Le nouveau capteur HP1 de 200 MP de Samsung : sensé ou marketing ?


Cette semaine, Samsung LSI a annoncé un nouveau capteur d’appareil photo qui repousse apparemment les limites de la résolution à l’intérieur d’un téléphone mobile. Le nouveau capteur S5KHP1, ou simplement HP1, pousse la résolution au-dessus de 200 mégapixels, soit près du double de ce qui est actuellement implémenté dans le matériel contemporain des téléphones d’aujourd’hui.

Le nouveau capteur est intéressant car il marque la mise en place d’un nouveau mécanisme de binning, au-delà du Quad-Bayer (binning 4:1 pixel) ou “Nonapixel” (9:1 binning) actuellement déployé, mais plutôt d’un nouveau mécanisme de binning. “ChameleonCell ” qui est capable d’utiliser un réseau 4:1 dans un réseau 2×2, ainsi qu’un réseau 16:1 dans un réseau 4×4.

Nous connaissons depuis un certain temps déjà les capteurs 108MP de Samsung, adoptés depuis plus de deux ans dans les téléphones mobiles Samsung et les appareils Xiaomi, bien que dans des configurations de capteurs légèrement différentes. L’implémentation la plus familière est probablement les modules HM1 et HM3 des séries S20 Ultra et S21 Ultra, qui implémentent la technique de regroupement de pixels 9:1 “Nonapixel” pour ajouter 9 pixels en 1 pour des captures 12MP régulières sur la plupart des scénarios.

Un problème avec le schéma 9: 1 était que vous deviez effectivement zoomer 3x par rapport aux deux modes de résolution, et pour des appareils comme le S21 Ultra, il s’agissait principalement d’un mode de fonctionnement redondant car le téléphone avait un module de résolution 3x dédié. pour obtenir une résolution spatiale de pixel similaire, avec une taille de pixel plus grande.

L’enregistrement vidéo 8K était un cas d’utilisation lorsque la résolution native de 108MP avait du sens, mais même ici, le problème est que la résolution native est bien supérieure aux 33MP requis pour la vidéo 8K, ce qui signifie que le téléphone devait souffrir d’un très grand champ de vision. ne prend pas en charge la résolution de super échantillonnage de 108MP à 33MP.

Comparaisons de solutions de capteurs
Optique Capteur
35mm
ec. Floride
champ de vision
(H/V/D)
Ouverture

disque aéré
Résolution pixels
Terrain de jeu
pixels
Bœuf.
Capteur
Taille
HP1

(Théorique)

24.17 71.2°
56,5°
83,7°
~f/1.9

1,15 μm
201,3 millions de natifs
(16384×12288)

Poubelle 50.3M 2×2
(8192×6144)

Bac 4×4 12.6M
(4096×3072)

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)

24.17 71.2°
56,5°
83,7°
f/1.8

1,09 μm
108,0 millions de natifs
(12000×9000)

3×3 bac 12.0M
(4000×3000)

0,8 μm

2,4 μm

21.4″

64.1″

1 / 1.33″
9,60 mm x 7,20 mm
69.12mm²
GN2

(Mon 11 Ultra)

23.01 73,9°
58.9°
86,5°
f/1.95

1,18 μm
49,9 millions de natifs
(8160×6120)

12,5 mégapixels 2×2 bac
(4080×3060)

1,4 μm

2,8 μm

32.6″

65.2″

1/1.12″
11,42 mm x 8,56 mm
97,88 mm²
S21U
téléobjectif 3x
70.04

(4:3)

27.77°
21.01°
34.34°

(4:3)

f/2.4

1,46 μm
10,87 millions d’indigènes
(3976×2736)

9.99M Recadrage 4:3
(3648×2736)

Échelle 12M
(4000×3000)

1,22 μm 27.4″ 1/2.72″
4,85 mm x 3,33 mm
16,19 mm²
S21U
10x
Téléobjectif
238.16

(4:3)

8.31°
6.24°
10.38°

(4:3)

f/4.9

5,97 μm
10,87 millions d’indigènes
(3976×2736)

9.99M Recadrage 4:3
(3648×2736)

Échelle 12M
(4000×3000)

1,22 μm 8.21″ 1/2.72″
4,85 mm x 3,33 mm
16,19 mm²

Le nouveau capteur HP1 dispose désormais de deux modes de binning : 4:1 et 16:1. Le mode 4:1 convertit efficacement la résolution native de 201MP en captures de 50MP, et le recadrage dans un cadre de vue de 12,5MP entraînerait un grossissement 2x qui serait plus conforme à ce à quoi nous sommes habitués sur les capteurs Quad-Bayer. En fait, les résultats ici seraient à peu près conformes aux capteurs Quad-Bayer, car le filtre de couleur natif du HP1 n’est toujours que de 12,5 MP, ce qui signifie qu’un seul site de filtre R/G/B couvre 16 pixels natifs.

Un mode de binning 4: 1 / 2×2 est plus utile car dans l’ensemble, la qualité est toujours excellente et permet aux fournisseurs mobiles de prendre en charge des modes de capture à grossissement 2x de haute qualité sans avoir besoin d’un module de caméra. De plus, c’est quelque chose qui est utilisé par beaucoup. des appareils, mais manquait dans les capteurs de regroupement 108MP 3×3 de Samsung en raison de la compromission du cadre. Samsung LSI affirme même ici que le HP1 pourrait réaliser un enregistrement vidéo 8K avec beaucoup moins de perte de champ de vision en raison de moindres exigences de recadrage.

200MP – Potentiellement inutile ?

Cela nous amène à la résolution native réelle du capteur, le mode 201MP ; ici, la taille de pixel native du capteur n’est que de 0,64 µm, ce qui est minuscule et le plus petit que nous ayons vu dans l’industrie. Ce qui est également assez étrange ici, c’est que la résolution des couleurs est spatialement 4 fois inférieure en raison du filtre de couleur de 2,56 µm, de sorte que l’algorithme de démonstration doit faire plus de travail que les implémentations Quad-Bayer habituelles ou Nonapixel que nous avons vues à ce jour.


La source: JÉOL

À des tailles de pixel aussi petites, nous rencontrons différents problèmes, et c’est la limite de diffraction. Ces grands capteurs sont généralement utilisés comme module grand angle, ils ont donc typiquement des ouvertures entre f/1.6 et f/1.9 : le HP1 est un capteur au format optique 1/1.22″ qui est 19% plus grand que le HM3 sur le S21 Ultra , donc peut-être que l’ouverture f/1.9 est plus réaliste Le diamètre maximal du centre d’intensité du disque d’air à f/1.9 serait de 1,15 µm et généralement , on a tendance à dire que la limite de diffraction à laquelle la résolution spatiale se dégrade sensiblement est de deux fois cette taille : environ 2,3 µm, ce qui est bien au-delà de la limite. .

Le mode 200MP peut avoir de légers avantages et être capable de résoudre les problèmes mieux que le 50MP, mais je doute fortement que nous verrons un avantage par rapport aux capteurs 108MP actuels. En ce sens, cela me semble un moyen plutôt inutile.


Haut : pixels natifs de 3,76 µm à f/6,4 (disque aéré de 7,8 µm – rapport 2,07x) – Original
Bas : pixels natifs de 1,22 µm à f/4,9 (disque aéré de 5,9 µm – rapport 4,83x) – Original

Cela dit, nous voyons en fait des implémentations de caméras sur le marché qui sont bien au-dessus de la limite de diffraction en termes de taille de pixel du capteur et d’optique. Par exemple, j’ai pris deux découpes de pixels 1: 1 ci-dessus: l’une d’un appareil photo et d’un objectif réels, et l’autre du module périscope du Galaxy S21 Ultra. En théorie, on devrait voir un peu Résolution similaire, qualité de l’optique en verre mise à part, cependant, il est évident que le S21U affiche une résolution spatiale réelle beaucoup plus faible. Une grande raison ici est à nouveau la limite de diffraction, où le périscope du S21U avec des pixels de 1,22 µm et une ouverture f/4,9 a un disque aéré de 5,9 µm, soit 4,82 fois la taille des pixels, ce qui signifie que physiquement la lumière entrante ne peut plus être résolue. qu’au quart de la résolution du capteur réel.

Pour que le capteur HP1 profite de son mode 200 MP, il faudrait qu’il ait une optique à très grande ouverture pour éviter la diffraction, un verre de très haute qualité pour résoudre même les détails, et ne pas être à un niveau élevé très exigeant. scénarios de plage dynamique, en raison de la capacité totale extrêmement faible des petits pixels.

Pour atténuer les problèmes de plage dynamique, Samsung affirme que le capteur intègre les technologies les plus récentes : une meilleure isolation des tranchées profondes (“ISOCELL 3.0”) devrait augmenter la capacité totale en pixels, tout en prenant également en charge les convertisseurs à double gain (Smart-ISO Pro). comme capture HDR échelonnée.

La seule chose qui manquerait au capteur en termes de fonctionnalités plus modernes est l’autofocus à double pixel à capteur complet, et Samsung a noté qu’il utilise plutôt “Double Super PD”, avec deux fois plus de sites dédiés à la PD que les implémentations des Super PD existants. , comme dans HM3.

Dans l’ensemble, le HP1 semble intéressant, mais je ne peux m’empêcher de penser que le mode 200MP du capteur aura très peu d’avantages pratiques. En théorie, un appareil pourrait couvrir la plage de grossissement de 1x à ~ 5x avec une qualité assez raisonnable et peut-être éviter d’avoir un mode dédié à cette distance focale, mais nous devrons voir comment les fournisseurs conçoivent leurs systèmes de caméra autour du capteur. . Cependant, le nouveau mode de binning 2×2 est le bienvenu, simplement parce qu’il est beaucoup plus polyvalent que le mode 3×3 sur les capteurs 108MP actuels, et devrait permettre de réels avantages pour l’expérience de la caméra, même si le mode natif 200MP ne le fait pas. sort comme annoncé.

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