Warum das Wettrennen um Megapixel bei Smartphones absurd ist

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 03:51

Die Qualität des Fotos hängt von vielen Eigenschaften ab, daher sagt die 48 Megapixel Kamera noch nichts aus.

So funktioniert die Smartphone-Kamera

Eine Kamera ist eine komplexe Sache: Sie vereint einen Sensor, ein optisches System, einen Controller und weitere Hilfskomponenten sowie Software zur Foto- und Videobearbeitung. Betrachten wir jedes Element genauer.

Matrix

Die Matrix ist eine rechteckige Mikroschaltung, die aus lichtempfindlichen Elementen besteht - Pixeln. Jedes Pixel enthält drei Subpixel. Ein Subpixel überträgt nur bestimmte Wellenlängen: für Rot, Grün oder Blau (Rot, Grün, Blau). Dieses Farbmodell wird RGB genannt.

Außerdem kann die Matrix ohne Farbfilter monochrom sein. Auf jedes seiner Pixel fallen dreimal so viele Photonen. Dadurch sind Schwarzweißfotos schärfer. Solche Matrizen können verwendet werden, um das Farbbild von einem anderen Kameramodul zu verbessern.

Eines der Hauptmerkmale einer Matrix ist die Auflösung. Es spiegelt wieder, wie viele Pixel darauf passen.

Linse

Die winzige Smartphone-Linse ist fast schon ein Schmuckstück. Ein seltenes System umfasst 4–5 Elemente – normalerweise 7–8 oder mehr.

Bei Smartphones mit mehreren Kameras hat jede Matrix ein eigenes Objektiv. Jeder von ihnen löst sein eigenes Problem:

• Teleobjektiv (Tele) wird für Aufnahmen aus großer Entfernung benötigt.
• Weiter Winkel (shirik) hilft, mehr Objekte in den Rahmen einzupassen - dies ist nützlich für Gruppenfotos und Architekturfotografie.
• Universal Mit dem Objektiv können Sie jedes Motiv mäßig gut aufnehmen: vom Porträt bis zur Landschaft.
• Gleitsichtglas (Zoom) kann das Motiv näher bringen.

Linsen für Smartphone-Linsen bestehen aus Glas oder speziellen Polymeren. Wenn ihre Transparenz alles andere als ideal ist und die Elemente nicht gut angepasst sind, erwarten Sie keine guten Fotos. Selbst wenn sich das Objektiv um einige Mikrometer bewegt, defokussiert das optische System.

Membran

Die Blende ist das Loch, durch das Licht in die Kamera eintritt. Wie viel Licht der Sensor empfangen kann, hängt davon ab. Der Blendenwert wird im Format f/1,7 ausgegeben.

Stabilisierungssystem

Die Stabilisierung gleicht Unschärfen durch Kameraverwacklungen aus, z. B. bei Aufnahmen aus der Hand statt mit einem Stativ. Es kann von zwei Arten sein:

• Optisch. Ein ehrliches elektronisch-mechanisches System, das die Kamera physisch in einer Position hält (zumindest versucht es). Es liefert schärfere Fotos mit minimalem Rauschen und macht eine Softwarebearbeitung praktisch überflüssig.
• Elektronisch. Dies sind Softwarealgorithmen. Die Kamera wackelt immer noch, aber durch die Analyse mehrerer Frames wird ein mehr oder weniger ordentliches Ergebnis erzielt.

Autofokus-System

Der Autofokus bestimmt selbst die Entfernung zum Objekt und passt die Parameter der Kameraoptik entsprechend an. In modernen Smartphones kommen drei Arten von Systemen zum Einsatz:

• Phase. Spezielle Sensoren sammeln Lichtstrahlen an verschiedenen Stellen im Rahmen. Das Licht wird dann in zwei Ströme aufgeteilt und an einen Lichtsensor gesendet, um die Entfernung zum Objekt zu bestimmen. Vorteile: hohe Präzision und Arbeitsgeschwindigkeit. Nachteile: hoher Preis, Komplexität des Designs und seiner Einstellungen.
• Kontrastierend. Der Kontrast der Szene wird analysiert. Durch Verschieben der Objektive versucht die Kamera, den Kontrast des Motivs zum Hintergrund zu maximieren. Vorteile: kompakte Größe und niedrige Kosten. Nachteile: Das System ist langsamer und für dynamische Szenen nicht gut geeignet.
• Hybrid. Kombiniert Phasen- und Kontrastfokussierung, um die besten Ergebnisse zu erzielen.

Software

Auch Software kann als Teil der Kamera angesehen werden, da sie direkt an der Erzielung des Aufnahmeergebnisses beteiligt ist. Heutzutage gibt Ihnen kein Smartphone Frames wie sie sind, ohne Software-Verarbeitung. Ausgeklügelte Algorithmen, die oft eine riesige Datenbank oder künstliche Intelligenz verwenden, bearbeiten jede Aufnahme, um "Sie schön zu machen".

Raw-Bilder sind nicht hell oder klar genug. Die Software entfernt Überbelichtung, zeichnet dunkle Bereiche aus, verbessert Farben, erhöht die Schärfe. Und das alles automatisch und sehr schnell.

Aber die Medaille hat auch eine Kehrseite. Eine aggressive Rauschunterdrückung kann ein in der Abenddämmerung aufgenommenes Foto körnig erscheinen lassen – als ob es viele kleine Flecken enthält. Dies beeinträchtigt Details und macht Farben unnatürlich.

Welchen Einfluss hat die Pixelanzahl?

Die detaillierten Spezifikationen eines Smartphones geben normalerweise die physische Größe der Kameramatrix an - etwa 1/2, 6. Auf der Herstellerseite finden Sie in der Matrix Angaben zur Pixelgröße. Dieser Parameter beeinflusst die Anzahl der Punkte im Rahmen. Je höher die Auflösung, desto besser werden die Details wiedergegeben.

Wenn die Pixel jedoch klein sind, empfängt jeder von ihnen wenig Licht und kann die Farbe eines Punktes im realen Bild nicht genau bestimmen. Als Ergebnis erscheint Rauschen auf dem Foto.

Rauschen besteht aus verstreuten Punkten zufälliger Farbe und Helligkeit. Je schlechter die Ausleuchtung und je schlechter die Qualität der Kameramatrix, desto mehr Rauschen wird auf dem Foto zu sehen sein.

Seine Zahl im Rahmen ist proportional zur Pixelgröße oder dem Quadrat der Matrixdiagonale. Wenn wir zwei Matrizen mit Punkten der Größe 1, 55 µm und 1, 1 µm vergleichen, dann ist im Rahmen mit der ersten das halbe Rauschen vorhanden.

Wichtig ist auch der Dynamikumfang der Matrix - ihre Fähigkeit, das gesamte Farb- und Helligkeitsspektrum der umgebenden Welt zu erfassen. Die billigen haben eine kleine Reichweite, und die Fotos entpuppen sich als verblasst, verschwommen.

Warum Smartphone-Hersteller Pixel jagen

Weil Käufer immer das meiste wollen. Auch wenn Sie in einem Auto für 300 Pferde im Stau stehen oder auf einem coolen Gaming-Computer Solitaire spielen müssen.

Welches Smartphone würden Sie zum gleichen Preis kaufen: mit einer 12MP-Kamera oder einer 48MP-Kamera? Wenn Sie sich für die zweite entscheiden, erhalten Sie für das gleiche Geld viermal mehr Megapixel. Aber Ihre Fotos werden nicht viermal besser.

Ein Sensor mit vielen kleinen Pixeln ist billiger als ein Sensor mit großen Pixeln und verkauft sich besser.

Große Matrizen nehmen mehr Platz im Smartphone ein. Das optische System für sie sollte auch größer sein. Dementsprechend wird weniger Platz für die restlichen Teile im Körper sein. Das Smartphone wird dicker oder die Kamera ragt heraus. Es muss mit gehärtetem oder Saphirglas geschützt werden. Und das ist auch Geld.

Ein dickes, teures Smartphone zu verkaufen ist schwierig. Es ist einfacher, Matrizen mit einer großen Anzahl kleiner Pixel zu bestellen und eine laute Marketingkampagne durchzuführen: Fügen Sie dem Kamerafoto einen automatischen Stempel „shot with a 48MP supermegaflagman“hinzu, damit jeder weiß, dass jemand ein neues Smartphone gekauft hat. Und lassen Sie Fans und Profis DSLRs verwenden.

Obwohl Nokia zum Beispiel ein Risiko einging und sich die legendären Smartphones Lumia 1020 mit 41 Megapixel-Kameras besorgte. Und das ist 2013!

Wovon hängt die Qualität des Fotos wirklich ab?

Matrix- und Pixelgröße

Nimmt man zwei Matrizen gleicher Auflösung, so erhält man potentiell das Foto mit der besseren Qualität mit der größeren. Dort sind die Pixel größer, was bedeutet, dass bei der Aufnahme mehr Photonen auf jeden fallen. Als Ergebnis können Subpixel die Farbe eines bestimmten Punktes genauer bestimmen.

Es scheint, dass, wenn die Pixel in einer Matrix 1,4 Mikrometer groß sind und in der anderen - 1, 2 Mikrometer groß sind, sie praktisch gleich sind. Aber 17% sind ein spürbarer Unterschied, der sich definitiv in der Qualität von Fotos und Videos bemerkbar macht, insbesondere wenn Sie bei schwachem Licht fotografieren.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist der Abstand zwischen benachbarten Pixeln. Bei kleinen Matrizen sparen die Hersteller offen. In größeren können Sie benachbarte Pixel qualitativ trennen, damit sie sich nicht gegenseitig beeinflussen.

Produktionstechnologie

Neue Methoden ermöglichen es, die Intensität des Lichtstroms aus weniger Photonen genauer zu bestimmen, wodurch Sie auch bei Dämmerungsaufnahmen ohne Blitz für ein geringes Rauschen und eine gute Farbwiedergabe sorgen können.

Aber Sie müssen lesen und analysieren. So bot beispielsweise das Smartphone HTC One (M7) die UltraPixel-Technologie. Der Hersteller versprach eine deutliche Steigerung der Qualität von Fotos und Videos.

Tatsächlich stellte sich heraus, dass die UltraPixels nur größere 2 Mikrometer Pixel waren. Kann dies als eine neue Technologie angesehen werden? Kaum. Zum Vergleich: Das Google Pixel, das auch HTC zusammengebaut hat und das einst als eines der besten Kamerahandys auf dem Markt galt, hatte eine Matrix mit Pixeln von 1,55 Mikrometern. Die Größe der Kamera wurde nicht erhöht, um die Dicke des Smartphones nicht zu erhöhen. Die Matrixauflösung von 5 Megapixeln war selbst für 2014 gering. Als Ergebnis gab es keine Warteschlangen für das HTC One (M7).

Ein weiteres Beispiel sind Technologien wie Super Pixel oder Quad Pixel. Vier benachbarte Pixel einer großen Matrix werden kombiniert, um ein Foto mit geringerer Auflösung, aber besserer Qualität zu erhalten. Die Lösung ist reine Software. Wenn die Matrix so lala ist, ist die Effizienz gering.

Stabilisierung

Optische Stabilisierung ist immer besser als digital. Nachbearbeitungsalgorithmen werden weiterhin auf das Bild angewendet, und es ist besser, wenn es anfangs scharf ist.

Zoomen

Um dem Motiv im Rahmen näher zu kommen, verschiebt der optische Zoom die Linsen, und die Qualität des Fotos wird praktisch nicht beeinträchtigt. Der Digitalzoom streckt einen Teil des Bildes so, dass er den gesamten Rahmen ausfüllt. Diese Funktion ist in jedem Bildbearbeitungsprogramm verfügbar, oft sogar in einer Standardkameraanwendung. Daher ist es nicht sinnvoll, für den digitalen Zoom zu bezahlen.

Autofokus-System

Contrast AF ist ein preiswertes System für mittelmäßige Kameras. Der Phasendetektions-Autofokus eignet sich, wenn Sie schnell laufende Kinder, Katzen oder Sportler fotografieren. Die ideale Option ist jedoch ein Hybridsystem, das die Vorteile von Phasenerkennung und Kontrasterkennungs-Autofokus kombiniert.

Membran

Da ein Smartphone zum Fotografieren in einer Vielzahl von Situationen verwendet wird, profitiert eine Kamera mit einer größeren Blende: f / 1, 7 ist besser als f / 2, 0. Je höher der Wert (oder desto niedriger die Zahl nach dem Schrägstrich), je höher die Blendenöffnung und desto effektiver ist sie. Arbeiten in der Dämmerung oder in Innenräumen.

Markenname

Ja, es ist nicht nur ein Werbemittel. Es kommt vor, dass die gleiche Matrix im chinesischen Smartphone und dem Flaggschiff der A-Marke installiert ist. Aber die Ausgabeaufnahmen sind sehr unterschiedlich.

Wenn der Hersteller keinen Aufwand und kein Geld in die Entwicklung von Komponenten, Technologien und Software investiert, sollten Sie keine schönen, klaren Rahmen erwarten. Wenn er an allem spart, zum Beispiel billige Objektive mit schlechter Transparenz aufsetzt, wirkt sich dies auf das Ergebnis aus.

Woran Sie sich erinnern sollten

• Dutzende Megapixel sind in erster Linie Marketing. Die Qualität von Fotos und Videos hängt nicht direkt davon ab.
• Sogar 5 oder 8 Megapixel reichen aus, um ein Bild in guter Qualität auf ein Blatt im Querformat zu drucken. Die 4K-Bildschirmauflösung eines fortschrittlichen Fernsehers beträgt etwa 8-9 Megapixel. Full HD - nur 2 Megapixel.
• Größere Pixel sammeln mehr Licht. Das Ergebnis ist ein gestochen scharfer, detailreicher Rahmen mit natürlicher Farbwiedergabe und ohne Rauschen.
• Wenn Sie sich nicht mit Theorie beschäftigen möchten, gehen Sie in die Praxis. Vergleichende Bewertungen von Smartphones und Fotos von Kameras (in voller Größe und beschnitten - geschnittene und vergrößerte Fragmente) ermöglichen es, den tatsächlichen Stand der Dinge zu verstehen.