为什么“更大的像素”可以使图片更好?


26

这与今天iPhone 5S的发布有所不同,当时Phil Schiller说“更大的像素”是获得更好图片的关键。

苹果说越大越好 其他部分也更大

  1. 这是什么意思?
  2. 是真的还是营销策略?

3
这意味着苹果公司正在追随诺基亚,但他们会让它看起来像在诺基亚之前。iPhone5的传感器面积为15.5 mm2,Lumia1020的传感器面积为58.1 mm2。(来源)iPhone5S中的新传感器将是什么?
Esa Paulasto 2013年

基于“ 15%较大的传感器”和“ 1.5微米像素”的@EsaPaulasto手挥计算得出的尺寸约为4.9 mm x 3.6 mm = 17.6 mm ^ 2。
菲利普·肯德尔


Answers:


43

快速总结

是的,在其他条件相同的情况下,更大的像素确实可以提高性能,而Apple通过专注于传感器尺寸在做一件好事。但是,在这种情况下,规模的增长很小,以至于差异几乎可以忽略不计,可能无法达到您期望从其营销中获得的改善水平。

较大的像素代表什么意思?

这是指光电传感器在相机传感器上的尺寸,代表像素。

简而言之,到达这些光电探测器的光越多,它们就可以越精确地测量光水平,从而降低噪声。为简化起见,噪点通常是低照度或室内摄影中的一个因素。

有两种方法可以在传感器上安装更大的光电探测器:

  1. 像素少。

  2. 使传感器更大。

前者是对分辨率的权衡,后者可能会或不会导致净改善,而后者是整体收益。在iPhone 5S中,它们与后者脱离了,这很好。

小型传感器(例如手机和紧凑型相机中的传感器)受像素影响最大,因为对于相同数量的像素,其像素必须比DSLR和其他专业/专业相机中的像素小得多。

百万像素竞赛

将越来越多的像素塞入相机传感器的愿望降低了分辨率的回报,并已开始损害或已忽略改善手机和紧凑型相机中小型传感器的灵敏度

不幸的是,这是由“更多像素=更好的相机”的心态驱动的,因为百万像素数很容易推销您的相机。实际上,收益递减可确保您添加的像素越多,添加更多的像素就越不重要,而我们正要解决很多传感器(尤其是手机内部的微小传感器)甚至无法解决足够分辨率的问题。由于所用镜头的特性以及它们可以在传感器上产生的最清晰图像,因此无论如何都可以证明百万像素数的合理性。

微透镜和背光照明等传感器技术的进步,以及更先进的降噪算法,已经在某种程度上弥补了由于在这种小型传感器中像素数增加而导致的灵敏度损失,但还远远不够:今天的手机摄像头由于聚光区较小,因此在室内和低光照下仍会嘈杂。

这是非常困难的,当像素数仍与数码相机相关的主要销售统计,但误导市场基于灵敏度或图像质量的其他方面,你的相机。

那么,苹果为什么要这样营销呢?

消息不灵的公众仍然期望,如果相机得到改进,其百万像素数将会增加。

然而,苹果公司正在其手机中发布“更好”的相机,但百万像素数量却没有增加。

从技术上讲,这是提高图像质量的主意。但是,当人们习惯于相信百万像素数是图像质量的主要指标时,很难向人们解释为什么会这样。

以这种方式销售iPhone 5S相机是为了:

  1. 将相机传感器的市场营销从像素数转移到灵敏度和其他质量方面。

  2. 分散人们仍然认为百万像素数决定图像质量的事实并没有增加。

不幸的是,他们不是第一个尝试进行同样革命的人,也不会是最后一个。百万像素的神话已根深蒂固。

注意:针对下面的一些评论,我将“百万像素神话”定义为一个神话,即像素数是决定图像质量的主要因素,而更多的像素始终是更好的质量-并非像素数没有任何好处。百万像素神话问题的内在原因还在于,它分散了重要统计数据的注意力,例如传感器尺寸,而对于手机和紧凑型相机,这甚至从未被谈论过。

是真的还是营销策略?

技术上讲,这是正确的,但在这种情况下,差异是如此之小以至于微不足道。

的确,保持相同数量的像素并使每个像素变大会带来更好的灵敏度,这就是他们在这里所做的。这应导致较低的噪点(或者,如果相机因此可以使用较快的速度,则在弱光下运动模糊可能更少)。他们的实际主张是“更大的像素=更好的图片”是对此的简化,并且可能使人们认为他们的室外日光图片也可能得到改善,但事实并非如此。但是在弱光情况下,提高灵敏度将带来好处。

但是,它们并没有使它们变得更大。如果传感器尺寸增加6.6%,则灵敏度的任何增加都将很小:很小到可以忽略不计。透视一下,DSLR的传感器大约是紧凑型相机的500-900%。 将显着提高多个f档的灵敏度。6.6%的增长非常微不足道。它代表一个f档的大约六分之一。

因此,这也是一种营销策略。为了获得重大收益,他们将不得不加大传感器尺寸。这也是一种营销策略,因为以前他们的营销确实专注于百万像素数,但是他们现在已经改变了营销方式,因为他们选择不增加百万像素数并且仍然希望能够夸耀自己改进了相机。


3
其他所有条件都是平等的,因为物理学。更多的区域将收集更多的光子。唯一不会导致更高灵敏度的情况是所使用的CMOS技术大幅落后。我们不是在谈论1960年代的光电探测器。另请参见以“技术进步...”开头的我的段落。
thomasrutter

5
开始与1960年的传感器进行比较并不是很有建设性的……在讨论一个参数时,“所有其他条件相等”总是给定的。
Michael Nielsen 2013年

3
百万像素的神话本身就是一个神话,较大的像素意味着更好的灵敏度和更高的每像素质量而更多的较小像素意味着更好的灵敏度和更高的每张图像质量(所有其他条件都相同)。我打印图片而不是单个像素,所以我宁愿有更多的百万像素。
Matt Grum 2013年

3
@MattGrum-但是,对于iPhone,唯一的区别是像素大小,因此应该会改善手机的IQ。这就是为什么在同一代中,FF传感器在像素数相同方面通常要优于APS-C传感器。不过,正如尼康用D800证明的那样,支持您的观点,当前技术将允许在不牺牲图像质量的情况下大幅增加像素数量。人们仍然对这个概念保持警惕。
约翰·卡文

2
同样,关于FF和APS-C传感器中像素密度的争论也无法很好地缩小到手机尺寸。在手机中,传感器要小得多,以至于即使对于适度的8百万像素,所需的像素密度也要克服物理限制:光学系统的最小混乱圈,光电探测器与其周围电路的相对大小,等等。 。手机大小的传感器上确实有8百万像素在推动它,而FF甚至APS-C上的24百万像素确实非常稀疏
thomasrutter 2013年

13

从理论上讲,具有更多的较小像素比具有更少的较大像素更好。

较小的像素将捕获较少的光子,因此其输出噪声较大,但是通过获取更多的样本,噪声平均值得以消除,通过简单的重采样,您可以模拟具有较少的较大像素的传感器的结果。

但是您可以做得比简单地匹配较大像素的结果更好。更多小像素一起捕获更多信息。大像素让您知道在5µm x 5µm的区域中有多少光子掉落。小像素还可以告诉您在同一区域中有多少光子掉落,但也可以揭示有多少光子落在左上方25µm x 25µm区域,右下方25µm x 25µm区域等。这些额外的信息可用于更智能的重采样以减少噪音更高分辨率的图像,分辨率与具有更大感光度像素的相机相同。

实际上,事情从来都不是完全平等的。如果考虑读取噪声,则从4个较小的像素读取值意味着要对读取噪声进行4倍惩罚,从而导致阴影中的噪声更大,DR降低。对于具有超低读取噪声的最新Sony Exmor传感器来说,这不应该是问题,但这可能是佳能在2013年生产的机身不超过22MP的原因。

像素不是平面实体。通常,光敏部件位于底部,周围的电子设备位于上方的层中。这使像素有点像井。当您使像素非常非常小时,光敏区域的比例会下降,并且孔的深度及其宽度的比例会变得更大,从而减少了可接收光的角度数,从而降低了灵敏度。

这就是他们使用手机摄像头传感器时所要面对的问题,他们无法在不严重牺牲填充率和角度效率的情况下增加像素数量,因此试图吸引消费者的是他们正在减少像素数量。最好的解决方案是使传感器更大,但这将需要更大的镜头,并且不允许出售很多手机的超薄机身。

具有较少的较大像素也有缺点。降低的采样频率导致莫尔条纹增加,需要更强的抗混叠滤波器,加剧了分辨率降低的问题。较低的采样率也会导致更多的去马赛克错误。

可悲的是,“小像素差”的口头禅适用于各种格式大小,并导致相机制造商不愿通过增加像素数来推动质量提高,因为“传统观点”认为这是一个坏主意,会使图像更嘈杂,更容易出现相机问题摇晃,并且需要更好的镜片(这些要点中的每一个都不正确)。


不知道我会说尼康完全遵循了D800的“传统智慧” ...或者您可能会说,鉴于去除AA滤镜的趋势也是这种传统的另一个标志,传统智慧正在开始发生变化。
John Cavan 2013年

1
这让我想知道苹果是否减少了新iPhone 5s的像素数量。但是我认为他们没有。他们不是制造更大的传感器吗?
Esa Paulasto 2013年

1
他们保持相同数量的像素,并将传感器尺寸从1.4 µm像素尺寸增加到1.5 µm像素尺寸(1 / 3.2“传感器尺寸增加到1/3”传感器尺寸)。
thomasrutter

4

这里的主要思想是,更大的传感器会产生更好的图像(如果传感器使用相同的技术)。苹果公司所做的就是增加传感器的尺寸,并通过保持相同的像素数,每个像素将具有更高的信噪比,从而获得更好的图像。


3

关键在于尽可能准确地捕获入射光。

这非常简单,具有较大的表面(每个像素),您将捕获更多的光,并能够在最终结果中更准确地表示该光。

的确,照片会更好,但每像素仅15%的效果并不理想。因此,它也是营销。诺基亚的PureView也做了类似的事情。将41兆像素下采样到5-10兆像素也将大大降低噪声级别。如果您问我,诺基亚的PureView将是最好的选择。


0

制作更大的像素有两个主要优点:

  1. 较大的像素会收集更多的光,因此传感器更加灵敏。这意味着在弱光条件下,您可以以低ISO拍摄,从而以低噪点拍摄。

  2. 大光圈(例如f / 2.2)且几乎没有传感器可知,许多光线会与不同像素随机交互,从而使图像模糊。这降低了分辨率。

但是,即使我们揭穿了百万像素的神话,我们也将传感器的真理概括得越大越好”。当然,上面的陈述是正确的,但是相机的性能取决于许多其他因素。要在更大的传感器中投射图像,并保持额头镜头和传感器之间的距离很近(如iPhone那样),您需要更多的镜头,如果其中一个镜头的质量不好,则其所有性能系统将是最糟糕的。因此,“更大的像素=更好的图片”更像是一个口号,而不是法律。

By using our site, you acknowledge that you have read and understand our Cookie Policy and Privacy Policy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.