Ultrapixel новая технология камеры компании htc. Как это работает: UltraPixel

Привет, уважаемые пользователи лучшего мобильного портала Trashbox. Компания HTC использовала в своём флагманском смартфоне HTC One новейшую камеру, созданную по так называемой технологии UltraPixel. Инновационная технология наделала много шумихи как во всемирной паутине, так и на деле, поэтому сегодня я хочу рассказать вам - что такое UltraPixel и как это работает. Самое интересное ждёт вас под катом .

UltraPixel - фирменная технология тайваньской компании HTC. В настоящее время используется в смартфонах HTC One и HTC One Mini, а также в ещё не анонсированном HTC One Max. Компания характеризует UltraPixel, как новейшую технологию качественной съёмки. Разрешение фотографий UltraPixel-камеры в HTC One и HTC One Mini составляет «всего лишь» 4 мегапикселя, но по качеству получаемые изображения не уступают 8- или даже 13-мегапиксельным сенсорам, которые устанавливаются во флагманские смартфоны-конкуренты. Всё дело в той самой технологии UltraPixel, о которой я в подробностях расскажу вам далее.
Большая часть основных камер в мобильных устройствах работает с так называемым фильтром Брайса Байера: поверх сенсора располагается трёхцветный фильтр, передающий каждому светочувствительному элементу информацию об общей интенсивности света. При этом из-за легкой вибрации в геометрии элементов фильтра и сенселей фотография при стопроцентном увеличении получается несколько размытой и даже неестественной. Побочным эффектом байеровского массива является необходимость использования сглаживающего фильтра. Используется он для того, чтобы уменьшить цветные артефакты.

Принцип работы матрицы с технологией UltraPixel заключается в ином строении. В ней используются байеровский фильтр, однако увеличена поверхность светочувствительных элементов. Элементы в одном слое чувствительны к синему цвету, во втором - к зелёному, а в третьем - к красному. Площадь сенселей примерно в три раза больше, чем в камерах других мобильных устройств - четыре квадратных макрометра.

В теории те самые четыре квадратных макрометра позволяют камере получать на 300% больше света. Чем больше информации захватывает пиксель, тем более достоверную информацию о фотографируемых объектах он передаёт фотопроцессору. Сравнение камер с разной оптикой проводилось уже не один раз, и разница особенно заметна на фотографиях, сделанных в условиях низкой освещённости.

По мнению компании HTC, увеличивать разрешение фотографий просто нет смысла, если их качество остаётся неизменным. Разрешение фотографий, сделанных с помощью камеры UltraPixel составляет 2688х1520 - этого хватает для того, чтобы просматривать их на самом смартфоне, планшете или ноутбуке. В случае применения дополнительной обработки или кадрирования изображения разрешение может оказаться недостаточным.

Увеличенные размеры пикселей в сенсоре камеры UltraPixel - одна из прочих составляющих, которая влияет на качество фотографии. Самая чувствительная камера содержит в себе ключевые компоненты ImageSense, среди них: матрица UltraPixel - имеет более крупные пиксели, что позволяет захватывать на 300% больше света; HTC ImageChip - обеспечивает автоматическую фокусировку, шумоподавление, компенсацию цветовых тонов и реалистичный динамический диапазон; диафрагма F/2.0 - является самой широкой диафрагмой среди всех доступных камер смартфонов, пропускает на 44% больше света; оптическая стабилизация изображения - снижает размытие и искажения видео, снятого без использования штатива.

Ещё в детском садике нас научили сравнивать цифры, поэтому мы можем с легкостью сказать, что 13 больше за 4. HTC M8 получил камеру на 4 мегапикселя, а HTC One mini 2 на 13 мегапикселей. У кого будут лучше получаться фотографии? А у того, чья технология круче.

4 > 13

Несмотря на численную разницу в количестве пикселей, качество у HTC M8 заметно выше, чем у его мини-версии. Спокойно! Вы не пропустили реформу математики, и 13 по-прежнему больше за 4. Но когда речь идет о камерах смартфонов, то нужно рассматривать все детали при сравнении технологий, одинаковых на первый взгляд.

При наглядном сравнении качества камер HTC M8, HTC One mini 2 и HTC Desire 816, невооруженным глазом видно превосходство 4-мегапиксельной камеры M8 над оппонентами. Она предлагает более последовательную и надежную работу в широком диапазоне сценариев освещения. Камера М8 обеспечивает более естественные цвета, контрастность и просто лучшее качество фотографии, в то время как 13-мегапиксельные камеры выглядят размытыми, почти мутными и неестественными. Это один из побочных эффектов в данном направлении смартфоностроения.

А причина очень проста

Все дело в размере самих пикселей. HTC One mini 2 не использует "ультрапиксельную технологию" HTC, а обустроен обычным датчиком, только с большим разрешением. One M8 получил такой же датчик, но с меньшим разрешением, зато с большим размером самих пикселей - 2 мкм, в отличие от 1.1 мкм в 13-мегапиксельной камере.

Разница видна в первую очередь в вопросе освещенности. M8 захватывает больше света, а значит и больше "данных", что обеспечивает лучшее качество фото, по сравнению с One mini 2 и Desire 816. Поэтому, в условиях недостаточной освещенности One M8 не подведет. Единственное, в чем M8 уступает своим коллегам, так это в итоговом разрешении фотографий, которое будет в три раза меньше. Однако для обмена фотографиями в социальных сетях, где просто не требуется большое разрешение, а часто и фотографии наоборот сжимаются, камеры M8 будет достаточно.

"Ультрапиксельная

Камера HTC UltraPixel отличается не количеством пикселей, а их размером. Проще говоря, пиксели немного больше, чем в остальных мобильных камерах (2 микрона против 1,1-1,4 микрон) . Это позволяет камере улавливать на 300 % больше света по сравнению с обычными сенсорами даже в самых продвинутых на сегодняшний день 13 -мегапиксельных камерах. В результате камера способна делать снимки высокого качества при любом освещении (даже при недостаточном).

Пиксели большого размера улавливают больше света

Чтобы свести размытость к минимуму, HTC использует многоосевую систему оптической стабилизации изображения как в основной, так и в фронтальной камерах, благодаря чему фотографии получаются более четкими. Кстати, 2,1 -мегапиксельная фронтальная камера способна создавать видео в разрешении 1080p , а новый графический чип гарантирует непрерывный автофокус со скоростью до 200 мс .

Разница очевидна: HTC One (вверху), iPhone5(внизу).

Пример съемки в режиме HDR:

До выхода HTC One в продажу осталось совсем недолго и мы с нетерпением ждем возможности сравнить "ультрапиксельную" камеру с Nokia 808 PureView или Nokia Lumia 920. В целом можно только поприветствовать стремление тайваньской компании к инновационным технологиям и отказ от "гонки мегапикселей" .

Характеристики камеры HTC UltraPixel:
- Тип сенсора: CMOS BSI
- Размер сенсора: 1/3 дюйма
- Размер пикселя: 2 мм х 2 мм
- Разрешение: 2688 x 1520 с соотношением сторон 16:9 == 4Мп
- Скорость затвора до 48fps с ограниченным размытем движения
- Разрешения видео: 1080p до 30 кадров в секунду, 720p до 60 кадров в секунду, 1080p с HDR до 28 кадров в секунду, 768x432 до 96 кадров в секунду
- Фокусное расстояние: 3,82 мм
- Оптическая F/# диафрагма F/2.0
- Количество линз: 5P
- Оптический стабилизатор изображения: 2-осевой, + / - 1 градус (в среднем), 2000 циклов в секунду
- Максимальное число кадров в секунду: до 8 кадров в секунду при непрерывной съемке

В 2013 году был выпущен смартфон HTC One. Кроме прочих достоинств, устройство оснащалось нестандартной камерой, в которой была применена технология, получившая название Ultrapixel. Тайваньский производитель назвал внедрение ультрапикселей прорывом в сфере мобильного фото, поскольку, благодаря этому событию другие производители, наконец, перестанут измерять качество камер в смартфонах при помощи количества мегапикселей.

Светочувствительные элементы в обычных камерах

Для начала пройдем краткое знакомство с принципом расположения светофильтров на матрице по схеме Байера, который используется практически во всех мобильных фотографических модулях. На матрице располагаются элементы, чувствительные к свету. Их называют «сенсели». Эти элементы улавливают свет, преобразовывая его в электрический заряд. Каждый сенсель может воспринимать один цвет - синий, зеленый либо красный.

Недостатком байеровского массива цветных фильтров считается появление цветных артефактов и муаров на фото. Чтобы исправить ситуацию, используют специальный сглаживающий фильтр, из-за чего изображения кажутся слегка замыленными (отсюда и название «мыльница»). Это хорошо видно во время изменения масштаба снимков, сделанных на любительские фотоаппараты и мобильные фотомодули.

Фактически, производители большинства смартфонов пытаются поместить на датчик как можно больше пикселей, дабы увеличить исходное разрешение получаемого фото. С ростом количества мегапикселей уменьшается площадь каждого пикселя. Вследствие, они становятся менее восприимчивые к свету, фотографии получаются более темными, на них появляется шум. Чтобы компенсировать недостаток получаемого освещения, шире раскрывают диафрагму, а для борьбы с шумами используют объединение соседних пикселей.

Суть технологии UltraPixel и ее преимущества

HTC подошли к вопросу улучшения камеры с другой стороны: уменьшили разрешение до 4 Мп, а вот пиксели превратили в ультрапиксели, увеличив их размер до 2-х микрометров, против 1.1 микрометров (микронов) в датчиках на 13 Мп.

Технология UltraPixel предусматривает размещение сенселей на фотоматрице в три слоя, каждый из которых отдельно воспринимает красный, синий и зеленый цвета. При этом площадь светочувствительных элементов больше в 3 разы (до 4 µm квадратных) по соотношению к «обычным» сенселям.

Подобный принцип уже давно используется в матрицах Foveon, с которыми поставляются зеркалки Sigma.

По сути, у такого решения есть сразу несколько преимуществ:

• ультрапиксели воспринимают примерно на 300% больше света, соответственно, можно получить более качественные фото в темное время суток;
• существенное снижение количества шумов при съемке в условиях недостаточной освещенности;
• движущиеся люди и объекты на получаемом фото практически не смазуются;
• благодаря более широкому диапазону HDR темные участки высветляются, а светлые - наоборот, не пересвечиваются;
• нет необходимости в сглаживающем фильтре, который является причиной замыливания в байеровской матрице.

Недостатки технологии UltraPixel

Теоретически, в этой задумке сплошные преимущества. Однако главной ошибкой было решение остановиться на 4-х Мп. Из-за это при съемке отдаленных объектов и пейзажей фотографии страдают низкой детализацией.

Но почему только 4 мегапикселя, разве нельзя больше? Конечно, можно. Однако, стоит учитывать, что ультрапикселям потребуется гораздо больше места, нежели «обычным». Соответственно, физический размер фотоматрицы «вырастет» в размерах, а вместе с ним и сам модуль. Массовый потребитель привык к маленькому, компактному глазку камеры в смартфонах, поэтому резкое изменение его диаметра воспримут далеко не все. Поэтому, в «ЭйчТиСи», внедряя UltraPixel, решили ограничиться меньшим разрешением в угоду дизайну корпуса мобильного устройства.

Возможно, в будущем камерфоны будут оснащаться намного большей матрицей, чем сегодня, где вместо «обычных» пикселей будут использоваться ультрапиксели.

Где еще применяются ультрапиксели

Слово «UltraPixel» придумали маркетологи HTC, впервые опробовав технологию увеличения пикселей на фотоматрице камеры в смартфоне. Идея оказалась перспективной, и позже нашла применение в устройствах Apple (iPad Air 2), а также Google, который совместно с LG и Huawei выпустил Nexus 5X и Nexus 6P. Название UltraPixel так и не прижилось, поэтому не применяется в описаниях характеристик этих устройств.

Позже Samsung показала на выставке новый смартфон - Galaxy S7 edge, с размером матрицы 1/2,5”, и увеличенными пикселями до 1.4 мкм. Для справки: в Galaxy S6 размер 16-мегапиксельной фотоматрицы составляет 1/2.6″, а каждого пикселя - 1.2 мкм.

Если посмотреть на эти примеры фото, сделанные на Note 5 (слева), и Galaxy S7 (справа), кажется, что оба снимка примерно одинакового качества.

Однако, при стопроцентном увеличении отдельных фрагментов сразу видно существенную разницу в детализации.

Увеличенные пиксели применяются в фототехнике профессионального уровня, то есть в зеркалках. Благодаря этому даже самые доступные в цене зеркальные фотоаппараты со стандартным (комплектным) объективом значительно опережают достаточно крутые мыльницы при съемке в условиях недостаточной освещенности. Они улавливают больше света, а на готовых снимках, как правило, меньше шумов. Если бы плотность пикселей в зеркалках была такая же, как в обычных компактных фотокамерах, а также смартфонах, разрешение превышало бы 120 Мп. Тем временем, самые навороченные модели на данный момент могут снимать с разрешением 36, максимум 51,4 Мп.

Разница съемки при плохом освещении камер с большими пикселями и обычными

Также вам понравятся:

HTC анонсировала свой долгожданный флагман HTC 10, который стал воплощением одержимости, с которой компания работала на протяжении целого года. Концепция HTC One была раскрыта в совершенно новом свете. Так, с фронтальной панели исчезли двойные стереодинамики, а также полоска, которая для многих была тем еще раздражителем. Вместо этого применяется скругленное 2,5D-стекло, кнопка Домой со встроенным сканером отпечатка пальца и две сенсорные клавиши. Корпус выполнен из металла, но применяется специальная скошенная панель. Толщина в крайней точке достигает 3 мм. Основная особенность, конечно же, заключается в камерах. Здесь применяются 12-Мп и 5-Мп модули f/1.8 с оптической стабилизацией изображения (в обоих случаях). Основная камера выполнена по технологии Ultrapixel 2. Это широкоугольный (80 градусов) BSI-сенсор с размером пикселя 1,55 мкм. Есть лазерный автофокус и двойная LED-вспышка. Фронталка также имеет широкий угол обзора (86 градусов), может писать видео в формате 4К и имеет набор эффектов для селфи.

Следующим преимуществом HTC 10, которым компания была «одержима», стал звук. Тайваньцы оснастили флагман 24-битным ЦАП с поддержкой Hi-Res Audio. Кроме того, реализована технология BoomSound Hi-Fi Edition, которая разделяет высокочастотные и низкочастотные динамики, в каждом из которых имеется свой усилитель. Именно это позволяет добиться насыщенного звучания без традиционного расположения громкоговорителей у линейки HTC One. Аппаратный потенциал, по словам HTC, помогут раскрыть новые наушники, которые будут идти в комплекте с HTC 10 в некоторых регионах. Аксессуар сертифицирован Hi-Res Audio, имеет мембраны из полимера толщиной 8µm, который применяется в аэрокосмической промышленности.

А теперь о производительности. По примеру LG, HTC 10 выйдет в двух вариантах. В зависимости от региона, аппарат будет доступен в версиях на Snapdragon 820 (четыре ядра Kryo) и Snapdragon 652 (восьмиядерный вариант от Qualcomm). Последний имеет приставку Lifestyle и именно в таком виде будет доступен в России. За быстродействие также отвечают 3 или 4 ГБ оперативной памяти и Android 6.0.1 Marshmallow с оболочкой Sense UI 8.0 с технологией Boost+ (система ускорения, динамически управляющая ресурсами смартфона, что позволяет влиять на затраты энергии на работу фоновых программ. Кстати, в обоих случах девайс получил несъемный аккумулятор на 3000 мАч с технологией быстрой зарядки Qualcomm Quick Charge 3.0. По заявлениям производителя, он обеспечит автономную работу HTC 10 с 5,2” LCD5-дисплеем (разрешение 2560 х 1440 точек) в течении двух дней.

HTC 10 уже доступен в предзаказе на территории США. Там его цена составила $700 (разблокированная версия с 4 ГБ ОЗУ и 32 ГБ ПЗУ), а палитра цветов включает черный и серебристый. О появлении в продаже в России HTC 10 Lifestyle будет сообщено дополнительно.

Технические характеристики HTC 10 / HTC 10 Lifestyle:

• Сеть: GSM/GPRS/EDGE (850/900/1800/1900 МГц), UMTS/HSDPA (850/900/1900/2100 МГц), LTE (800/900/1800/2600 МГц)
• Платформа (на момент анонса): Android 6.0.1 Marshmallow с Sense 8.0
• Дисплей: 5,2", 2560 х 1440 точек, Super LCD5, 564 ppi, стекло Gorilla Glass 4
• Камера: 12 Мп, Ultrapixel 2, BSI, 1,55 мкм, f/1.8, лазерный автофокус, оптическая стабилизация изображения двойная LED-вспышка, запись видео 4К@30fps
• Фронтальная камера: 5 Мп, 1,34 мкм, f/1.8, оптическая стабилизация изображения, запись видео 1080p
• Процессор: 4 ядра, Kryo, до 2,2 ГГц, Qualcomm Snapdragon 820 | 8 ядер, 64 бит, до 1,8 ГГц, Snapdragon 652 (Lifestyle)
• Графический чип: Adreno 530
• Оперативная память: 4 ГБ (3 ГБ у Lifestyle)
• Внутренняя память: 32/64 ГБ
• Карта памяти: microSD (до 2 ТБ)
• GPS и ГЛОНАСС
• Bluetooth 4.2 с aptX
• Wi-Fi (802.11a/b/g/n/ac)
• USB Type-C
• HDMI MHL 3.0
• nano-SIM
• 24-бит ЦАП, BoomSound Hi-Fi Edition с Dolby Audio
• Акселерометр, датчик приближения, сенсор освещенности, гироскоп, барометр, сканер отпечатка пальца
• Аккумулятор: несъемный, 3000 мАч, Quick Charge 3.0
• Размеры: 145,9 x 71,9 x 3,0-9,0 мм
• Вес: 161 г