ทำไม "พิกเซลที่ใหญ่กว่า" ทำให้ภาพดีขึ้นได้อย่างไร

สิ่งนี้กำลังจะออกจากการประกาศ iPhone 5S วันนี้เมื่อฟิลชิลเลอร์กล่าวว่า "พิกเซลที่ใหญ่กว่า" เป็นกุญแจสู่ภาพที่ดีกว่า

1. สิ่งนี้หมายความว่า?
2. มันเป็นเรื่องจริงหรือเป็นเพียงวิธีการตลาดหรือไม่?

สรุปด่วน

ใช่พิกเซลที่ใหญ่กว่าจะปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานทุกอย่างเท่ากันและ Apple กำลังทำสิ่งที่ดีโดยเน้นขนาดเซ็นเซอร์ อย่างไรก็ตามในกรณีนี้การเพิ่มขึ้นของขนาดนั้นเล็กน้อยซึ่งความแตกต่างจะเล็กน้อย แต่อาจไม่ได้อยู่ในระดับของการปรับปรุงที่คุณคาดหวังจากการตลาดของพวกเขา

พิกเซลที่ใหญ่กว่าหมายถึงอะไร

นี่หมายถึงขนาดของตัวตรวจจับแสงซึ่งเป็นตัวแทนของพิกเซลบนเซ็นเซอร์ของกล้อง

ในระยะสั้นยิ่งแสงเข้าถึงตัวตรวจจับแสงเหล่านี้ยิ่งแม่นยำในการวัดระดับแสงจึงลดเสียงรบกวน เพื่อลดความซับซ้อนของสิ่งต่าง ๆ เสียงมักจะเป็นปัจจัยในการถ่ายภาพที่มีแสงน้อยหรือในร่ม

มีสองวิธีในการรับตัวตรวจจับแสงที่ใหญ่กว่าบนเซ็นเซอร์:

1. มีพิกเซลน้อยลง

2. ทำให้เซ็นเซอร์มีขนาดใหญ่ขึ้น

อดีตคือการแลกเปลี่ยนกับความละเอียดซึ่งอาจหรือไม่อาจส่งผลในการปรับปรุงสุทธิในขณะที่หลังคือกำไรโดยรวม ใน iPhone 5S พวกเขาได้ไปพร้อม ๆ กับรุ่นหลังซึ่งถือว่าดี

เซ็นเซอร์ขนาดเล็กเช่นในโทรศัพท์มือถือและกล้องคอมแพคได้รับประโยชน์สูงสุดจากการมีพิกเซลขนาดเล็กเพราะพิกเซลจำนวนเท่ากันพิกเซลจะต้องมีขนาดเล็กกว่าในกล้อง DSLR และกล้องมืออาชีพ / มืออาชีพอื่น ๆ

การแข่งขันล้านพิกเซล

ความปรารถนาที่จะยัดพิกเซลมากขึ้นเรื่อย ๆ ในเซ็นเซอร์กล้องได้ลดความละเอียดของผลตอบแทนลงและเริ่มเป็นอันตราย - หรือละเลยที่จะปรับปรุง - ความไวของเซ็นเซอร์ขนาดเล็กในโทรศัพท์มือถือและกล้องคอมแพค

น่าเสียดายที่มันถูกขับเคลื่อนด้วยความคิดที่ว่า "จำนวนพิกเซลมากขึ้น = กล้องที่ดีกว่า" เนื่องจากการนับล้านพิกเซลนั้นง่ายมากในการทำการตลาดกล้องของคุณ ในความเป็นจริงการลดลงของผลตอบแทนทำให้มั่นใจได้ว่ายิ่งคุณเพิ่มจำนวนพิกเซลมากเท่าไหร่ยิ่งมีความสำคัญน้อยลงและเพิ่มจำนวนมากขึ้นเท่านั้นและเราก็มาถึงจุดที่เซ็นเซอร์จำนวนมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งคนตัวเล็ก ๆ ในโทรศัพท์มือถือ เพื่อพิสูจน์ความถูกต้องของจำนวนพิกเซลต่อไปเนื่องจากคุณสมบัติของเลนส์ที่ใช้และภาพที่คมชัดที่สุดที่พวกเขาสามารถผลิตบนเซ็นเซอร์

ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีเซ็นเซอร์เช่น microlenses และไฟส่องสว่างด้านหลังรวมถึงอัลกอริธึมการลดสัญญาณรบกวนขั้นสูงทำให้การชดเชยความไวหายไปเนื่องจากการเพิ่มจำนวนพิกเซลในเซ็นเซอร์ขนาดเล็ก แต่ไม่ไกลพอ: กล้องโทรศัพท์มือถือในปัจจุบัน ยังคงมีเสียงดังในที่ร่มและในที่มีแสงน้อยเนื่องจากพื้นที่รวบรวมแสงขนาดเล็ก

มันยากมากที่จะทำการตลาดกล้องของคุณโดยพิจารณาจากความไวแสงหรือด้านอื่น ๆ ของคุณภาพของภาพเมื่อจำนวนล้านพิกเซลยังคงเป็นสถิติการตลาดหลักที่เกี่ยวข้องกับกล้องดิจิตอล

เหตุใด Apple จึงทำการตลาดแบบนี้

ประชาชนที่ไม่มีข้อมูลยังคงคาดหวังว่าหากมีการปรับปรุงกล้องนับล้านพิกเซลจะเพิ่มขึ้น

อย่างไรก็ตาม Apple กำลังปล่อยกล้อง "ดีกว่า" ในมือถือของพวกเขา แต่ไม่มีการเพิ่มจำนวนพิกเซลขึ้น

เทคนิคนี้เป็นความคิดที่ดีสำหรับคุณภาพของภาพ อย่างไรก็ตามมันยากที่จะอธิบายให้ผู้คนทราบว่าทำไมถึงเป็นเช่นนี้เมื่อพวกเขาถูกกำหนดให้เชื่อว่าการนับล้านพิกเซลเป็นตัวชี้วัดหลักสำหรับคุณภาพของภาพ

ทำการตลาดกล้อง iPhone 5S ด้วยวิธีนี้คือความพยายามที่จะ:

1. เปลี่ยนการตลาดของเซ็นเซอร์กล้องให้ห่างจากจำนวนพิกเซลและต่อความไวและคุณภาพอื่น ๆ

2. หันเหความสนใจจากความจริงที่ว่านับล้านพิกเซลซึ่งหลายคนยังถือว่าคุณภาพของภาพไม่ได้เพิ่มขึ้น

น่าเสียดายที่พวกเขาไม่ใช่คนแรกที่พยายามปฏิวัติแบบเดียวกันนี้และจะไม่ใช่คนสุดท้าย ตำนานล้านพิกเซลยึดที่มั่นแน่นมาก

หมายเหตุ: เพื่อตอบสนองต่อความคิดเห็นด้านล่างฉันกำหนด "ตำนานล้านพิกเซล" เนื่องจากความเชื่อที่ว่าจำนวนพิกเซลเป็นปัจจัยหลักในการกำหนดคุณภาพของภาพและพิกเซลจำนวนมากนั้นมีคุณภาพดีกว่าเสมอ - ไม่ใช่ว่าจำนวนพิกเซลนั้นจะไม่มีประโยชน์ใด ๆ นอกจากนี้ปัญหาของตำนานล้านพิกเซลก็คือมันเบี่ยงเบนความสนใจจากสถิติที่สำคัญเช่นขนาดของเซ็นเซอร์ซึ่งแทบไม่เคยพูดถึงโทรศัพท์มือถือและกล้องคอมแพคเลยแม้แต่น้อย

มันเป็นเรื่องจริงหรือเป็นวิธีการตลาดหรือไม่?

มันเป็นความจริงทางเทคนิคแต่ในกรณีนี้ความแตกต่างนั้นเล็กมากจนไม่มีนัยสำคัญ

มันเป็นความจริงที่การรักษาจำนวนพิกเซลเท่ากันและทำให้แต่ละพิกเซลมีขนาดใหญ่ขึ้นให้ความไวที่ดีขึ้นและนั่นคือสิ่งที่พวกเขาทำที่นี่ สิ่งนี้ควรทำให้เกิดเสียงรบกวนต่ำ (หรือหากกล้องสามารถใช้ความเร็วที่เร็วขึ้นเป็นผลให้ภาพเบลอน้อยลงในแสงน้อย) การอ้างสิทธิ์ที่แท้จริงของพวกเขาว่า "พิกเซลที่ใหญ่กว่า = ภาพที่ดีขึ้น" เป็นสิ่งที่ทำให้เข้าใจง่ายและอาจทำให้ผู้คนสับสนว่าคิดว่าภาพแสงกลางแจ้งของพวกเขาอาจได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นเช่นกัน แต่ในสถานการณ์ที่มีแสงน้อยความไวที่ได้รับการปรับปรุงจะให้ประโยชน์

อย่างไรก็ตามพวกเขาไม่ได้ทำให้พวกเขาใหญ่ขึ้นมาก ด้วยการเพิ่มขนาดเซ็นเซอร์เพียง 6.6% การรับความไวใด ๆ ที่เกิดขึ้นจะเล็กไป: เล็กมากจนไม่มีนัยสำคัญ เพื่อนำไปสู่มุมมอง DSLR มีเซ็นเซอร์ที่มีขนาดใหญ่ประมาณ 500-900% เท่ากับกล้องคอมแพค ซึ่งจะส่งผลให้ได้รับความไวที่สำคัญของ f-stop หลายรายการ การเพิ่มขึ้น 6.6% นั้นไม่มีนัยสำคัญมาก มันหมายถึงประมาณหนึ่งในหกของหนึ่ง f-stop

ดังนั้นมันจึงเป็นวิธีการทางการตลาดเช่นกัน เพื่อให้ได้กำไรมาก ๆ พวกเขาจะต้องเพิ่มขนาดเซ็นเซอร์ให้มากขึ้น นอกจากนี้ยังเป็นวิธีการทางการตลาดเพราะก่อนหน้านี้การตลาดของพวกเขามุ่งเน้นไปที่การนับล้านพิกเซลและตอนนี้พวกเขาได้เปลี่ยนวิธีการตลาดเพราะพวกเขาเลือกที่จะไม่เพิ่มจำนวนล้านพิกเซลและยังต้องการอวดว่าพวกเขาปรับปรุงกล้อง .

ในทางทฤษฎีการมีพิกเซลที่เล็กกว่านั้นดีกว่าการมีพิกเซลที่น้อยกว่ามาก

พิกเซลขนาดเล็กจะจับโฟตอนน้อยลงดังนั้นมันจึงออกมาเป็นเสียงที่น่าสนใจ แต่โดยการสุ่มตัวอย่างค่าเฉลี่ยสัญญาณรบกวนให้มากขึ้นด้วยการสุ่มใหม่อย่างง่าย ๆ คุณสามารถจำลองผลลัพธ์ของเซ็นเซอร์ที่มีพิกเซลขนาดใหญ่น้อยลง

แต่คุณสามารถทำได้ดีกว่าเพียงจับคู่ผลลัพธ์ของพิกเซลที่ใหญ่กว่า พิกเซลขนาดเล็กยิ่งขึ้นจับข้อมูลได้มากขึ้น พิกเซลขนาดใหญ่บอกให้คุณรู้ว่าโฟตอนมีจำนวนลดลงเท่าไหร่ในพื้นที่ 5µm x 5µm พิกเซลขนาดเล็กยังบอกจำนวนโฟตอนที่ลดลงในพื้นที่เดียวกัน แต่ยังสามารถแสดงจำนวนพื้นที่ด้านซ้ายบน 25 leftm x 25µm ด้านล่างขวา 25µm x 25µm ภูมิภาค ฯลฯ ด้านล่างนี้สามารถใช้ข้อมูลพิเศษนี้เพื่อการสุ่มอย่างชาญฉลาดยิ่งขึ้น ภาพที่มีรายละเอียดมากขึ้นที่ความละเอียดเดียวกันกับกล้องที่มีพิกเซลที่ไวกว่ามากขึ้น

ในทางปฏิบัติสิ่งต่าง ๆ ไม่เคยเท่าเทียมกัน เมื่ออ่านเสียงรบกวนจะถูกนำมาพิจารณาการอ่านค่าจากพิกเซลขนาดเล็ก 4 พิกเซลหมายถึงการอ่านค่าปรับระดับเสียงรบกวนสี่ครั้งนำไปสู่เสียงรบกวนที่มากขึ้นในเงามืดและลด DR นี่ไม่ควรเป็นปัญหากับเซ็นเซอร์ Sony Exmor รุ่นล่าสุดที่มีสัญญาณรบกวนการอ่านต่ำเป็นพิเศษ แต่อาจเป็นสาเหตุที่ Canon มีในปี 2013 ไม่ได้ผลิตตัวกล้องที่มีมากกว่า 22MP)

พิกเซลไม่ใช่เอนทิตีแบน โดยปกติแล้วส่วนที่ไวต่อแสงจะอยู่ด้านล่างพร้อมกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่อยู่รอบ ๆ ด้านบน ทำให้พิกเซลเหมือนกัน เมื่อคุณทำให้พิกเซลมีขนาดเล็กมากสัดส่วนของพื้นที่ไวแสงจะลดลงและความลึกของส่วนเท่ากันกับความกว้างของมันจะใหญ่ขึ้นมากลดจำนวนมุมที่สามารถรับแสงและความไว

นี่คือที่ที่พวกเขาอยู่ที่เซ็นเซอร์กล้องโทรศัพท์พวกเขาไม่สามารถเพิ่มจำนวนพิกเซลได้โดยไม่ต้องเสียสละเศษส่วนและประสิทธิภาพเชิงมุมอย่างจริงจังดังนั้นเพื่อพยายามดึงดูดผู้บริโภคพวกเขากำลังลดจำนวนพิกเซล ทางออกที่ดีที่สุดคือการทำให้เซ็นเซอร์มีขนาดใหญ่ขึ้น แต่นั่นต้องใช้เลนส์ที่ใหญ่กว่าและจะไม่ยอมให้มีขนาดที่บางเฉียบซึ่งขายโทรศัพท์จำนวนมาก

นอกจากนี้ยังมีข้อเสียที่จะมีพิกเซลขนาดใหญ่น้อยลง ความถี่ในการสุ่มตัวอย่างที่ลดลงนำไปสู่คลื่นมัวที่เพิ่มขึ้นซึ่งต้องการตัวกรอง anti-alias ที่รุนแรงซึ่งทำให้ปัญหาการแก้ไขมีความละเอียดลดลง อัตราการสุ่มตัวอย่างที่ต่ำลงยังนำไปสู่ข้อผิดพลาด demosaicing มากขึ้น

น่าเศร้าที่มนต์ "พิกเซลขนาดเล็กที่ไม่ดี" ถูกนำมาใช้กับขนาดรูปแบบและทำให้ผู้ผลิตกล้องลังเลที่จะผลักดันคุณภาพไปข้างหน้าโดยการเพิ่มจำนวนพิกเซลเป็น "ภูมิปัญญาดั้งเดิม" คือมันเป็นความคิดที่ไม่ดีและทำให้ภาพน่าดู เขย่าและต้องใช้เลนส์ที่ดีกว่า (ทุกจุดเหล่านี้ไม่จริง)

แนวคิดหลักที่นี่คือเซ็นเซอร์ที่ใหญ่กว่าให้ภาพที่ดีกว่า (ถ้าเซ็นเซอร์ใช้เทคโนโลยีเดียวกัน) สิ่งที่ Apple ทำไว้คือการเพิ่มขนาดเซ็นเซอร์และการรักษาจำนวนพิกเซลเท่ากันในแต่ละพิกเซลจะมีอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนที่สูงขึ้นทำให้ภาพดีขึ้น

ทุกอย่างเกี่ยวกับการจับแสงที่เข้ามาอย่างแม่นยำมากที่สุด

มันค่อนข้างง่ายโดยมีพื้นผิวที่ใหญ่กว่า (ต่อพิกเซล) คุณจะจับแสงได้มากขึ้นและสามารถแสดงความแม่นยำของแสงนั้นในผลลัพธ์สุดท้ายได้

เป็นความจริงที่ภาพถ่ายจะดีขึ้น แต่เพียง 15% ต่อพิกเซลไม่น่าตื่นเต้น ดังนั้นการตลาดเช่นกัน Nokia ได้ทำสิ่งเดียวกันกับ PureView การลดขนาด 41 เมกะพิกเซลเป็น 5-10 ล้านพิกเซลจะลดระดับเสียงรบกวนลงอย่างมาก PureView ของ Nokia จะยอดเยี่ยมหากคุณถามฉัน

มีข้อได้เปรียบหลักสองประการจากการสร้างพิกเซลที่ใหญ่กว่า:

1. พิกเซลที่ใหญ่กว่าจะรวบรวมแสงมากขึ้นดังนั้นเซ็นเซอร์จึงมีความไวมากขึ้น ซึ่งหมายความว่าในสภาพแสงน้อยคุณสามารถถ่ายภาพด้วย ISO ต่ำและมีเสียงรบกวนต่ำ

2. ด้วยรูรับแสงขนาดใหญ่ (เช่น f / 2.2) และเซ็นเซอร์เล็ก ๆ น้อย ๆ เกิดขึ้นที่รังสีแสงจำนวนมากมีปฏิกิริยาแบบสุ่มกับพิกเซลที่แตกต่างกันทำให้ภาพของคุณเบลอ และนี่ลดความละเอียดลง

อย่างไรก็ตามแม้ว่าเราจะ debunking ตำนานที่รู้จักกันดีของล้านพิกเซลเรากำลังพูดถึง"ยิ่งใหญ่ยิ่งดี"ความจริงเกี่ยวกับเซ็นเซอร์ แน่นอนว่าข้างต้นเป็นจริง แต่ประสิทธิภาพของกล้องขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่น ๆ ในการฉายภาพด้วยเซ็นเซอร์ขนาดใหญ่ที่รักษาระยะห่างระหว่างเลนส์ด้านหน้าและเซ็นเซอร์ (เช่นเดียวกับ iPhone ต้องทำ) คุณต้องใช้เลนส์มากขึ้นและหากคุณภาพของเลนส์เหล่านี้ไม่ดีประสิทธิภาพทั้งหมดของ ระบบจะเลวร้ายที่สุด ดังนั้น"Bigger Pixels = Better Picture"จึงเป็นคำขวัญมากกว่ากฎหมาย