Ne, 250Mpx foťáky v mobilech nebudou, ale 50Mpx+ by mohly [úvaha]

0

Canon včera představil nový CMOS snímač formátu APS-H s rozlišením 250 Mpx. Hned několik webů zabývajících se mobily začalo spekulovat, jak něco podobného integrovat do těla smartphonu. No, nijak. APS-H je určen pro velké zrcadlovky, vždyť samotný čip by zabral polovinu šířky běžného pětipalcového smartphonu.

Zároveň platí, že s rostoucím čipem roste reálná ohnisková vzdálenost. A tak, aby objektiv pojal stejný úhel záběru, musí rovněž vyrůst. Už dnes čočky z tenkých smartphonů trčí, takže žádné zvětšování čipů rozhodně nehrozí. Tady platí přísné fyzikální zákony.

Srovnání velikostí snímačů
Srovnání velikostí snímačů (foto: Wikipedia) 

Mimochodem: Novinka Canonu má plochu přibližně 30krát větší než snímač v iPhonu 6, zároveň má 30krát vyšší rozlišení. Velikost jednoho světlocitlivého bodu (pixelu) je u obou senzorů stejná, na délku má 1,5 mikrometru.

Prakticky je možné zachovat stejně malé pixely a zvětšovat celkovou plochu čipu, takže se tam vejde více bodů. Jenže je pak problém ten signál vyčíst, zpracovat a uložit, protože přímou úměrou roste i množství dat. Jeden 250Mpx RAW s 14bitovou hloubkou by měl přes 400 MB.

Tipy ke čtení:

Rychlosti obrazových procesorů i NAND pamětí (včetně kapacity) časem porostou, ale fyzikální bariéry tady stále budou. Dostat 250 Mpx do malého CMOS snímače používaného v mobilech není možné. Jednotlivé pixely by byly tak malé, že by zkrátka nezachytily téměř žádné světlo (tj. sem tam nějaký foton). Kde ale leží reálná hranice zdolatelná současnými smartphony?

 

Nokia je vzorem

Cestu ukazovala Nokia, průkopník velkých snímačů v mobilech. Její telefony 808, Lumia 1020 a N8 mají ty největší senzory, které se kdy v chytrých telefonech objevily, nepočítáme-li hybridy jako Panasonic CM1 s 1″ senzorem. Rekordní Nokia 808 s 1/1,2″ senzorem a rozlišením 41 Mpx to odnesla na tloušťce. Výrobce oficiálně udával 13,9 mm, ale v místě foťáku měla 18 mm. Na zádech nesla tzv. batoh.

U Lumie 1020 si Nokia zachovala stejné rozlišení 41 Mpx, ale čip o polovinu zmenšila na formát 2/3″. Oficiální tloušťku telefonu to snížilo na 10,4 mm, v místě foťáku bylo 14,5 mm. To jsou pořád rozměry, se kterými by už dnes výrobci neměli odvahu vstoupit na trh. Největším formátem, který lze ještě pohodlně vměstnat do tenkého telefonu je 1/2,3″. Sony je používá v Xperiích Z2 a novějších, jejich tloušťka je ve srovnání s Lumií 1020 poloviční – 7,3 mm (foťák ze zad nevyčnívá).

Nokia 808 má největší snímač ze všech mobilů
Nokia 808 má největší snímač ze všech mobilů

To máme fyzické rozměry čipu, ale co rozlišení? Musíme vyjít od té nejmenší jednotky – pixelu. Snímače v dnešních smartphonech používají buňky s délkou minimálně 1 mikrometr. Níž nikdo nejde, protože by už body byly tak malé, že by fotky obsahovaly jen šum. A i ten mikrometr je sakra malý, používá se jen v úplných lowendech. Rozumnou velikostí je 1,12 µm a více. Samsung ale se svou technologií IsoCell tvrdí, že jeho 1µm pixely mohou být stejně kvalitní jako 1,12µm od konkurence.

Snímače v mobilech

Telefon Formát Šířka Výška Plocha Rozlišení Šířka pixelu
Nokia 808 1/1,2″ 10,67 mm
8,0 mm 85,33 mm² 41 Mpx 1,4 μm
Nokia Lumia 1020 2/3″ 8,8 mm 6,6 mm 58,10 mm² 41 Mpx 1,14 μm
Nokia N8 1/1,8″ 7,18 mm 5,32 mm 38,20 mm² 12 Mpx 1,75 μm
Sony Xperia Z3 1/2,3″ 6,17 mm 4,55 mm 28,5 mm² 20 Mpx 1,2 μm
LG G4 1/2,6″ 5,5 mm 4,1 mm 22,55 mm² 16 Mpx 1,2 μm
iPhone 6 1/3″ 4,89 mm 3,67 mm 17,9 mm² 8 Mpx 1,5 μm
HTC One M8 1/3″ 4,89 mm 3,67 mm 17,9 mm² 4 Mpx 2 μm
iPhone 5 1/3,2″ 4,54 mm 3,42 mm 15,5 mm² 8 Mpx 1,4 μm
Nokia Lumia 535 1/4″ 3,2 mm 2,4 mm 7,68 mm² 5 Mpx 1 μm

Nejvíce 28 Mpx, optimisticky 58 Mpx

Takže fyzikální rozměry snímače činí 1/2,3″, tj. 6,17 × 4,55 mm při obvyklém poměru stran 4:3. S 1μm pixely by rozlišení bylo 6170 × 4550 pixelů, celkově 28 Mpx. V extrémním případě, kdyby ještě někdo použil tlustý 2/3″ snímač (8,8 × 6,6 mm), jako měla Lumia 1020, by rozlišení mohlo stoupnout na 58 Mpx.

Říkáte si k čemu? Jako vzor opět poslouží Nokia nebo Sony. S takovým množstvím pixelů lze obraz ořezávat (tj. digitálně zoomovat, zvětšovat) bez ztráty kvality. Místo 58 Mpx fotky budete mít 5Mpx výřez, který je stále vhodný i pro tisk. Nokia zase se svými foťáky PureView ukázala, že vyššího rozlišení lze kvalitně interpolovat na nižší (5 Mpx), protože se využije nadbytku pixelů. Obraz bude ostřejší a s menším množstvím šumu ve srovnání s nativním 5Mpx snímačem.

Teoretická 58Mpx fotka5Mpx výřez (3,4× zoom)
Teoretická 58Mpx fotka | 5Mpx výřez (3,4× zoom), foto: Frank Winkler

Pochopitelně je pro fotografii lepší, když se použije velký snímač a ještě k tomu i velké pixely. Ty zachytí více světla, takže ubude šumu a obraz bude mít lepší dynamický rozsah. Takový opačný extrém ukázal rovněž Canon, který představil velký fullframe čip s 19mikrometrovými pixely, který zachytí barevný obraz i v noci. V mobilech se ale musí dělat kompromisy a naše matematické cvičení mělo ukázat, kam se lze se současnou technikou dostat. Rozlišení 250 Mpx v mobilech neuvidíme, ale k 50 Mpx se ještě dostat můžeme. Reálně to ale kvůli tenkým tělům smartphonů bude pod 30 Mpx.

Ne, 250Mpx foťáky v mobilech nebudou, ale 50Mpx+ by mohly [úvaha]

Ohodnoťte tento článek!