Антимаркетинг: сравниваем камеры популярных смартфонов

Производители смартфонов прибегают к разным трюкам, показывая возможности встроенных камер и «забывая» сказать, почему вы вряд ли получите аналогичный результат. Мы попробуем подкинуть пищу для размышлений и помочь вам противостоять такой недобросовестной рекламе.

Методика тестирования

В этой статье сравниваются самые ходовые модели 2018 – 2019 года выпуска из среднего ценового сегмента. Формально в него же попадают и подешевевшие флагманы прошлых лет, но давайте ограничимся смартфонами одного исходного класса.

За снимками обратимся к специалистам из GSMArena. Они тестируют камеры смартфонов с 2010 года и накопили очень внушительную базу. Обычному покупателю будет сложно понять результат из тестовых таблиц, поэтому мы сделаем необходимые пояснения.

В сравнении принимают участие только основные (тыловые) камеры, работающие в автоматическом режиме при съёмке одиночных кадров цветных постеров и специальной тестовой карточки – фотографической миры PIMA/ISO 12233.

На всех смартфонах отключены бьюти-фильтры, искусственный недоинтеллект и прочие улучшалки, а где это возможно – установлен стиль изображения «точное». Смартфоны установлены на штатив. Делается серия кадров, из которой вручную выбирается самое резкое изображение. Для полноты картины съёмка повторяется в условиях нормальной и низкой освещённости. Значения ISO и выдержки, а также баланс белого устанавливаются камерами автоматически.

Матрицы и фокусные расстояния у всех разные, поэтому размер изображения тоже будет отличаться. Мы приводим идентичные фрагменты исходных кадров в формате PNG безо всякого масштабирования.

Оптическое разрешение

Если говорить о макро-режиме при ярком освещении, то здесь на разрешение больше всего влияет объектив. У всех смартфонов среднего уровня оптика одного класса, поэтому оно примерно одинаковое и находится в районе 12 – 16 линий на миллиметр. Вот как это выглядит на оказавшейся под рукой координатной сетке для цифровых микроскопов (100% кроп без обработки с 12 МП матрицы при ISO 100, съёмка со штатива).

Координатная сетка с шагом 0,1 мм (кликните, чтобы открыть на отдельной вкладке).

Между рисками миллиметровой шкалы есть ещё девять тонких линий (цена деления 0,1 мм), и они чётко видны. 20 и более линий на миллиметр (lpmm) смартфон уже не покажет – они просто визуально сольются.

При обычной съёмке (с расстояния 40 см и более) широкоугольный объектив смартфона не способен передать мелкие детали из-за их малого углового размера. На общее восприятие картинки в большей степени влияет уже матрица, а она в любом смартфоне оставляет желать лучшего из-за очень низкого соотношения сигнал/шум.  Алгоритмы шумоподавления всегда скрадывают детализацию. Теряется текстура, а эффективное разрешение падает до пары линий на миллиметр.

Вообще измерение оптического разрешения камеры – довольно сложная и дорогая задача. Мы возьмём профессиональные таблицы, но не будем вас мучить математикой. Просто скажем, что коэффициент пересчёта в lpmm для них составляет 0,075. То есть, если вы видите отдельные линии до маркера «20», а на промежуточной отметке «22» они уже слились, значит – разрешение составит полторы линии на миллиметр.

Насколько это много? Такая характеристика типична для цифромыльниц, которые сегодня вытеснили смартфоны. Системные камеры и зеркалки любительского уровня со съёмным объективом в комплекте обычно дают 20-30 lpmm (в самой резкой зоне по центру), а профессиональные – до 100 lpmm, но разглядеть это великолепие можно только при использовании полнокадровых и среднеформатных матриц. В смартфоне такие просто негде разместить.

Сравнение физических размеров матриц у смартфонов и разной фототехники (картинка кликабельна).

Оценка результатов

В верхнем ряду каждого снимка представлена пара фрагментов миры. Смотрим, где линии впервые видны по-отдельности. Настолько чётко, что их легко сосчитать. Чем левее (больше значение в подписи), тем выше реальная разрешающая способность камеры. Для наглядного сравнения относительных результатов этого достаточно, а определение точных частотно-контрастных характеристик оставим лабораториям, специализирующимся на оптике.

Второй ряд демонстрирует цветную вышивку на сером фоне. Он хорошо показывает степень детализации изображения и характер его огрубления при съёмке в полутьме.

Третий ряд показывает точность автофокуса на цветном фоне и качество цветопередачи в разных условиях освещения. Некоторые смартфоны искусственно усиливают яркость и/или насыщенность отдельных оттенков, делая цвета неестественными.

Huawei P Smart (2019)

Характеристики камеры: 13 MP, f/1.8, PDAF (подробнее см. раздел «Краткий словарь терминов»).

(кликните для увеличения)

У Huawei P Smart (2019) камера «мылит» вплоть до отметки «24». Действительно отдельными линии начинают восприниматься с промежуточного маркера 22 и далее (подробнее см. раздел «Оптическое разрешение»). Точнее трудно сказать из-за того, что изображение слегка не в фокусе (напомню, что это лучшая попытка в серии). Автофокус у P Smart явно оставляет желать лучшего.

Правый верхний угол снимка показывает диапазон яркости камеры. На нём видны провалы в тенях. Полутона после отметки 15 сливаются в сплошной чёрный. Впрочем, это совершенно типичный результат для смартфонов. Немного расширить диапазон яркости поможет съёмка в HDR (только статичных объектов со штатива) или в RAW (хотя у смартфонов это повышает разрядность каждого канала всего до 10-12 бит, а не до 14 бит, как у зеркалок).

Пара изображений посередине демонстрирует детализацию при минимальном ISO (слабое или выключенное шумоподавление) и высоком ISO (сильное шумоподавление). На левой картинке текстура вышивки сильно смазана (отчасти это объясняется и небольшой промашкой автофокуса), а на правой сглаживание затронуло даже крупные стежки. Также ожидаемо видим ухудшение цветопередачи – серые вертикальные линии теперь выглядят зелёными (цвета окружающего их фона).

Вообще с цветопередачей тёмных полутонов у Huawei P Smart (2019) дела обстоят неважно, особенно на высоких значениях ISO. Это видно и на картинке с цветными карандашами, где тёмно-зелёный и тёмно-синий грифель на ISO 64 ещё хоть как-то различимы, а при ISO 800 уже выглядят практически одинаково чёрными. Баланс белого также далёк от идеального. Серый фон миры в левом верхнем углу имеет зеленоватый оттенок.

Huawei P20 Lite

Камера: 16 MP, f/2.2, PDAF

(кликните для увеличения)

У P20 lite лучше сработал автофокус (изображение более резкое), однако из-за мелких пикселей (1,0 мкм) видим сильные цветовые шумы. В результате их подавления итоговое разрешение снимка даже чуть ниже, чем у P Smart – до маркера «20» линии сливаются.

На высоких ISO ослик выглядит бледным и зернистым даже в районе гладкой серой вставки. Кстати, ISO пришлось поднимать до 1000 единиц – сказывается сравнительно низкая светосила объектива.

Зато баланс белого очень хорош, а вертикальные полоски седла в полутьме сохранили настоящий серый цвет – огрубление цветопередачи у P20 Lite не такое сильное. При хорошей освещённости картинка и вовсе радует – угадываются средние по размеру стежки, а на карандашах можно разглядеть текстуру.

Huawei Mate 20 lite

Камера: 20 MP, f/1.8, PDAF.

(кликните для увеличения)

Число мегапикселей растёт, а эффективная разрешающая способность в лучшем случае остаётся такой же. При ярком освещении все изображения выглядят презентабельно. Цвета не вызывают каких-то сомнений, хотя баланс белого слегка смещён в область более низкой цветовой температуры (серый выглядит желтоватым).

При слабом освещении автофокус промахнулся – вышивка получилась очень смазанной и бледной. Цвета поплыли: серый фон порозовел, а тёмно-зелёный стал более синим (бирюзовым). От текстуры дерева не осталось и следа. В полутьме таким смартфоном  даже не стоит пытаться фотографировать.

Honor 8X

Камера: 20 MP, f/1.8, PDAF

 

(кликните для увеличения)

Казалось бы, имеем те же 20 мегапикселей при диафрагме 1.8 и то же разрешение, но в итоге получаем немного другой результат. Баланс белого смещён в противоположную сторону: занижен синий канал и слегка завышен зелёный. Провалы в тенях чуть глубже – уже с маркера «13» всё сливается в чёрный. Зато автофокус  точнее сработал, из-за чего вышивка выглядит детальнее – очень чёткие края. На высоких ISO изображение такое же замыленное, а серые стежки на зелёном фоне опять стали зелёными.

Honor 10 Lite

Камера: 13 MP, f/1.8, PDAF.

(кликните для увеличения)

Облегчённая версия десятого «Хонора» вытягивает разрешение до отметки «24» и даже чуть больше, но тёмные полутона сливаются как у всех. Баланс белого слегка смещён в сторону тёплых оттенков. Сами цвета выглядят естественно. Детализация средняя при хорошем освещении. Съёмка в темноте чуть лучше по сравнению с 8X – текстуры сглаживаются, но не пропадают.  Тонкие серые полосы также стали зелёными, края объектов заметно размыты из-за сильного шумоподавления.

Motorola (Lenovo) Moto G6

Камера: 12 MP, f/1.8, PDAF.

(кликните для увеличения)

Отдельные линии видны от промежуточного маркера 22. При 12 Мп эффективное разрешение снимков почти такое же, как у Huawei Mate 20 lite с его 20 Мп сенсором. Сказывается увеличенный размер пикселей (1,4 мкм), дающий сравнительно низкие шумы.

Баланс белого плывёт в сторону низкой цветовой температуры (слегка желтит). Провалы в тенях довольно глубокие (столбики градиентной заливки 14 – 19 сливаются). Текстура карандашей немного смазана, цвета естественные.

При ярком освещении вышивка выглядит очень детально: видно даже мелкие стежки. Это один из самых резких кадров в обзоре. На высоких ISO автофокус наводится точнее, чем у большинства смартфонов, но сглаживание и огрубление цветопередачи при этом сильнее заметны.

Nokia 7.1

Камера: 12 MP, f/1.8, Dual Pixel PDAF

(кликните для увеличения)

Главное отличие – технология улучшенного фазового автофокуса. Как плоские, таки и объёмные предметы на всех снимках очень чёткие. Эффективное разрешение аналогично Moto G6 – линии сливаются в районе маркера «22».

Алгоритм подавления яркостных шумов здесь менее агрессивный, поэтому сравнительно высокая детализация сохраняется даже на высоких значениях ISO. Цвета почти не бледнеют и слабо искажаются – серые полоски на зелёном фоне остаются серыми.

Samsung Galaxy A7 (2018)

Камера: 24 МP, f/1.7, PDAF

(кликните для увеличения)

Работу автофокуса трудно назвать образцовой – фотографии карандашей смазаны даже при съёмке в условиях яркого освещения. Оптическое разрешение камеры весьма радует: отдельные линии видны вплоть до маркера «28», хроматических аберраций невооружённым глазом не наблюдается.

Очень заметна светосильная оптика: в то время как другие смартфоны поднимают ISO до 800 – 1000 единиц, A7 в тех же условиях достаточно 400. Как результат – меньше яркостных шумов и чище картинка.

Однако алгоритмы цветового шумоподавления зачем-то сделали очень агрессивными – текстура карандашей пропала полностью даже при ISO50, вместо рисунка дерева видно только мутные пятна. Мелкие стежки на вышивке превратились в группу артефактов. Вот так на уровне софта можно угробить хорошую аппаратную платформу.

Xiaomi RedMi Note 7

Камера: 48 MP, f/1.8, PDAF

(кликните для увеличения)

С яркостным диапазоном у этой камеры всё как обычно, поэтому мы пропустим 50 оттенков серого, чтобы показать иллюзию 48 мегапикселей за счёт технологии Quad Bayer Array. Здесь её работа отчётливо видна в верхнем ряду.

Повышение количества пикселей матрицы в четыре раза никак не влияет на реальное оптическое разрешение: на обоих снимках линии сливаются за маркером 22. Более того, на них очень заметны хроматические аберрации – это кривая работа алгоритма интерполяции «тетрапикселей»  (см. Краткий словарь терминов) на этапе дематризации.

Автофокус не смог точно навестись на резкость, поэтому даже при хорошем освещении мелкие детали смазываются. Текстура карандашей выглядит как артефакты пикселизации. С таким же успехом вы можете растянуть вчетверо картинку, снятую на Honor 8X, Moto G6 или Nokia 7.1.

Xiaomi Mi8 Lite

Камера: 12 МP, f/1.9, Dual Pixel PDAF

(кликните для увеличения)

Оптическое разрешение чуть выше среднего для группы прямых конкурентов – линии сливаются за маркером «22». Диапазон яркости максимальный для восьмибитной растровой картинки – различимы все градиентные столбики до маркера 16 (B) включительно.

Радуют щадящие алгоритмы шумоподавления. На всех снимках хорошо видна текстура и мелкие детали. Их можно разглядеть даже на ISO 800, что большая редкость.

Баланс белого смещён в сторону жёлто-зелёного оттенка. Автофокус Dual Pixel PDAF работает менее точно, чем аналогичный у Nokia 7.1.

Краткий словарь терминов

PDAF – Phase Detection Auto Focus, фазовый автофокус. Для проверки автоматической фокусировки в нём определяется схождение лучей из нескольких точек с центра и краёв объектива. В «зеркалках» он работает шустро и довольно точно, а в телефонах – гораздо хуже из-за габаритных ограничений. В темноте часто промахивается, так как часть лучей просто не фиксируется и проверить их сходимость не удаётся.

Dual Pixel PDAF – улучшенный фазовый автофокус, в котором для оценки резкости используется почти вся площадь матрицы. Гораздо быстрее и точнее PDAF. Разница особенно заметна при низкой освещённости.

Laser AF – лазерный автофокус. Работает как лазерный дальномер. Объект съёмки подсвечивается ИК-лазером, после чего оценивается время получения отражённого от него света. По этим данным вычисляется расстояние до объекта, а блок линз быстро перемещается на заранее заданную величину. В целом работает быстрее PDAF и даёт меньше ошибок (особенно в темноте), но из-за низкой мощности лазера его заявленная дальность ограничена пятью метрами, а реально эффективная – двумя-тремя.

f/x.y – диафрагменное число, или просто диафрагма. Показывает светопропускание объектива через отношение входного зрачка объектива (принимается за единицу) к заднему фокусному расстоянию. У смартфонов регулируемой диафрагмы нет, поэтому f принимается соответствующим её максимально открытому положению. Условно говоря, чем меньше знаменатель – тем лучше. Например, камера с f/1.8 пропускает за единицу времени больше света (обладает большей светосилой), чем с f/2.2. В одинаковых условиях первая будет снимать на более коротких выдержках и/или устанавливать меньшее значение ISO, что положительно скажется на качестве снимка.

ISO – светочувствительность матрицы, оцениваемая по стандарту ISO 12232:2006. Чем выше ISO, тем при более низкой освещённости можно снимать, но достигается это ценой повышения яркостных шумов. На ISO 50 – 200 эти шумы незначительны и картинка выглядит максимально чёткой. На ISO 800 и выше включаются алгоритмы агрессивного шумоподавления, из-за чего изображение становится блёклым и сильно сглаженным. Мелкие детали теряются полностью, цветопередача огрубляется.

1/x.y” – эквивалентный размер матрицы. Чем меньше число в знаменателе, тем крупнее матрица (см таблицу в начале статьи). Сами пиксели (при одинаковом разрешении) тоже крупнее, поэтому ниже уровень цветовых шумов. Проще говоря, в пределах одного поколения матрица 1/1.7″ даёт более детальное изображение, чем 1/2.7″.

X мм – фокусное расстояние в эквиваленте кадра 35-мм плёнки. Чем меньше это значение, тем более широкий угол обзора у камеры. Больше объектов влезает в кадр ценой усиления геометрических искажений.

MP – разрешение матрицы в мегапикселях (миллионах точек). Правило «чем больше, тем лучше» здесь работает только до определённого предела – пока размер пикселей не станет слишком мелким. Сейчас у лучших матриц для смартфонов пиксели от 1,2 мкм и более, но обратите внимание: 1,6 мкм обычно указывается как маркетинговый ход. У современных матриц 40 MP эквивалентны десяти «тетрапикселям» – квадрату из четырёх пикселей под общим светофильтром одного цвета (технология Quad Bayer Array). Здесь 1,6 мкм – сторона квадрата. Нетрудно подсчитать, что размер одного пикселя составляет 0,8 мкм.

Выводы

В нашем кратком сравнении участвовали десять смартфонов с матрицами от 12 до 48 Мп. С лёгкой руки маркетологов большинство покупателей считают, что чем больше мегапикселей, тем лучше изображение. Возможно, это и было так на заре цифровой фотографии (разница между 0,3 и 3 Мп действительно не вызывает сомнений), но сейчас дальнейшая гонка за разрешением КМОП-сенсора у смартфонов потеряла смысл. Картинка просто становится крупнее, а вот будет ли она детальнее – зависит совершенно от других факторов. Главные из них – свойства оптической системы, физические размеры матрицы и алгоритмы обработки.

Каждый элемент объектива вносит свои оптические аберрации, а процессор обработки изображений ещё сильнее искажает картинку, пытаясь подавить цифровой шум. Особенно это заметно на крошечных матрицах смартфонов. В какой-то момент достигается предел разрешающей способности системы, и вы больше не увидите новых деталей, как бы сильно ни увеличивали фотографию. Первые «зеркалки» с матрицами 3 – 5 Мп и нормальным объективом до сих пор снимают лучше любого смартфона, будь в нём хоть 48 миллионов подслеповатых наноглаз.

Гораздо большее значение для смартфона имеет система автофокуса, светосила и настройка программных алгоритмов шумоподавления. Большинство кадров снимаются с рук, поэтому оптическая стабилизация очень выручит. Если же её нет, или она формальная – добавьте света (это укоротит выдержку и/или ISO, сделав снимок чётче и чище), либо воспользуйтесь штативом.

Баланс белого не совсем корректно определяется всеми смартфонами даже в идеальных условиях съёмки, поэтому по возможности снимайте в RAW. Тогда при постобработке вы просто укажите нужную цветовую температуру, и все полутона автоматически исправятся без потерь. Также этот формат позволит вам немного увеличить диапазон яркости и скорректировать свет/тень без появления заметных артефактов.