Мегапиксели в камере смартфона: что это такое, насколько они важны и каким образом влияют на качество фото

Что такое мегапиксели

Если максимально увеличить цифровое фото, то станет понятно, что оно состоит из квадратиков. Это и есть пиксели — мельчайшие элементы снимка.

Миллион таких квадратиков именуется мегапикселем․ Сейчас даже бюджетные смартфоны имеют разрешение в пределах 8−10 Мп. Фотографию, сделанную подобным гаджетом, можно без растягивания распечатать в формате А4.

Естественно, на первый взгляд кажется, что чем больше пикселей, тем выше детализация и чётче изображение. Однако в действительности всё не так просто.

Высокое разрешение не гарантирует идеальных снимков.

На что влияют мегапиксели

От количества Мп в матрице фотоаппарата по сути зависит качество распечатанных фотографий. Снимки большой выглядят детализированней при достаточном количестве мегапикселей. Однако это не единственный показатель, нужный для печати необычно крупных фотографий. Также важны характеристики сенсора фотокамеры и настройки диафрагмы (апертуры).

Важно знать, что пиксели могут отличаться размером. Например, в одной камере может быть 12 Мп большого размера, а в другой – 24, но более маленьких. Слишком мелкие пиксели способны вобрать в себя только небольшое количество света. Оставшийся свет перемещается к соседним пикселям, создавая на фотографии неприятный цветовой шум. Поэтому важно не только количество мегапикселей, но и размер самой матрицы. Если последняя слишком маленькая и на нее пытаются вместить как можно больше пикселей, качество фото только ухудшится. Чем больше размер матрицы, тем больше света она воспринимает. В итоге снимки имеют больше деталей и больший угол обзора.

Объектив

На сенсор фотокамеры попадает свет, который проходит через линзу объектива. Соответственно, качество изображения очень сильно зависит от оптики объектива. На сегодняшний день компания Zeiss является ведущим производителем оптики для смартфонов и зеркальных фотокамер. Смартфоны Nokia 8 оснащены линзами Zeiss.

Линза фотокамеры имеет определенную апертуру, которая описывает количество света, которое может пройти через фотообъектив. То есть, линза с апертурой F/1.7, как на смартфоне Galaxy Note 8 или OnePlus 5T пропускает больше света, чем объектив с апертурой F/2.2.

Для фотографов-любителей: 7 Мп будет достаточно

Фотографам-любителям важно иметь возможность без особых проблем печатать и редактировать свои снимки. Вот почему они должны иметь небольшой «буфер». Для печати достаточно уже 5 мегапикселей. Следовательно, остановив свой выбор на 7-мегапиксельной камере, вы не ошибетесь.

Такой аппарат будет снимать фотографии с разрешением приблизительно 3072 × 2304 точек. Это разрешение дает фотографу достаточно возможностей для обрезки ненужных деталей или увеличения определенных фрагментов изображения. Заметных потерь качества при этом чаще всего не будет.

Также такое разрешение позволяет без проблем печатать изображения: фотографии в формате открытки (10 x 15 см) и даже в формате A4 будут выглядеть вполне четкими. Только при печати снимков в размере плаката (например, в формате A3) можно получить размытые кадры.

Кроме того, размер файла каждого изображения с разрешением 7 Мп находится примерно в золотой середине: несжатое изображение с фотоаппарата будет занимать 20 Мб на карте памяти. Файл в формате JPG (например, на смартфоне) занимает еще меньше — около 4 Мб. Для сравнения: при разрешении 12 мегапикселей камере требуется уже 35 Мб на каждую несжатую фотографию.

Печать фотографий

Разрешение отпечатка вне зависимости от его размера принято измерять в точках на дюйм (dpi). Например, при печати с разрешением 300 dpi на каждый линейный дюйм (2,54 см) будет приходиться по 300 точек, что соответствует 118 точкам на один линейный сантиметр.

Разрешение меньше 150 dpi считается низким, от 150 до 300 dpi – приемлемым и от 300 dpi и больше – высоким. Высокое разрешение означает, что отдельные точки, составляющие изображение, практически неразличимы для невооружённого глаза. Обычно отпечатки умеренного размера (до A3 включительно) делают с разрешением именно 300 dpi. Для больших отпечатков допустимо использовать меньшее разрешение.

Многое зависит от расстояния, с которого вы собираетесь рассматривать снимок. Маленькие карточки разглядывают вблизи, и их разрешение должно быть по возможности высоким. Большие полотна вешают на стену и любуются ими стоя на некотором отдалении, а потому даже сравнительно невысокое разрешение не будет резать глаз. Это относится и к фотообоям. Огромные билборды, на которые люди смотрят с расстояния в десятки метров, можно печатать с разрешением 32 dpi, и они всё равно будут смотреться неплохо.

Из приведённой ниже таблицы видно, сколько мегапикселей требуется для съёмки и последующей печати фотографий с разрешением как 150, так и 300 dpi при различных размерах отпечатка.

Когда вы последний раз печатали свои снимки на формате A3? Напомню, что самым популярным среди фотолюбителей размером отпечатка является A6, т.е. 10×15 см.

Характеристики матриц у фотоаппаратов

Рассмотрим характеристики матрицы, на которые можно опираться при выборе фотоаппарата. При этом важно, для каких целей вы берёте камеру. Если интересна ночная съемка, то следует обратить внимание на светочувствительность матрицы и то, насколько фотоаппарат «шумный». Если же нужна компактная камера для путешествий раз в год, то нет смысла переплачивать десятки тысяч за тяжёлую и громоздкую махину для профсъёмки.

Размер

Матрица — прямоугольная пластина со светочувствительными фотоэлементами на ней. Как мы выяснили выше, чем больше фотоэлемент (который потом станет пикселем), тем лучше качество снимка. 

Да, пиксели могут быть одинаковыми на матрицах разного размера. Просто в таком случае их будет меньше и, соответственно, у фотоаппарата будет меньше разрешение. Но, в теории, чем больше матрица, тем больше фотодиодов бОльшего размера на ней можно разместить.

Естественно, матрицы бывают разных форматов. Для них есть условная точка отсчёта размеров — это полный кадр (можно встретить названия фуллфрейм, полнокадровый фотоаппарат, FullFrame, FF). 

Физический размер полнокадровой матрицы фотоаппарата —  36х24мм. Почему именно 36 на 24? В плёночную эпоху это был стандартный размер фотоплёнки. И именно размер кадра в старых плёночных фотоаппаратах взяли за точку отсчёта. 

Кроп-фактор матрицы

Кроп-фактор — условный коэффициент, который обозначает, насколько матрица камеры меньше, если сравнивать с полнокадровой. Фуллфрейм — точка отсчёта, и именно поэтому в таблице ниже кроп-фактор фуллфрейма — единица. Фотоаппараты с размером матрицы меньше полнокадрового называют «кропнутыми».

На что влияет кроп-фактор?

• Фотоаппарат захватывает меньшую область, чем полнокадровая камера. Угол обзора уменьшается, так как уменьшается поле зрения кадра.

Это как смотреть сквозь свернутый в трубочку лист бумаги. Без него вы видете полную с цену, с ним — выхватываете отдельные детали. 

       – Для кропнутых камер есть своя оптика, которая не пойдет на полнокадровые фотоаппараты. У Canon такие объективы маркируют буквами EF-S, а у Nikon — DX. Например, Canon EF-S 10-18mm или Nikon 35mm f/1.8G AF-S DX. Sony отмечает оптику для полного кадра маркировкой FE вместо E для кроп-фотоаппаратов. Сравните: Sony E 18-105mm f/4 G OSS PZ и Sony FE 24mm F1.4 GM.

        – На кропнутые камеры встает оптика для полнокадровых фотоаппаратов. Но угол обзора на них будет меньше. Например, если на камеру с кроп-фактором 1,52 поставить объектив с фокусным расстоянием 50мм, то его реально фокусное расстояние будет 75мм.

         – Если надеть объектив для кропнутых камер на полноформатный фотоаппарат, по границам кадра поползет заметная чёрная виньетка. Но, например, у некоторых камер Nikon есть DX режим, который при съёмке сразу же кадрирует фотографию и тем самым обрезает виньетку.

Размер матриц фотоаппаратов. Таблица

Подразумевая размер матрицы, могут употреблять любое из этих значений: название формата или длину матрицы по диагонали, её размер в миллиметрах или кроп-фактор.

На что влияет размер матрицы

• количество шумов (зернистости) на фотографии. Чем больше матрица, тем более детализированный и чистый кадр получится. Это важный параметр, если вы снимаете в условиях плохой освещённости, вечером, ночью. Днём в яркий солнечный день разница не будет видна.
• динамический диапазон. То есть насколько широкий диапазон яркости может захватить камера, не теряя при этом качество в тенях и светах.
• глубина цвета. Чем больше матрица, тем больше оттенков и полутонов она сможет зафиксировать. Это видно на однотонных снимках. Например, зимних пейзажах. То есть, актуально достаточно редко.
• размер камеры. Чем больше матрица, тем больше и тяжелее камера.
• широта обзора. Чем больше кроп-фактор, тем уже обзор. При прочих равных визуально кажется, что объект, сфотографированный на кропнутый фотоаппарат, ближе.

Светочувствительность

Этот тот самый параметр ISO. Если перекладывать это на матрицу, то, чем выше ISO, тем более тёмные элементы может поймать фотоаппарат. Чем выше ISO, тем светлее кадр и больше шумов.

Минимальное возможное ISO — 50. Но у разных камер разные минимальные и максимальные значения. Так, у Nikon D5600 ISO колеблется в диапазоне от 100 до 25 000, а у PENTAX K-70 — от 100 до 3 200.

Тип матриц фотоаппаратов

Матрицы различаются по технологии, на основе которой они работают.

Не так давно между собой конкурировали два основных типа:

• CCD (от Charge Coupled Device или ПЗС по-русски). У таких матриц мельчайший структурный элемент — диод.
• CMOS (от Complementary Metal Oxide Semiconductor или КМОП-матрица по-русски). В основе этих матриц транзисторы с каналами разной проводимости.

Сейчас не особо актуально, так как большинство фотоаппаратов оснащают CMOS-матрицами. Они потребляют меньше энергии, выдают меньше шумов на снимке, лучше чувствуют себя в условиях плохого освещения, а также более дешёвы в производстве, если сравнивать с CCD-матрицами.

Какое оптимальное количество

Достаточное число пикселей зависит от потребностей пользователя фотоаппарата. Также стоит помнить, что на качество влияют многие технические показатели фотоаппарата, в том числе размер матрицы, выбранный объектив и, конечно, настройки камеры.

Чем больше разрешение матрицы, тем качественнее получатся напечатанные в большом размере снимки и тем больше возможностей для последующей обработки фотографии в фоторедакторе.

• Тем, кто в принципе не печатает и не обрабатывает фотографии, а смотрит их только на цифровых устройствах и выкладывает в сеть, вполне хватит даже 5 Мп;
• Если снимки подвергаются пост обработке, их разрешение несколько уменьшается. Особенно при кадрировании. Значит, чтобы обработать фото и сохранить приемлемое качество для их просмотра на компьютере и печати фотографий небольшого размера, нужен фотоаппарат с 7 Мп. При таком показателе разрешение снимков будет около 3072 на 2304 пикселей. Значит, можно будет смело их обрабатывать, убирать ненужные объекты по краям, не ухудшая итоговые кадры. После этого можно распечатать снимки размером 10 на 15 и даже 20 на 30;
• Тем, кто предпочитает более детализированные снимки, лучше приобретать фотокамеры с разрешением матрицы не менее 12 Мп. Такой фотоаппарат позволит получать кадры, в которых видна каждая деталь, а затем увеличивать и кадрировать их при необходимости. Однако такие фотокамеры стоят дороже, поэтому стоит взвесить все за и против. А также решить, так ли необходима сильная детализация для любительской съемки.

Профессионалам, безусловно, нужны камеры с разрешением не менее 12 Мп. А вот показатель разрешения больше 20 мегапикселей не особенно востребован даже в профессиональных кругах. Это больше рекламные трюки производителей.

Более того, фотографы, проводившие сравнение, указывают на избыточность 24 мегапикселей для фотоаппаратов с кропнутой матрицей. Объективы не справляются с таким количеством пикселей, появляется больше цифрового шума, кадры медленнее обрабатываются из-за большого веса. К тому же, на снимках при 12 и 24 Мп практически идентичная детализация.

Что влияет на качество фото

• Размер объектива

От чего зависит качество фото в смартфоне, в первую очередь? Непреложное правило говорит о том, что чем больше размер объектива, тем выше качественные показатели у полученного снимка. Это объясняется пропорциональным соотношением величины объектива и того количества света, которое он может физически пропустить через себя, делая изображение более светлым. Поэтому делая выбор в пользу той или иной модели, рекомендуется обращать внимание и на эту деталь.

• Зум

Данный параметр влияет на способность фотокамеры приближать изображение, предварительно фокусируясь на нем. Существуют цифровой и оптический зумы. Современные смартфоны оснащаются цифровым зумом. Что это означает: ПО камеры фокусирует устройство при помощи пользователя и специальной схемы. Если говорить про оптический вид, данный зум обеспечивает фокусировку автоматически. Стоить отметить, что оптический зум считается лучшим, с ними потеря качества фотографии будет минимальна. Оптический зум в смартфонах, как правило, встречается редко, так как является дорогой составляющей себестоимости аппарата для производителей.

• Стабилизация изображения

Также бывает, как цифровой, так и оптической. Цифровую стабилизацию еще называют программной, и это вид существенно уступает оптическому по качеству. Это обуславливается тем, что для получения четкого снимка без смазываний, необходимо максимально неподвижно держать смартфон в руках, что выполнить не так-то просто. В этом отношении оптическая стабилизация существенно выигрывает. Для ее работы используются малюсенькие гироскопы, которые физически перемещают объектив камеры во избежание каких-либо движений, это и обеспечивает снимку повышенную четкость.
Вопрос стабилизации встает остро, когда необходимо сделать фото при плохом освещении, когда скорость затвора автоматически уменьшается, что влечет за собой увеличение выдержки. Это необходимо для того, чтобы сенсор захватит побольше света и влечет за собой непроизвольную дрожь в руках, ухудшая четкость.

• Матрица

Продолжая разбираться, от чего зависит качество фото в смартфоне, необходимо остановиться и на матрице. Если производитель смартфонов хочет уменьшить толщину устройства, первое, что идет под расход – это матрица. Размер данного параметра напрямую влияет на количество пропускаемого света, а это очень важно для качества изображения, т.е. чем больше света способна пропустить матрица, тем качественней будет конечная фотография.

• Диафрагма

Немаловажный, но, почему-то недооцененный, параметр в фотокамере смартфона. Диафрагма представляет собой отверстие, которое пропускает свет в матрицу. Чем ниже данный показатель, тем лучше детализация картинки в темноте и выше скорость съемки. Большинство мобильных устройств оснащается диафрагмой со средним показателем диафрагмы, обеспечивающим хорошее качество фотографий при ночной и при дневной съемке. Изучая характеристики камеры смартфона, выбирайте устройства с показателем диафрагмы в пределах f/2.2 – f/2.6.

• Программное обеспечение

Безусловно, львиная доля работы с фото «лежит на плечах» аппаратной части камеры в смартфоне, но не стоит недооценивать и роль софтверной части. ПО в мобильном устройстве принимает самое непосредственное участие во время съемки, его задача заключается в анализе поля зрения фотокамеры и подборе оптимальных настроек для наилучшей съемки.

Проекторы

Массовые модели современных цифровых проекторов имеют разрешение 1920×1080 (Full HD) или даже меньше, а значит пытаться продемонстрировать публике что-то превышающее пару мегапикселей с их помощью бессмысленно. Проекторы с разрешением 4096×2160 (4K) большинству фотографов просто не по карману, но даже неполные девять мегапикселей – это по современным меркам не столь уж много.

Почему много мегапикселей – это хорошо?

Основное преимущество большого количества мегапикселей – высокодетализированное изображение на выходе. Его можно увеличить, обрезать, вывести на большой экран или распечатать на крупноформатном листе.

Сенсоры с многомиллионным количеством пикселей лучше справляются со съемкой объектов, где присутствует обилие мелких деталей – трава, волосы, песок и пр.

Процессор фотокамеры (ISP)

Фотосенсор отправляет информацию об изображении в процессор фотокамеры (ISP – image signal processor). В ISP изображение подвергается серии обработок, которые направлены на улучшение качества фотоснимка. Для того, чтобы не отнимать вычислительной мощности у центрального процессора смартфона, ISP выполнен в виде отдельной микросхемы. ISP корректирует освещенность, баланс белого и применяет HDR. Не сложно догадаться, что чем лучше ISP, тем качественнее получается изображение.

Известно, что в смартфонах Apple используется один из самых мощных ISP. Другим хорошим ISP считается Qualcomm на чипсете Snapdragon 835.

Таким образом, на качество изображения, помимо количества мегапикселей, влияют сенсор, качество оптики и мощность ISP. Конечно существуют и другие факторы. Однако, их рассмотрение выходит за рамки данной статьи.

Стоит ли гнаться за большим количеством мегапикселей

Профессионалы не советуют гнаться за максимальным количеством пикселей в фотоаппарате. Важнее определиться со своими целями. Для чего приобретается фотокамера: для бытовой съемки, работы в газете или журнале, участии в выставках, съемке портретов, репортажей или торжеств. Для каждой цели понадобится свое количество мегапикселей матрицы фотоаппарата.

Собираясь создавать фото для семейного альбома и соцсетей, не стоит платить лишнее за технику с огромным разрешением снимков. К тому же, на качество больше повлияет физический размер матрицы. Именно на этот показатель лучше обратить свое внимание. При этом техника с большой матрицей будет дороже, тяжелее, объемнее, чем простой любительский компактный фотоаппарат. Такую технику неудобно будет постоянно носить с собой, чтобы запечатлеть неожиданно возникшие интересные кадры.

Фотосенсор

Фотосенсор воспринимает изображение, которое собирается и фокусируется объективом. Если говорить простым языком, то сенсор преобразует изображение в электрические сигналы. Сенсор характеризуется такими понятиями, как разрешение (мегапиксели), светочувствительность ISO, качество цветопередачи и другими.

Сенсоры с высокой светочувствительностью позволяют снимать при низком уровне освещения. Однако, при съемке с высоким ISO на изображении могут появляться шум, пятна и зернистость. Качественный фотосенсор позволяет получать снимки с меньшим шумом.

Одним из главных производителей фотосенсоров является компания Sony. Сенсоры этой компании установлены в смартфонах Google Pixel 2 и Pixel 2 XL. Фотокамеры этих смартфонов признаны одними из лучших на сегодняшний день. Смартфон Samsung Galaxy Note 8 также оборудован фотосенсором Sony. Фотокамеры указанных устройств позволяют получать хорошие фотоснимки при низкой освещенности.

Почему больше не значит лучше

Чтобы понять, как качество фотографии зависит от мегапикселей, придётся обратиться к технической стороне вопроса. За каждый пиксель отвечает один маленький сенсор, улавливающий свет и преобразующий его в цифровой сигнал. Весь массив сенсоров собран в пластину, которая называется матрицей.

Размер матрицы ограничен, так как смартфон — относительно компактное устройство. При этом размер пикселя можно уменьшать хоть до бесконечности, если позволяет производственное оборудование. Многие фирмы так и поступают: существенно увеличивают количество сенсоров, а матрицу либо оставляют прежней, либо делают чуть больше. В результате миллионы мельчайших электронных датчиков оказываются слишком близко друг к другу, что приводит к появлению цифрового шума.

Дефект выглядит как множество хаотично расположенных цветных точек. Производители, конечно, изобретают шумоподавляющие фильтры, но их действие основано на размытии, а оно нивелирует ту чёткость, которую даёт увеличенное разрешение. По этой причине при одинаковом размере матрицы смартфон с камерой 8 Мп может делать снимки лучше, чем его коллега с 16 Мп.

Всё вышеперечисленное не означает, что гаджеты с мощными камерами — бессмысленные изобретения. Увеличение числа мегапикселей действительно позволяет повысить качество фотографий, но при условии соблюдения ряда требований.

Вреден ли избыток мегапикселей?

В целом – нет, не вреден. Я просто считаю нужным подчеркнуть, что и пользы от него не много. На мой взгляд, единственным действительно негативным эффектом, связанным с ростом разрешения, является пропорциональное увеличение объёма файлов, стремительно заполняющих карты памяти, пожирающих дисковое пространство и тормозящих работу компьютера при постобработке.

Мне могут возразить, что фотоаппараты с большим разрешением ещё и больше шумят при высоких значениях ISO. Это справедливо, но лишь при попиксельном сравнении снимков, т.е. при 100% увеличении. При равном масштабе уровень шума будет примерно одинаковым (при прочих равных условиях, разумеется). Например, если снимок, сделанный 36-мегапиксельной камерой уменьшить в Фотошопе до 16 мегапикселей, то по уровню шума он практически не будет отличаться от аналогичного снимка, изначально сделанного 16-мегапиксельной камерой. При этом уменьшенный снимок может выглядеть даже несколько более чётким, поскольку уменьшение изображения (децимация) в определённой степени нейтрализует потерю резкости, неизбежную при байеровской интерполяции.

Таким образом, высокое разрешение действительно позволяет матрице фотоаппарата собрать больше информации о снимаемой сцене и потенциально обеспечить лучшую детализацию снимка. Другой вопрос, сможете ли вы воспользоваться этим потенциалом, или же он воплотится только в лишние гигабайты, занимающие ваш жёсткий диск?

Чтобы понять, какое число мегапикселей будет для вас необходимым и достаточным, следует просто вспомнить, какое конечное применение вы находите для ваших снимков? Рассматриваете ли вы их на мониторе компьютера или, быть может, при помощи цифрового проектора? печатаете ли вы свои снимки, а если да, то каков максимальный размер отпечатков? делитесь ли вы своими снимками в Интернете? подвергаете ли вы снимки какой-либо обработке, или довольствуетесь тем, что получается на выходе из камеры?

Почему много мегапикселей – это плохо?

Но не всегда увеличение количества МП несет положительный эффект.

Более темные изображения

Для получения правильно экспонированной фотографии необходимо, чтобы на матрицу попало достаточное количество света.

Поскольку физический размер самой матрицы в мобильной камере увеличить крайне сложно, производителям приходится уменьшать размер фотоэлементов, чтобы вместить как можно большее их количество. Но чем фотоэлемент меньше, тем меньше света он способен поглотить, а это в свою очередь приводит к тому, что электрический сигнал, посылаемый в процессор, получается слабее. Результатом становится более темное изображение.

Больше цифрового шума

Раз фотография неизбежно получается затемненной, производители пытаются компенсировать этот недостаток программно. В частности, повышается параметр ISO. Это ведет к осветлению кадра и создает иллюзию, будто бы на фотоэлементы попадает больше света.

Но отсюда вытекает новая проблема: цифровой шум, или зернистость – эффект, при котором изображение выглядит как беспорядочная каша из цветных точек. Причина его появления кроется в том, как программные средства телефона восполняют недостаток света.

Представьте, что вы записываете звук с помощью микрофона, но он получается слишком тихим. Вы используете функцию усиления. Громкость увеличивается, однако при прослушивании отчетливо слышно шипение, которое портит запись. Цифровой шум на фотографии – это примерно то же самое. Из-за недостатка данных алгоритмы не способны восстановить изображение так, чтобы его качество было безупречным.

Просмотр фотографий на компьютерном мониторе

Самым распространённым среди посетителей моего сайта разрешением экрана является 1920×1080 (Full HD), что примерно соответствует двум мегапикселям. Для ноутбуков самое популярное разрешение – 1366×768 (WXGA), т.е. один мегапиксель. Редкие посетители пользуются мониторами с разрешением 2560×1440 (WQXGA), а это меньше четырёх мегапикселей. Компьютеров iMac с дисплеями типа Retina настолько мало, что ими можно пренебречь.

Вывод, как мне кажется, очевиден: для просмотра фотографий на мониторе персонального компьютера в большинстве случаев достаточно 2-4 Мп. И это если снимок развёрнут на весь экран, а не ютится в маленьком окошке.