшие изображения

Маленькие датчики означают шум. Этого не избежать, учитывая природу полупроводниковой электроники и физики света. Но есть много умных техник, которые начали использовать телефонные аппараты.

Первый - лучшие алгоритмы шумоподавления. Проблема с уменьшением шума заключается в том, что вы также сглаживаете текстуры на изображении и теряете детали. Один из способов - временное шумоподавление (TNR), которое включает в себя смешение данных из нескольких кадров, чтобы усреднить шум. Более быстрые процессоры позволяют делать это без ввода видимых артефактов. Процессоры выполняют расширенные алгоритмы обработки изображений, чтобы точно выравнивать изображения и принимать решения о том, что включать в окончательное изображение. HDR + на Pixel 2, например, использует до 10 кадров, снятых со скоростью 30 кадров в секунду для создания окончательного изображения.

Дополнительные методы снижения шума включают в себя введение лучшей стабилизации, что позволяет увеличить скорость затвора. Более широкие диафрагмы объектива также позволяют собирать больше света за один и тот же промежуток времени. В устройствах с несколькими камерами некоторые конфигурации позволяют использовать данные с обеих камер для создания одного уменьшенного шума изображения.

Smart Auto Exposure и HDR Приходят в телефоны

Но поскольку динамический диапазон небольших датчиков в телефонах довольно ограничен, производители также начали захватывать несколько изображений в пакет и использовать их для дальнейшего увеличения видимого динамического диапазона камеры. Это связано с воздействием, потому что разные компании используют разные алгоритмы для захвата HDR-сцен таким образом. Большинство из них используют традиционный метод брекетинга, сэндвич с переэкспонированным, недоэкспонированным и опорным изображением вместе, а также отображение тонов с выровненным результатом. Google использует новый метод захвата всех изображений с одинаковой, слегка недоэкспонированной настройкой, а затем комбинирование их с использованием технологии HDR +.

Масштаб происходит, но все же ахиллесова пята

Поговорите с практически любым дизайнером камеры телефона, и они будут жалеть о границах физики, особенно хлопотно, когда речь заходит о добавлении масштабирования к телефонным камерам. Используя специальную вторую камеру, они могут получить от широкоугольного до более нормального фокусного расстояния, но в современном телефоне для более длинных линз недостаточно глубины (высота z). Они настолько тонкие, что даже сложенная оптика, используемая стартовым светом в L16, была бы слишком толстой. Святой Грааль может быть дифракционной оптикой, но пока качество изображения еще не существует.

Тем не менее, даже здесь современные камеры способны значительно улучшить результаты. Двойные камеры позволяют использовать как специальный телеобъектив, так и некоторые модели от Apple, Google и других, или для более удобного сочетания цветных и монохромных камер, реализованных Huawei в Mate 10 Pro.

Новые технологии означают новые контрольные показатели

Улучшение качества изображения не просто привело к результатам тестов на уровне камеры; они потребовали совершенно новый набор тестов. В сентябре DxOMark обновила свой первоначальный пакет мобильных тестов для мобильных телефонов 2012 года до версии 2017 года, в которой реализованы гораздо более требовательные тесты для работы с низким освещением и изображениями, а также дополнительные тесты для оценки эффектов увеличения и глубины (bokeh). Поскольку оценки не сопоставимы напрямую, DxOMark повторно тестировал некоторые более ранние телефоны для сравнения, и именно те результаты тестирования, которые показаны в диаграммах, которые мы использовали в этой статье.

Учитывая быстрые темпы внедрения технологий в телефонные камеры, скорее всего, это не будет последний раз, когда необходимо обновить контрольные показатели, чтобы отразить дополнительные функции и варианты использования. Если вы хотите получить удовольствие от процесса, который DxOMark использует для измерения качества изображения камеры, компания опубликовала это короткое видео:

Изображения предоставлены DxOMark Image Labs. Здесь вы можете прочитать весь белый документ.

Отказ от ответственности: я активно работаю с DxOMark и участвовал в создании нового веб-сайта DxOMark Mobile.

Читать далее

Samsung вставляет процессор AI 1,2TFLOP в HBM2 для повышения эффективности и скорости

Samsung разработала новый тип процессора в памяти, построенный на базе HBM2. Это новое достижение для разгрузки ИИ, которое может повысить производительность до 2 раз при снижении энергопотребления на 71 процент.

Повышение FPS от Microsoft значительно ускорит старые игры для Xbox

Microsoft представляет новую функцию повышения частоты кадров в определенных играх. В настоящее время FPS Boost распространяется на пять игр, и этой весной появятся новые.

Спрос на чипы превышает предложение на 30 процентов, дефицит может продлиться год

Похоже, что эти прогнозы о сокращении дефицита в полупроводниковой промышленности в конце первого квартала могли быть немного оптимистичными.

Apple и TSMC намерены перейти на 3-нанометровое производство с повышенным риском к концу 2021 года

3-нанометровый узел TSMC готов к выпуску с повышенным риском к концу 2021 года, при этом массовые поставки и Apple в качестве партнера по запуску ожидаются в 2022 году.