الأخبار التكنولوجية والاستعراضات والنصائح!

مستشعرات Quad Bayer: ما هي وما هي ليست كذلك

ما الذي يحدث هنا؟ ما نراه هو مظهر مرشح Quad Bayer – تحدثنا عنه عندما ظهر Huawei P20 Pro لأول مرة هذا المستشعر (دقة 40 ميجابكسل).

في الآونة الأخيرة ، غزت مجموعة متنوعة من الهواتف المزودة بكاميرات بدقة 48 ميجابكسل السوق – تم إطلاق أولها في ديسمبر 2018. والمثير للاهتمام أن العديد منها متوسط ​​المدى ، في حين أن العديد من الهواتف الرئيسية تركها مستشعر 12 ميجابكسل. ما الذي يحدث هنا؟ ما نراه هو مظهر مرشح Quad Bayer – تحدثنا عنه عندما ظهر Huawei P20 Pro لأول مرة هذا المستشعر (دقة 40 ميجابكسل).

في هذه المقالة ستجد:

ما هو مرشح باير؟

قد ترغب أيضًا في معرفة:

لنبدأ من البداية – فلتر Bayer عبارة عن فسيفساء ملونة من الفلاتر الحمراء والخضراء والزرقاء تسمح لمستشعر رقمي بالتقاط صور ملونة. بكسلات أشباه الموصلات لا "ترى" اللون. إنهم يلتقطون فقط مقدار الضوء الذي يضربهم ، لذلك بدون مرشح ، سيكون لدينا صورة بالأبيض والأسود. يضمن فلتر Bayer أن الضوء الذي يضرب كل بكسل هو أحد الألوان الأساسية الثلاثة. الطريقة التي يعمل بها هذا هي أن مستشعر 12 ميجابكسل ، على سبيل المثال ، يحتوي على 6 ملايين بكسل خضراء و 3 مليون بكسل للأحمر والأزرق. يستقبل اللون الأخضر المزيد من وحدات البكسل لأن العين البشرية هي الأكثر حساسية لهذا اللون. يتم استخدام خوارزمية تسمى demosaicing لتقريب صورة بدقة كاملة 12 ميجابكسل.

مستشعرات Quad Bayer: ما هي وما هي ليست 2

إن فلتر Quad Bayer هو مغالطة (إنه خطأ ، لم أعد أستخدم كلمات باهظة الثمن بعد الآن ، يمكنك مواصلة القراءة) ، لأنه هو نفس مرشح Bayer العادي. التغييرات ليست المرشح ، ولكن المستشعر خلفه – تضع هذه المستشعرات الجديدة أربع وحدات بكسل خلف كل مربع لون بدلاً من واحد فقط. لذا فإن مستشعرات Quad Bayer 48MP لا تقدم تفاصيل أكثر بكثير من مستشعر 12MP. سيخبرك مصنعو أجهزة الاستشعار والهواتف أن أذكى خوارزميات demosaicing يمكنها التقاط المزيد من التفاصيل ، لكن تجربتنا هي أن المكسب صغير – إذا كان هناك مكسب.

من بين جميع الأماكن التي يمكن العثور فيها على فلاتر Quad Bayer ، فإن مستشعرات 48MP هي الأكثر شيوعًا مؤخرًا – فهي موجودة بالفعل على عشرات الهواتف. ومع ذلك ، بدأ كل شيء باستخدام مستشعرات Huawei 40MP على P20 Pro ، Mate
20 Pro و Mate 20 X. حتى أن الشركة المصنعة الصينية كانت لديها ثانية إصدار المستشعر لهواوي P30 و P30 Pro ، والتي تتغير إلى الأحمر ، الأصفر ، الأصفر ، الأزرق بدلاً من RGGB ، لكن المبادئ هي نفسها). هناك أيضًا العديد من الهواتف المزودة بكاميرات سيلفي 32 ميجابكسل مع فلتر Quad Bayer (على سبيل المثال vivo V15 Pro و Samsung Galaxy A70). لها نفس حجم البكسل (0.8 ميكرون) ، ولكنها أصغر ماديًا وبالتالي لها دقة أقل. أعلنت شركة Samsung مؤخرًا عن مستشعر Quad Bayer 64MP ، والذي يحافظ على نفس حجم البكسل ولكنه يغير حجم المستشعر – فهو أكبر بنسبة 33٪ من المحصول الحالي لمستشعرات 48MP.

ما الذي يمكن أن يفعله مستشعر Quad Bayer؟

كما قلنا ، تكمن القوة الحقيقية لـ Quad Bayer في جانب آخر – يمكنها معالجة مجموعة من أربعة بكسل من خلال مشاركة مربع تصفية الألوان كواحد أو كمستشعرات منفصلة. هذه بعض من أكبر أجهزة الاستشعار الموجودة على الهاتف. على سبيل المثال. سوني IMX586 – أول مستشعر بدقة 48 ميجابكسل وواحد من الأكثر شعبية – يقيس قطر 8 مم. يقيس IMX363 (المستخدم في Pixel 3) و Samsung S5K2L4 (المستخدم في هواتف S10) 7.06 ملم قطريًا. هذه زيادة بنسبة 30٪ في مساحة السطح. مستشعرات Quad Bayer: ما هي وما هي ليست 3

أحجام البكسل مختلفة جدًا ، 0.8 ميكرومتر لأجهزة الاستشعار 48 ميجابكسل و 1.4 ميكرومتر لأجهزة الاستشعار التقليدية. تدعي جميع المواد التسويقية على مستشعرات 48MP أنه يمكنهم استخدام موضع البكسل للعمل كما لو كان لديهم 1.6 ميكرومتر بكسل. يؤدي هذا إلى إنشاء صورة بدقة 12 ميجابكسل. يتم تكرار الرقم "1.6µm" بشكل متكرر ، ولكن يرجع الفضل إليه في تحسين أداء الإضاءة المنخفضة لجهاز الاستشعار. الضجيج هو عملية عشوائية ، وإذا التقطت البكسل الكبير لجهاز الاستشعار التقليدي الضوضاء بدلاً من الإشارة ، فليس هناك الكثير للقيام به (بخلاف تغطيته عن طريق استيفاء البيانات من وحدات البكسل المجاورة). ومع ذلك ، إذا التقطت إحدى وحدات البكسل الأربعة لمستشعر Quad Bayer ضوضاء ، فإن ذلك يمثل 25٪ فقط من المعلومات المفقودة – تقليل ضجيج 4x لا يقلل من حدة الصورة.

بدلاً من ذلك ، يمكن تقسيم المستشعر إلى مستشعرين منطقيين – مستشعر يلتقط التعرض القصير والتعرض الطويل. يُستخدم هذا في ضوء النهار لالتقاط HDR في الوقت الفعلي.

مستشعرات Quad Bayer: ما هي وما هي ليست 4

يمكن إجراء الحد من الضوضاء و HDR باستخدام مستشعر Bayer غير رباعي واحد ، من خلال التقاط صورتين (أو أكثر) واحدة تلو الأخرى ودمجها. هذا ما تفعله هواتف Pixel وهي جيدة حقًا في ذلك. ولكن هناك مشكلة: الأجسام المتحركة تغير موضعها بين التعريضات التسلسلية. يلتقط مرشح Quad Bayer صورتين في نفس الوقت ، لذلك ليست هناك حاجة لاستخدام الذكاء الاصطناعي لتصحيح التحف التي تسببها الأجسام المتحركة.

إن أبسط طريقة للتفكير في مرشح Quad Bayer هي أنه يسمح لبرنامج الكاميرا بالتقاط صورتين في نفس الوقت. وهذا يسمح بمعالجة الصور (HDR والوضع الليلي) ليكون السبب الحقيقي smartphones تلتقط الكاميرات الحديثة صورًا بجودة ممتازة – الأجهزة ليست مختلفة.

في مرشح Quad Bayer ، تكون البكسلات ذات الألوان المختلفة أكثر بعدًا ، لذا فإن demosaicing أقل فعالية (على الرغم مما يدعي المصنعون). بالتأكيد لن يكون لدينا 4x التفاصيل في وضع 48 ميجابكسل مما في 12 ميجابكسل. في الواقع ، نظرًا لتعطيل HDR وأنماط معالجة الصور الأخرى بدقة 48 ميجابكسل ، تظهر صور 12 ميجابكسل في بعض الأحيان بمزيد من التفاصيل (وحجم ملف أصغر بكثير ، مع مزايا). يمكن أن يؤدي تشغيل خوارزمية demosaicing على بيانات أولية بدقة 48 ميجابكسل إلى صورة أكثر وضوحًا ، ولكنها تتغير من هاتف لآخر ومن مشهد لآخر. إذا كانت مستويات التفاصيل مهمة لصورة معينة ، فقد وجدنا أن أفضل استراتيجية هي التصوير في كلا الوضعين ثم اختر الوضع الذي يعمل بشكل أفضل. في معظم الأحيان ، من الأفضل الحفاظ على وضع 12 ميجابكسل.

ناهيك عن أن قراءة صورة 48 ميجابكسل بأكملها كانت أيضًا خارج قدرات بعض أجهزة الاستشعار والشرائح المبكرة ، وهذا مجرد مضيعة للتخزين. واحدة من أكثر مزايا مستشعرات Quad Bayer هي التكبير الفائق. كان لدى Nokia 808 PureView زوومًا مثيرًا للإعجاب ، وكانت مستشعراتها الضخمة 41 ميجا بكسل تحتوي على فلتر باير كلاسيكي. كما ذكرنا سابقًا ، يمكن أن تقدم Quad Bayer فقط مكاسب محدودة من الحدة (إن وجدت) ، ولا يختلف عن إجراء تقريب رقمي على مستشعرات 12MP.

التسويق بواسطة smartphones يعرف الكثير عن التصوير الفوتوغرافي مثل المستخدم العادي

تريدنا إدارات التسويق أن نعتقد أننا نقوم بشراء مستشعر صورة يشبه هاسيلبلاد ، لكن الحقيقة هي أن فلتر Quad Bayer هو طريقة ذكية (وفعالة) للحصول على صور بجودة أفضل بدقة 12 ميجابكسل.

مستشعرات Quad Bayer: ما هي وما هي ليست 5

هواوي P30 Pro 12 ميجابكسل

ثم هناك أيضا مسألة البصريات. لم ندخل في التفاصيل ، ولكن الكاميرات عالية الدقة غالبًا ما تكون محدودة بسبب الانعراج ، مما يعني أنه لا يمكن تركيز أصغر نقطة ضوئية على منطقة أصغر من البكسل. في الختام ، هناك حد تفرضه الفيزياء على الحد الأقصى من الدقة التي يمكن أن تمتلكها البصريات وأجهزة الاستشعار الصغيرة.

مزيد من المعلومات: Sony 1 | 2 | 3