El nuevo sensor HP1 de 200MP de Samsung: ¿útil o comercial?

Esta semana, Samsung LSI anunció un nuevo sensor de cámara que parece empujar los límites de resolución dentro de un teléfono celular. El nuevo sensor S5KHP1 o simplemente HP1 aumenta la resolución a más de 200 megapíxeles, casi duplicando la que se utiliza actualmente en el hardware moderno de los teléfonos actuales.

El nuevo sensor es interesante porque marca una implementación de un nuevo mecanismo de agrupamiento que va más allá del cuádruple bayer (agrupamiento de píxeles 4: 1) o "nonapixel" (agrupamiento de 9: 1), pero un nuevo mecanismo de agrupamiento "ChameleonCell" que es capaz de utilizar tanto el agrupamiento 4: 1 en una estructura de 2x2 como el agrupamiento 16: 1 en una estructura de 4x4.

Conocemos los sensores de 108MP de Samsung desde hace algún tiempo, ya que se han utilizado tanto en teléfonos móviles Samsung como en dispositivos Xiaomi durante más de dos años, aunque en configuraciones de sensores ligeramente diferentes. La implementación más conocida son probablemente los módulos HM1 y HM3 de las series S20 Ultra y S21 Ultra, que implementan la técnica de agrupación de píxeles 9: 1 "Nonapixel" para producir 9 píxeles a 1 para 12 normales en la mayoría de los escenarios: grabaciones combinadas de MP.

Un problema con el esquema 9: 1 era que tenía que hacer zoom de manera efectiva 3x en la relación entre los dos modos de resolución, y para dispositivos como el S21 Ultra, este era principalmente un modo de función redundante ya que el teléfono tiene un 3x dedicado. tenía un módulo de telefoto para lograr una resolución de píxeles espacial similar con un tamaño de píxel más grande.

La grabación de video de 8K era un caso de uso cuando la resolución nativa de 108MP tenía sentido, pero incluso aquí el problema es que la resolución nativa está muy por encima de los 33MP requeridos para el video de 8K, lo que significa que el teléfono sufrió un campo de visión muy grande porque no lo hizo. Admite supermuestreo de 108 MP a 33 MP.

Comparación de soluciones de sensores
ópticasensor
35 mm
Eq. Florida
FoV
(H / V / T)
apertura
-
Disco aireado
resoluciónpixel
terreno de juego
pixel
Res.
sensor
Talla
HP1

(Teóricamente)

24,1771,2 °
56,5 °
83,7 °
~ f / 1.9
-
1,15 µm
201,3 millones de nativos
(16384 x 12288)

Contenedor 50,3M 2x2
(8192 x 6144)

Contenedor de 12.6M 4x4
(4096 x 3072)

0,64 µm

1,28 µm

2,56 µm

15,2 "

30,4 "

60,9 ″

1 / 1,22 "
10,48 mm x 7,86 mm
82,46 mm²
HM3

(S21 Ultra)

24,1771,2 °
56,5 °
83,7 °
f / 1.8
-
1,09 µm
108,0 millones de nativos
(12000 x 9000)

Contenedor 12.0M 3x3
(4000 x 3000)

0,8 µm

2,4 µm

21,4 ″

64,1 ″

1 / 1,33 "
9,60 mm x 7,20 mm
69,12 mm²
GN2

(Mié 11 Ultra)

23.0173,9 °
58,9 °
86,5 °
f / 1,95
-
1,18 µm
49,9 millones de nativos
(8160 x 6120)

Papelera 12,5 MP 2x2
(4080 x 3060)

1,4 µm

2,8 µm

32,6 ″

65,2 ″

1 / 1,12 "
11,42 mm x 8,56 mm
97,88 mm²
S21U
Teleobjetivo 3x
70 de abril

(4: 3)

27,77 °
21,01 °
34,34 °

(4: 3)

f / 2,4
-
1,46 µm
10,87 millones de nativos
(3976 x 2736)

9,99 millones de corte 4: 3
(3648 x 2736)

12M escalado
(4000 x 3000)

1,22 µm27,4 ″1 / 2,72 "
4,85 mm x 3,33 mm
16,19 mm²
S21U
10 veces
Telefotográfico
238.16

(4: 3)

8,31 °
6.24 °
10,38 °

(4: 3)

f / 4.9
-
5,97 µm
10,87 millones de nativos
(3976 x 2736)

9,99 millones de corte 4: 3
(3648 x 2736)

12M escalado
(4000 x 3000)

1,22 µm8.21 ″1 / 2,72 "
4,85 mm x 3,33 mm
16,19 mm²

El nuevo sensor HP1 ahora tiene dos modos de agrupamiento: 4: 1 y 16: 1. El modo 4: 1 convierte efectivamente la resolución nativa de 201 MP a tomas de 50 MP, y recortar a un cuadro de vista de 12.5 MP daría como resultado un aumento de 2x, que está más cerca de lo que esperaríamos de los cuatro sensores de Bayer. De hecho, los resultados aquí estarían bastante en línea con los sensores Quad Bayer, ya que el filtro de color nativo de HP1 todavía es de solo 12.5 MP, lo que significa que una sola página de filtro R / G / B cubre 16 píxeles nativos.

Un modo de agrupación 4: 1 / 2x2 es más útil ya que la calidad sigue siendo generalmente excelente aquí y permite a los proveedores móviles admitir modos de captura de alta calidad con un aumento de 2x sin la necesidad de un módulo de cámara adicional. Esto es utilizado por muchos dispositivos, pero faltaba en los propios sensores de agrupamiento de 108MP 3x3 de Samsung debido al compromiso estructural. Samsung LSI incluso afirma aquí que debido a los requisitos de recorte más bajos, la HP1 podría capturar video 8K con mucha menos pérdida de campo de visión.

200MP - ¿Potencialmente inútil?

Esto nos lleva a la resolución nativa real del sensor, el modo 201MP; Aquí, el tamaño de píxel nativo del sensor es de solo 0,64 µm, que es diminuto y el más pequeño que hemos visto en la industria. También es extraño que la resolución de color debido al filtro de color de 2,56 µm sea espacialmente 4 veces más baja, por lo que el algoritmo de demostración tiene que hacer más trabajo que las implementaciones de Quad Bayer o Nonapixel que antes eran comunes.


Fuente: JEOL

Con tamaños de píxeles tan pequeños, nos encontramos con varios problemas y ese es el límite de difracción. Por lo general, se utilizan sensores que son tan grandes como módulos de "gran angular" que suelen tener aperturas entre f / 1.6 yf / 1.9; el HP1 es un sensor de 1 / 1.22 pulgadas en formato óptico, el 19% más grande que el HM3 en el S21 Ultra, por lo que una apertura de f / 1.9 puede ser más realista. El diámetro máximo del centro de intensidad del disco de aire af / 1.9 sería de 1,15 µm, y en general tendemos a decir que el límite de difracción en el que la resolución espacial se degrada notablemente es el doble del tamaño, alrededor de 2,3 µm, lo cual está bien por encima del tamaño de píxel de 0,64 µm del sensor.

El modo de 200MP puede tener algunas ventajas leves y poder resolver las cosas mejor que 50MP, pero dudo mucho que veamos muchas ventajas sobre los sensores de 108MP actuales. En ese sentido, me parece un modo bastante inútil.


Arriba: píxeles nativos de 3,76 µm af / 6,4 (panel aireado de 7,8 µm - 2,07 veces la relación) - original
Inferior: píxeles nativos de 1,22 µm af / 4,9 (disco Airy de 5,9 µm - relación 4,83x) - original

Sin embargo, en realidad estamos viendo implementaciones de cámaras en el mercado que están muy por encima del límite de difracción en términos de tamaño de píxel del sensor y óptica. Por ejemplo, saqué dos recortes de píxeles 1: 1 arriba, uno de una cámara y lente reales, y otro del módulo de periscopio del Galaxy S21 Ultra. En teoría deberíamos ver algunos resolución similar aparte de la calidad de la óptica de vidrio, pero es evidente que el S21U tiene una resolución espacial real mucho más baja. Una razón importante aquí es el límite de difracción, donde el periscopio del S21U tiene un disco aireado de 5.9 µm o 4.82x de tamaño de píxel a 1.22 µm de píxeles y una apertura de f / 4.9, lo que significa que la luz incidente no se puede resolver físicamente más. más de una cuarta parte de la resolución del sensor real.

Para que el sensor HP1 pueda usar su modo de 200MP, tendría que tener una óptica de apertura muy grande para evitar la difracción, un vidrio de muy alta calidad para resolver realmente los detalles y no estar en alturas muy exigentes, debido a la escenarios de rango dinámico extremo baja capacidad de pozo completo de los píxeles pequeños.

Para disipar las preocupaciones sobre el rango dinámico, Samsung afirma que el sensor tiene las últimas tecnologías: un mejor aislamiento de zanja profunda ("ISOCELL 3.0") debería aumentar la capacidad total del pozo de los píxeles y, al mismo tiempo, utilizar convertidores de doble ganancia (Smart - ISO Pro). así como grabaciones HDR escalonadas.

Lo único que le faltaría al sensor en términos de características más modernas es el enfoque automático de sensor completo de doble píxel, y Samsung señala que está usando "Double Super PD" en su lugar, con sitios de PD dedicados dobles como las implementaciones de super PD existentes. como en el HM3.

En general, el HP1 parece interesante, pero no puedo evitar el hecho de que el modo de 200MP del sensor tendrá muy pocos beneficios prácticos. En teoría, un dispositivo podría cubrir el rango de aumento de 1x a ~ 5x con una calidad bastante razonable y posiblemente evitar un modo dedicado a esa distancia focal, pero tenemos que ver cómo diseñan los proveedores sus sistemas de cámaras alrededor del sensor. Sin embargo, el nuevo modo binning 2x2 es bienvenido, simplemente por el hecho de que es mucho más versátil que el modo 3x3 en los sensores actuales de 108MP y debería ofrecer grandes beneficios en la experiencia de la cámara en la práctica, incluso si el modo nativo de 200MP no caduca cuando anunciado.

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