Was sagen die Eigenschaften von Smartphone-Kameras aus und können Sie ihnen vertrauen?

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

Lifehacker erklärt, wie man Dutzende Megapixel und unterschiedliche Brennweiten herausfindet.

Zu Beginn der Entwicklung von Smartphones stach eine eigene Kategorie hervor - das Kamerahandy: Bei diesen Gadgets wurde der Kamera maximale Aufmerksamkeit geschenkt. Jetzt versucht jedes Flaggschiff-Modell fast jeder Marke mit der komplexesten und interessantesten Kamera-Implementierung Aufmerksamkeit zu erregen. Die Eigenschaften der Geräte werden durch laute Worte, kühne Slogans, riesige Zahlen und eigene Namen von Technologien maskiert. Aber ist es möglich, etwas Nützliches davon abzuziehen und zu verstehen, ob diese Kamera in der Lage ist, ein anständiges Bild zu produzieren? Lass es uns jetzt herausfinden.

Hauptmerkmale von Smartphone-Kameras

Die Eigenschaften einer Smartphone-Kamera sind im Wesentlichen die gleichen wie bei jeder Digitalkamera. Aber Sie müssen verstehen, wofür dieser oder jener Parameter verantwortlich ist.

Megapixel

Die Hersteller schenken ihnen in Werbekampagnen die meiste Aufmerksamkeit. Ein Pixel ist ein lichtempfindliches Element auf einem Kamerasensor oder einer Fotodiode. Es besteht aus vier Subpixeln, die aufgrund von Lichtfiltern jeweils nur Licht ihrer eigenen Schattierung durchlassen. Am häufigsten sind dies rot, blau und grün. Aus der Kombination dieser Farben wird ein Punkt mit dem erforderlichen Farbton und der gewünschten Helligkeit erhalten.

Einige Hersteller entfernen sich vom beliebtesten Schema und fügen den roten, blauen und grünen Farbfiltern Weiß oder Gelb hinzu. In diesem Fall fängt die Fotodiode mehr Licht ein und die Bilder sind heller.

Megapixel zeigen an, mit welcher Auflösung die Kamera Fotos aufnehmen kann, d. h. aus wie vielen Millionen Pixeln das endgültige Bild besteht.

Viele Hersteller präsentieren heute Smartphones mit 48-, 64- oder 108-Megapixel-Kameras, die im Dot-Merging-Modus arbeiten. Bei solchen Sensoren bestehen die Pixel nicht aus vier, sondern aus 16 Subpixeln, kombiniert zu vier. Während bei einem klassischen Sensor beispielsweise ein Pixel aus einem blauen, zwei grünen und einem roten Subpixel besteht, besteht es bei hochauflösenden Kameras aus vier blauen, acht grünen und vier roten Subpixeln.

Durch die Erhöhung der Pixelanzahl erhöht sich die Lichtempfindlichkeit und der Dynamikumfang des Bildes - der Unterschied zwischen den dunkelsten und hellsten Bereichen des Fotos. Gleichzeitig erzeugen 48-Megapixel-Kameras aufgrund einer solchen Kombination tatsächlich Bilder mit einer Auflösung von 12 Megapixeln. Und daran ist nichts auszusetzen: Dies ist der Fall, wenn aus Quantität Qualität wird und Bilder mit einer Auflösung von 4000 × 3000 (die gleichen 12 Megapixel) für die Veröffentlichung in sozialen Netzwerken völlig ausreichen.

Sensorgröße

Dies ist vielleicht das wichtigste Element einer Smartphone-Kamera. Die Größe des Sensors gibt an, über welcher Fläche sich die lichtempfindlichen Dioden befinden. Je größer der Sensor, desto größer können die Pixel selbst sein, und je größer die Pixel, desto besser nimmt sie Licht auf. Typische Pixelgrößen in modernen mobilen Kamerasensoren liegen zwischen 0,8 und 2,4 Mikrometer, letzteres wird jedoch genau durch die Kombination von Subpixeln erreicht, über die wir im vorherigen Absatz gesprochen haben.

Je mehr Licht der Sensor erfassen kann, desto besser werden die von der Kamera erfassten Bilder. Dies ist besonders wichtig, wenn Sie bei schlechten Lichtverhältnissen fotografieren. Und in einer solchen Situation kann sich herausstellen, dass ein Sensor mit einer geringeren Anzahl größerer Pixel ein besseres Bild liefert als ein Sensor mit einer größeren Anzahl kleinerer Pixel, da jede Fotodiode mehr Licht und dementsprechend mehr Informationen eingefangen hat.

Das heißt, eine Kamera mit weniger Pixeln in ihren Spezifikationen kann eine Kamera mit einer großen Anzahl von Pixeln aufgrund der Tatsache, dass die Pixel selbst größer sind, übertreffen.

Bei modernen Smartphones werden die Abmessungen der Sensoren in Bruchteilen eines Zolls angegeben. Der größte Sensor – der 50-Megapixel-Samsung ISOCELL GN2 – ist im Xiaomi Mi 11 Ultra verbaut: Seine Diagonale beträgt 1/1, 12 Zoll.

Linsen

Die verwendeten Objektive haben einen erheblichen Einfluss auf die Bildqualität. Sie bestehen aus Linsen - transparenten Platten mit bestimmten optischen Eigenschaften. Die Hauptfunktion einer Linse besteht darin, den einfallenden Lichtstrahl korrekt zu verzerren. Die Art der Verzerrung hängt von der Form der Platte ab.

Linsen bestehen meistens aus mehreren Linsen, da eine nicht ausreicht. Gekrümmte und konkave Linsen unterschiedlicher Dichte wechseln sich ab. Die richtige Auswahl und Platzierung im Objektiv wirkt sich auf die Bildschärfe und den Kontrast aus. Bei gekrümmten Linsen kann es zu optischen Verzerrungen kommen. Bei manchen Objektiven, wie zum Beispiel Weitwinkelobjektiven, ist die Verzeichnung hingegen zu einem Stilmerkmal geworden. Es stimmt, einige Geräte korrigieren sie programmgesteuert in der Nachbearbeitungsphase.

In modernen Smartphones bestehen Kameramodule aus mehreren Objektiven, von denen jedes einen eigenen Sensor hat, der für eine bestimmte Aufgabe geeignet ist. Meist sind dies Standard-, Weitwinkel- und Makroobjektive. Gleichzeitig kann man nicht sagen, dass Smartphones mit mehreren Objektiven offensichtlich besser schießen als mit einem: Es kommt auf die Umsetzung eines bestimmten Gerätes an. Es kann vorkommen, dass unter den vielen Kameras in einem Modul keine ein akzeptables Ergebnis liefert und aus der Quantität keine Qualität wird.

Brennweite und Blende

Je niedriger die Brennweite, desto höher der Bildwinkel des Objektivs und umgekehrt - Objektive mit hoher Brennweite schießen weit, aber gleichzeitig mit kleinem Bildwinkel.

Die Blende zeigt an, wie viel Licht durch das Objektiv auf den Sensor der Kamera fällt. Die meisten Smartphones haben eine feste Blende, das ist das Verhältnis der Brennweite zur Größe des Kameraeinlasses.

Je mehr Licht auf den Sensor trifft und je größer der Einlass der Kamera ist, desto geringer ist die Schärfentiefe, dh nur das Motiv wird scharfgestellt und der Hintergrund dahinter unscharf.

Um die Schärfentiefe zu erhöhen, müssen Sie den Einlass reduzieren, dadurch wird jedoch auch die Helligkeit verringert. Bei Smartphones wird dies meistens programmgesteuert erreicht. Moderne Geräte verwenden jedoch Module mit mehreren Linsen – mit unterschiedlich großen Linsen, unterschiedlichen Brennweiten und Blenden. Anstatt sich auf die Softwareverarbeitung zu verlassen, können Sie also zwischen den Objektiven wechseln.

Smartphones sind heute mit fortschrittlichen Autofokussystemen ausgestattet. Bei der PDAF-Technologie werden beispielsweise einige Punkte auf dem Kamerasensor als Brennpunkte verwendet. Zwei benachbarte Pixel sind so angeordnet, dass einer von ihnen den Lichtfluss von oben und der andere von unten wahrnimmt und das System den Fokus anpasst, wenn unterschiedliche Lichtmengen auf die Pixel fallen.

Es gibt auch einen laser- und kontrastbasierten Autofokus. Einige Firmen verwenden in Kameras Technologien, die es ermöglichen, auf bestimmte Objekte im Bild zu fokussieren, zum Beispiel Gesichter zu erkennen und sie klarer zu machen.

Zoomen

Zoom zeigt an, wie nah das Bild sein kann. Es gibt zwei Zoomoptionen: digital und optisch. Digital vergrößert und beschneidet einfach das Bild in voller Größe. Die optische Linse verwendet spezielle Linsen zur Vergrößerung, die durch das richtige Linsensystem weit in die Ferne blicken können.

Mit der Entwicklung von Kameras in Smartphones tauchen immer mehr Module mit optischem Zoom auf – meist 2X oder 3X. Es gibt jedoch auch Optionen, die Hersteller Periskope nennen. Solche Objektive verwenden ein System aus Linsen und Spiegeln, das sich seitlich im Gehäuse des Smartphones befindet, und dank ihnen können Sie beispielsweise einen fünffachen Zoom erzielen. Wie nah Sie an ein Bild herankommen, hängt von der Brennweite ab.

Der maximale optische Zoom, den Smartphones heute bieten, beträgt 10x. Es findet sich im Huawei P40 Pro + (in ihm wird das gleiche "Periskop" verwendet) und in einzelnen Objektiven des Samsung Galaxy S21 Ultra. Für die Fälle, in denen ein so starker Zoom nicht benötigt wird, verfügen diese Smartphones auch über Objektive mit geringerer Vergrößerung - dreimal.

Hilfssensoren

Lichtsensoren, Tiefensensoren, Entfernungsmesser, Lidare – all diese Systeme helfen dem Smartphone zu erkennen, wo sich die fotografierten Objekte befinden, wie sie beleuchtet werden, ob sie sich bewegen oder nicht. Das Smartphone verwendet die gewonnenen Daten sowohl im Sucher als auch in der Nachbearbeitung, um das Bild zu vervollständigen und zu bearbeiten.

Die Auflösung der Sensoren ist bei weitem nicht der wichtigste Parameter: Eine sehr kleine Anzahl von Pixeln reicht aus, um ihre Funktionen gut zu erfüllen. Daher sollten Sie sich nicht wundern, wenn Sie beispielsweise einen Tiefensensor mit einer Auflösung von 2 Megapixeln sehen: Es gibt genug davon für den Betrieb.

Videoauflösung und Bildrate

Die Videoauflösung gibt an, wie viele Pixel in einem Frame enthalten sind. Und die Bildrate gibt an, wie viele solcher Bilder pro Sekunde aufgenommen werden.

Wenn die Pixel wachsen, verbessern sich die Details und die Klarheit des Bildes. Mit zunehmender Bildrate nimmt der Unschärfeeffekt ab, das Video sieht schärfer aus und wird vom menschlichen Auge besser wahrgenommen. Darüber hinaus können Videos, die mit hohen Bildraten aufgenommen wurden, für einen interessanten Zeitlupeneffekt auf die bekannten 24 fps verlangsamt werden.

HDR

HDR steht für High Dynamic Range, was einen großen Unterschied zwischen den dunkelsten und hellsten Teilen eines Bildes darstellt. Die Kamera im HDR-Modus nimmt mehrere Bilder (bei Videoaufnahmen - Einzelbilder) mit unterschiedlichen Belichtungen auf und kombiniert sie dann, um helle und dunkle Bereiche auszugleichen. Dadurch ist es möglich, einen höheren Kontrast und Bilddetails zu erzielen.

Magie nach der Bearbeitung

Die trockenen Eigenschaften von Smartphone-Kameras sind natürlich verwirrend und erschreckend. Und das Hauptproblem ist, dass es unrealistisch ist, allein anhand dieser Zahlen zu verstehen, wie die Smartphone-Kamera schießen wird.

Neben dem System aus Linsen und Sensoren rund um die Kamera gibt es auch einen Harness aus dem Bildprozessor und der Nachbearbeitungssoftware – Algorithmen, die die empfangenen Daten analysieren und verschiedene proprietäre Enhancer verwenden. Infolgedessen können Unternehmen, die dieselben Sensoren verwenden, aufgrund unterschiedlicher Nachbearbeitungssysteme völlig unterschiedliche Bilder erhalten.

Jeder Hersteller hat seinen eigenen Ansatz zur Farbwiedergabe und Analyse von Objektgrenzen. Jedes Unternehmen verwendet eine Vielzahl von Tricks und Technologien, um am Ende ein Image zu erhalten, das seinem Schönheitssinn entspricht. Einige Marken verwenden maschinelles Lernen, um Objekte im Rahmen richtig zu identifizieren und wie sie idealerweise aussehen sollten, und dies ist auch Teil der Verarbeitung.

Nehmen wir ein einfaches Beispiel unter ziemlich beliebten Smartphones. In Realme 7 Pro und Samsung Galaxy M51 basieren die Hauptkameras auf den gleichen Sensoren - Sony IMX682. Es handelt sich um einen 64-Megapixel-Sensor, der vom Quad Bayer-Subpixel-Aggregationssystem angetrieben wird und Bilder mit einer Auflösung von 16 Megapixeln erzeugt (aber auch im Full-Size-Modus arbeiten kann). Trotz der Tatsache, dass sie die gleichen Sensoren haben, sind die Bilder selbst völlig unterschiedlich.

Die Farbwiedergabe von Samsung bei Tageslicht ist saftiger und lebendiger, ohne jedoch übersättigt zu sein. Fotos von Realme 7 Pro erhielten einen etwas weicheren und realistischeren Farbraum, aber manchmal gehen die Grenzen kleiner Details darin verloren, zum Beispiel einzelne Grashalme, die relativ weit weg aufgenommen wurden. Bei Samsung definiert das Nachbearbeitungs- und Rauschunterdrückungssystem die Grenzen klarer, was jedoch manchmal ein Gefühl von Künstlichkeit erzeugt. Das Verwechseln der mit diesen Telefonen aufgenommenen Fotos funktioniert trotz der gleichen Sensoren nicht.

Wie die Nachbearbeitung von Bildern auf einem bestimmten Telefon funktioniert, kann anhand der Eigenschaften nicht verstanden werden. Hier helfen nur professionelle Testberichte mit Testfotos, die in verschiedenen Modi aufgenommen wurden.

Kein Vertrauen in Megapixel

Spezifikationen garantieren keine Bildqualität. Es kann nicht behauptet werden, dass eine 108-Megapixel-Kamera besser schießt als eine 64-Megapixel-Kamera, denn neben Megapixeln beeinflussen auch andere Kameraparameter das Ergebnis.

Der erste Schritt ist, auf die Größe des Sensors zu achten: Je größer er ist, desto mehr Licht erhält er und die Bildqualität hängt direkt von der Lichtmenge ab. Als nächstes ist der Hardware-Teil des Bildnachbearbeitungssystems wichtig, und dann die Software. Wie sie funktionieren, kann nur verstanden werden, wenn man die Bilder sieht, die mit einem Telefon mit diesem System aufgenommen wurden.

Die einzige Möglichkeit besteht darin, den Bewertungen zu vertrauen, in denen Testfotos unter verschiedenen Aufnahmebedingungen veröffentlicht werden: unter verschiedenen Lichtverhältnissen, in Bewegung, in verschiedenen Entfernungen und so weiter. Und vergessen Sie nicht, dass die Hauptwerkzeuge des Fotografen und des Bedieners gerade Arme und die Fähigkeit sind, den Moment festzuhalten. Und der Rest ist zweitrangig.