Wussten Sie, dass die Hersteller sehr hart daran arbeiten, diesen Moment bei schlechten Lichtverhältnissen festzuhalten?

Laut CIPA wird die weltweite Produktion von Digitalkameras im Jahr 2020 nur 8,737 Millionen Stück betragen, was einem Rückgang von 41,2 % gegenüber 2019 entspricht. Und diese Zahl ist im Vergleich zu 2011 um ganze 92,4 % gesunken. Wenn man heutzutage eine Touristenattraktion besucht, sieht man, abgesehen von einigen DSLR-bewaffneten Profis oder Fotoenthusiasten, nur noch selten Touristen, die eine Kamera zum Fotografieren benutzen. Der Grund dafür ist die zunehmende Fähigkeit von Mobiltelefonen, Fotos zu machen, verbunden mit den notwendigen Kommunikationsfunktionen und dem Komfort, und viele Menschen haben darauf verzichtet, ihre Reisen mit der Kamera festzuhalten.

Weltweite Produktion von Digitalkameras 2011-2020

Aufgrund des begrenzten Platzes, der in Mobiltelefonen zur Verfügung steht, war es jedoch immer schwierig, bei der Größe der Komponenten einen Durchbruch zu erzielen. Obwohl Mobiltelefone heute längst die 100-Millionen-Pixel-Marke überschritten haben, kommen sie immer noch nicht an das Bilderlebnis heran, das professionelle Kameras bieten. Dies gilt insbesondere für schlechte Lichtverhältnisse oder Nachtszenen, die recht unbefriedigend sind. In den letzten Jahren haben immer mehr Mobiltelefonhersteller erforscht, wie man die Bildqualität von Mobiltelefonen bei schlechten Lichtverhältnissen aus verschiedenen Blickwinkeln verbessern kann. Grundsätzlich kann man zwischen Hardware- und Software-Tuning unterscheiden.

1 Hardware

Um das Bilderlebnis in schwach beleuchteten Umgebungen zu verbessern, arbeiten verschiedene Hersteller ständig an der Hardware. Der Versuch, ein Zoom-Objektiv mit der gleichen Größe wie das der Kamera in das Telefon zu integrieren, kann jedoch aufgrund des begrenzten Platzes im Gehäuse nur auf Kosten der Dicke des Gehäuses erfolgen. Die Kombination mehrerer Kameras schien damals die einzige Option für die Hersteller zu sein, um die Bildqualität ihrer Telefone zu verbessern.

Der Vorteil der Multikamera war, dass die Objektivmodule zusammenarbeiteten, um das zu erreichen, was jedes einzelne Objektiv einer herkömmlichen Kamera leisten konnte. Objektiv betrachtet ist es zwar immer noch schwierig, an die Bildqualität heranzukommen, aber die Multikamera-Kombination kann bereits viele gängige Szenarien im Leben der Nutzer bewältigen.

Im folgenden Beispiel können Sie beispielsweise deutlich die verbesserte Detailgenauigkeit der Kombination aus Teleobjektiv und Prime-Fusion im Vergleich zu einem einzelnen Teleobjektiv erkennen. Insbesondere die Kombination aus Teleobjektiv und Schärfezieheinrichtung hat die Verzeihung des Fotos verbessert, und die Details in den dunklen Bereichen können deutlicher dargestellt werden.

Fusion von Teleobjektiv und Hauptkamera

Telephotoprobe

Tele+Prime-Fusion links, Teleobjektiv rechts

Neben der Multikamera-Fusion haben die Hersteller auch die Qualität ihrer Handys bei schlechten Lichtverhältnissen verbessert, indem sie die Pixelanordnung des Sensors optimiert haben, um eine höhere Lichtaufnahme zu ermöglichen, z. B. RYYB und RGWB.

RGWB zum Beispiel ist eine neue Anordnung des traditionellen RGGB-Kamerasensors. Dank des Ersatzes eines G-Pixels durch ein empfindlicheres W-Pixel im traditionellen RGGB haben Telefone mit RGWB-Array-Kamerasensoren eine deutlichere Verbesserung der Lichtempfindlichkeit, d. h. sie können bei schlechten Lichtverhältnissen mehr Details aufnehmen. Durch den Verlust eines G-Pixels wird das Gesamtbild der Probe jedoch verzerrt und artefaktisch.

Vergleich von Nicht-RGGB-Lösungen

Durch die Änderung der verschiedenen Pixelanordnungen des Sensors können wir sehen, dass die Hersteller die Abbildungsleistung ihrer Telefone bei schlechten Lichtverhältnissen weiter verbessern, indem sie vor allem die Lichtmenge erhöhen, die in das Objektiv des Telefons gelangt. Auch die Vergrößerung der Blende des Telefons kann den Lichteinfall in das Objektiv des Telefons verbessern. Bei schlechten Lichtverhältnissen kann ein Objektiv mit größerer Blendenöffnung mehr Licht mit einer kürzeren Verschlusszeit einfangen als andere Blenden, und wenn die Verschlusszeit kürzer ist, lässt sich das Problem des Verwackelns besser vermeiden und somit eine bessere Fotoqualität erzielen.

Abgesehen von der Änderung der Pixelanordnung auf dem Sensor und der Vergrößerung der Blendenöffnung. Um das Problem an der Wurzel zu packen, ist die Verbesserung der Lichtmenge, die in das Objektiv eintritt, ebenfalls ein wirksames Mittel, um das Bilderlebnis zu verbessern.

Ein Glasstück von der Größe einer Fingernagelkappe, zum Beispiel. Wenn das Deckglas eines Handy-Objektivs in Betrieb ist, wird immer ein Teil des Lichts nach außen reflektiert und gelangt nicht richtig in das Objektivmodul. Die weitere Verbesserung der Lichtmenge, die in das Linsenmodul eintritt, wird zu einem Schlüsselthema. In diesem Jahr hat Corning® Gorilla® Glass die DX/DX+ Serie von Glasverbundwerkstoffen, die im Bereich der Wearables verwendet werden, auf das Deckglas der Handykamera ausgeweitet, wodurch die Lichtreflexion erfolgreich reduziert wird und das Linsenmodul eine Lichtaufnahme von 98 % erreicht. Dadurch wird die Bildqualität des Telefons bei schlechten Lichtverhältnissen verbessert.

Diagramm der Glasabdeckung aus Corning Gorilla Glass DX und Corning Gorilla Glass DX+

Werfen wir nun einen Blick auf eine Reihe von Beispielbildern.

Wie Sie sehen können, sind die Fotos, die mit dem Corning Gorilla Glass DX als Objektivschutzglas aufgenommen wurden, bei schwachem Licht sehr gut, sowohl was die Farbwiedergabe als auch die Helligkeit betrifft. Dank der exzellenten Lichtaufnahme sind die Bilder im Grunde so, wie das menschliche Auge sie sieht: Lichter werden nicht überbelichtet und Details in den dunkleren Bereichen werden wiedergegeben. Das Rauschproblem, der schwierigste Teil der Nachtfotografie, ist gut unter Kontrolle, es gibt kein sichtbares Rauschen.

2 Software

Neben der Hardware ist auch die Abstimmung der Software wichtig. Eine in den letzten Jahren sehr beliebte Technik ist das Pixel-All-in-One-Verfahren, bei dem mehrere Pixel derselben Farbe kombiniert werden, um ein Foto mit wenigen Pixeln zu erzeugen, normalerweise vier Pixel in einem oder neun Pixel in einem. Bei einem 100-Megapixel-Telefon beispielsweise gibt ein All-in-One-Gerät mit vier Pixeln ein Foto mit 2700 Watt aus, während ein All-in-One-Gerät mit neun Pixeln ein Foto mit 1200 Watt ausgibt.

手机都上一亿像素了,夜拍为啥还不行?事情并没有那么简单(待审核) Samsung Vier Pixel in einem

Bei Multi-Pixel-in-One wird durch die Kombination mehrerer Pixel der gleichen Farbe die lichtempfindliche Fläche jedes Pixels trotz der geringeren Anzahl von Pixeln stark vergrößert, wodurch die Gesamtlichtaufnahme erhöht wird und mehr Bildinformationen in das resultierende Foto einfließen können. Dies gilt insbesondere für Nachtaufnahmen, bei denen ein helleres Bild erzielt werden kann.

Die gängigste Technologie, die wir heute verwenden, ist das Multibild-Compositing, bei dem ähnliche Informationen zwischen mehreren Bildern extrahiert werden, indem mehrere Fotos nacheinander aufgenommen werden, und automatisch die relative Bewegung zwischen den Bildern berechnet wird. Dadurch werden unscharfe Bilder eliminiert, das Bildrauschen reduziert und die Bilddetails verbessert. Vereinfacht gesagt, nimmt das Telefon mehrere Fotos nacheinander auf und verwendet einen Algorithmus, um ein einziges Foto mit den besten Ergebnissen zu erstellen.

手机都上一亿像素了,夜拍为啥还不行?事情并没有那么简单(待审核) Zusammengesetzte Stichprobe mit mehreren Bildern

手机都上一亿像素了,夜拍为啥还不行?事情并没有那么简单(待审核) Hauptaufnahme

手机都上一亿像素了,夜拍为啥还不行?事情并没有那么简单(待审核) Multibildkomposit auf der linken Seite Hauptkamera auf der rechten Seite

Wie Sie an den Beispielen sehen können, gibt es eine signifikante Verbesserung der Detail- und Farbwiedergabe bei Nachtaufnahmen mit dem Multibildkomposit gegenüber der Hauptkamera allein. Außerdem sind die Texturen auf der Oberfläche des Stativs in den dunklen Bereichen heller und die Lichter sind nicht überbelichtet.

In der professionellen Fotografie gibt es eine Möglichkeit, die Verschlusszeit so zu steuern, dass mehr Licht auf den CMOS-Sensor fällt, die so genannte Langzeitbelichtung. Das Gleiche gilt für Mobiltelefone, um die Wirkung der Fotografie zu verbessern. Werfen Sie einen Blick auf die Beispielbilder unten.

手机都上一亿像素了,夜拍为啥还不行?事情并没有那么简单(待审核) Belichtungszeit 1/3 Sekunde

手机都上一亿像素了,夜拍为啥还不行?事情并没有那么简单(待审核) Belichtungszeit 1/8-Sekunde

手机都上一亿像素了,夜拍为啥还不行?事情并没有那么简单(待审核) Belichtungszeit: links 1/3 Sek. rechts 1/8 Sek.

Wie Sie sehen können, hat sich die Gesamthelligkeit des Bildes nach einer Verlängerung der Belichtungszeit von 1/8 auf 1/3 Sekunde deutlich verbessert. Und auch die Farbwiedergabe der roten Holztür ist viel näher an dem, was das bloße Auge sehen kann.

3 Zusammenfassung

Von Algorithmus-Upgrades bis hin zu Hardware-Verbesserungen können wir sehen, dass die Hersteller hart daran gearbeitet haben, den Benutzern ein gutes Bilderlebnis zu bieten. Und durch die kontinuierliche Verbesserung der Bildqualität von Mobiltelefonen in den letzten Jahren können wir auch feststellen, dass die Technologie der vorgelagerten Hersteller eine zentrale Rolle bei der Unterstützung der Benutzererfahrung spielt.

Das Corning Gorilla Glass DX/DX+ zum Beispiel verbessert die Lichtaufnahme von der Quelle, was eine andere Lösung als Algorithmen und Pixelausrichtung ist und eine Verbesserung ohne „Kosten“ bringt. Wir glauben, dass in naher Zukunft mehr und mehr Handys Corning Gorilla Glass DX/DX+ verwenden werden, wodurch mehr Licht in das Objektiv gelangt und der Benutzer eine höhere Bildqualität erhält.

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