Die Geheimwaffe des Galaxy S23 Ultra könnte dieser Samsung-Kamerachip sein

Mit seinem neuen 200-Megapixel-Bildsensor wird Samsung versuchen, Smartphone-Fotografen das Beste aus beiden Welten zu bieten: eine Kamera, die extrem detaillierte Fotos macht und die auch bei schwierigen Lichtverhältnissen gut funktioniert, die viele Telefone behindern.

Der Sensor namens Isocell HP2 befindet sich in Massenproduktion, aber Samsung hat noch nicht bestätigt, in welchem ​​Telefon er ankommen wird. Es wird jedoch erwartet, dass der Sensor die Hauptkamera des Galaxy S23 Ultra-Flaggschiffs des Unternehmens mit Strom versorgt, was wahrscheinlich ist wird bei einem Samsung-Event am 1. Februar debütieren. EIN Die “intelligentere” Kamera wurde in einem Samsung-Tease am besten bewertet Am Dienstag berichtete CNET-Chefredakteurin Lisa Eadicicco über die Veranstaltung.

Es gibt noch keine HP2-Muster zum Testen, aber die technischen Verbesserungen von Samsung haben eine Erfolgsbilanz bei der Verbesserung der Bildqualität, um den wohl wettbewerbsfähigsten Aspekt von Smartphones von heute anzugehen.

Vor mehr als einem Jahrzehnt halfen Apple iPhones dabei, viele Menschen davon zu überzeugen, dass ihr Telefon die einzige Kamera war, die sie die meiste Zeit brauchten, aber die intelligente Bildverarbeitung von Google half seinen Pixel-Telefonen, Apple in gewisser Weise zu übertreffen. Samsung, das seine eigenen Bildsensoren herstellt, ist jetzt auch wettbewerbsfähig, teilweise indem es mehrere Kameras in seine Telefone packt.

Kompromisse beim Bildsensordesign

Entwickler von Bildsensoren stehen vor einem Kompromiss. Eine Erhöhung der Sensorauflösung bedeutet, dass jedes Pixel auf dem Sensor kleiner ist, und für eine bestimmte Technologie können kleinere Pixel nicht so gut Licht sammeln. Das bedeutet, dass Aufnahmen bei schwachem Licht durch Rauschflecken beeinträchtigt werden. Sie verlieren Details in schattierten Teilen einer Szene. Und sie leiden unter ausgeblasenen Glanzlichtern in hellen Bereichen wie dem Himmel.

Der HP2 bringt jedoch neue Methoden mit sich, um diesen Problemen entgegenzuwirken und das Beste aus jedem Lichtphoton herauszuholen, wie Samsung CNET exklusiv verriet. Der HP2 ist etwas kleiner als sein HP1-Vorgänger, aber jedes Pixel ist effizienter beim Sammeln von Licht, eine technische Richtung, die Fotos mit höherer Auflösung und einen kleineren Kamerabuckel ermöglicht.

Der Sensor des südkoreanischen Elektronikriesen kann in erster Linie Licht effektiver sammeln und HDR-Fotos (High Dynamic Range) verbessern, um Szenen mit dunklen und hellen Elementen besser zu bewältigen, sagte das Unternehmen. Und bei Aufnahmen mit der vollen Auflösung von 200 Megapixeln verwendet Samsung KI-Technologie, um feinste Details wiederzugeben.

Es ist noch nicht klar, wie gut der Sensor in realen Tests abschneiden wird. Aber es ist keine Überraschung, dass Samsung sich auf die Technologie konzentriert. Kameraverbesserungen sind ein Hauptgrund für ein Upgrade von Telefonen, wobei bessere Fotos und Videos auffälliger sind als geringfügig bessere Prozessoren, Akkulaufzeit und Netzwerktechnologie.

„Die volle Auflösung von 200 MP glänzt besonders bei Aufnahmen auf Konzerten oder im Freien, wo viele Details erfasst werden müssen“, sagte JoonSeo Yim, Executive Vice President des Sensorgeschäfts von Samsung Electronics. „Das ist vielleicht nicht die vorherrschende Einstellung für die meisten Verbraucher, aber wir sehen definitiv die Notwendigkeit für hochdetaillierte Bilder.“

Apple, der größte Smartphone-Rivale von Samsung, investiert ebenfalls stark in seine Kameras. Vergleichsweise große Linsenelemente ragen aus der Rückseite der iPhone 14 Pro-Modelle heraus, um die Kameraleistung zu demonstrieren, und Apple hat seine Sensoren für bessere Aufnahmen mit hoher Auflösung und bei schlechten Lichtverhältnissen verbessert.

Bessere Pixel-Binning-Optionen

Eine der Schlagzeilentechniken zur Verbesserung von Smartphone-Fotos heißt Pixel-Binning. Damit können Gruppen von physischen Pixeln zu größeren virtuellen Pixeln kombiniert werden, die mehr Licht sammeln, wenn es dunkel ist, und die Auflösung gegen geringeres Rauschen und bessere Farben eintauschen.

Samsung ist nicht der Einzige, der Pixel-Binning verwendet. Sie werden es in der sehen Apple iPhone 14 Pro, Google-Pixel 7, Xiaomi 12T Pro und andere Telefone, aber der HP2-Sensor ist einer der fortschrittlichsten. Apple und Google verwenden beispielsweise 2×2-Pixel-Binning, das vier physische Pixel in ein virtuelles Pixel umwandelt. Samsungs Flaggschiff Galaxy S22-Handys bieten seit 2019 3×3-Pixel-Binning und bieten 108-Megapixel-Fotos bei gutem Licht und 12-Megapixel-Fotos bei Dunkelheit.

Samsungs HP2 kann unter guten Bedingungen 200-Megapixel-Fotos machen. Wenn es dunkler ist, gruppiert Pixel-Binning Pixel in 2×2-Blöcke für ein 50-Megapixel-Bild. Und wenn es noch dunkler wird, nehmen die 4×4 „Tetra2pixel“-Blöcke von Samsung ein 12,5-Megapixel-Foto auf.

Die zwei Stufen des Pixel-Binning waren auf dem 200-Megapixel verfügbar HP3, angekündigt im Jahr 2022. Die HP3 verwendet jedoch kleinere Pixel, die zwar das Volumen der Kamera minimieren, aber überhaupt nicht so gut darin sind, Licht einzufangen. Die HP1, angekündigt im Jahr 2021, hatte es auch. Aber der HP2 fügt einige andere Tricks hinzu, die dem HP1 fehlen.

Höhen und Tiefen beim Pixel-Binning

Pixel-Binning hat einige andere Vorteile. Kameras können den zentralen Teil des Bildes zuschneiden, um weiter entfernte Motive heranzuzoomen. Es ist eine wichtige Grundlage für die Bemühungen, Smartphones Zoom-Fähigkeiten wie herkömmliche Kameraobjektive zu verleihen. Pixel-Binning eröffnet auch neue Optionen für hochauflösende 4K- und 8K-Videos.

Pixel-Binning hat jedoch Nachteile. Es braucht viel Akkuleistung, um all diese Pixel zu verarbeiten, und das Speichern hochauflösender Fotos verschlingt viel Speicherplatz. Und hochauflösende Sensoren sind zwar im Prinzip nett, erreichen aber keine Top-Bildqualität, wenn sie nicht mit hochwertigen Objektiven gepaart werden.

„Der volle 200-Megapixel-Modus erfordert mehr RAM und Leistung“, sagte Yim, weshalb solche hochauflösenden Sensoren nur auf High-End-Smartphones zu finden sind.

Eine Komplikation bei der HP2 ist die Farberkennung beim Aufnehmen von 200-Megapixel-Fotos. Digitalkameras erfassen entweder rotes, grünes oder blaues Licht für jedes Pixel, aber das Tetra2pixel-Design bedeutet, dass jede 4×4-Pixelgruppe nur eine dieser Farben erfasst. Um die innerhalb dieser 16-Pixel-Gruppen benötigten Farbdetails auszufüllen, verwendet Samsung einen Algorithmus für künstliche Intelligenz, sagte das Unternehmen.

Fotografie-Enthusiasten – eine Bevölkerungsgruppe, die wahrscheinlich sehr an der hohen Auflösung des Sensors interessiert ist – können Rohbilder mit 200 Megapixeln aufnehmen, sagte Samsung. RAW-Bilder sind größer, bieten aber eine höhere Bildqualität und eine bessere Bearbeitungsflexibilität als herkömmliche JPEG- oder HEIC-Fotos.

Verbesserungen der Bildqualität von Samsung HP2

Der Sensor hat andere Tricks, um die Bildqualität zu verbessern, insbesondere bei Szenen mit hohem Dynamikbereich und sowohl hellen als auch dunklen Details. Hier sind ein paar:

• Eine Technologie namens Dual Voltage Transfer Gate (D-VTG) verleiht jedem Pixel eine um 33 % bessere Fähigkeit, Licht zu sammeln, was die Bildqualität in dunklen Szenen verbessern und verwaschene weiße Flecken bei hellem Himmel reduzieren sollte.
• Die Dual Slope Gain (DSG)-Funktion von Samsung verbessert HDR-Fotos, indem sie die Belichtungsdaten jedes Pixels in zwei verschiedenen Maßstäben digitalisiert, um helle und dunkle Daten bei Aufnahmen im 50-Megapixel-Modus zu erfassen. Die zahlreichen Pixel auf dem Sensor bedeuten, dass einige Pixelquartette auf helles Licht und andere auf schwächeres Licht abgestimmt sind.
• Eine verwandte Funktion namens Smart-ISO Pro ist eine separate HDR-Technologie, die sich an verschiedene Szenen anpasst und verschiedene Kombinationen von Empfindlichkeitseinstellungen verwendet, die für die verschiedenen Rahmen geeignet sind, die zum Erstellen des HDR-Fotos verwendet werden.

Ein weiteres neues Feature des HP2 ist ein verbesserter Autofokus mit einer Technologie namens Super QPD. Es kann entweder horizontale und vertikale Linien über 2×2-Pixelgruppen erkennen und der Kamera dabei helfen, Details wie Horizonte oder Baumstämme zu erfassen, selbst wenn es dunkel ist, sagte Samsung.

Jedes HP2-Pixel ist 0,6 Mikrometer oder 6 Millionstel Meter breit. Das ist eine Nuance schmaler als die 0,64 Mikrometer des HP1, was bedeutet, dass der HP2 mit 11,3 x 8,4 mm ein etwas kleinerer Bildsensor ist. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von etwa 75 Mikrometern. Kombiniert zu einem 2×2-Array für 50-Megapixel-Fotos erhöht sich die Pixelbreite auf 1,2 Mikrometer und in 4×4 auf 2,4 Mikrometer.

„Wir gehen davon aus, dass hochauflösende Bildsensoren zu einer Standardfunktion zukünftiger Flaggschiff-Smartphones werden“, sagte Yim. „Aus diesem Grund halten wir es für wichtig, unsere Bemühungen fortzusetzen, von fortschrittlichen Pixelprozessen unter 0,5 Mikrometer bis hin zu Pixelleistung und Algorithmen.“

Größere Größen sammeln Licht besser. Die Samsung-Pixelgrößen sind dem Hauptkamerasensor des iPhone 14 Pro ziemlich ähnlich, der 2,44 Mikrometer Pixel im 12-Megapixel-Modus und 1,22 Mikrometer im 48-Megapixel-Modus verwendet.

Wenn es um Video geht, hat der HP2 viele Optionen. Es kann 8K-Videos mit 30 Bildern pro Sekunde aufnehmen, indem es den Sensor im 50-Megapixel-Modus verwendet. Es kann 4K-Videos mit 120 fps oder, wenn Smart-ISO aktiviert ist, mit 60 fps aufnehmen. Bei 1080p-Videos nimmt der Sensor ohne Autofokus mit 480 fps und mit Autofokus mit 240 fps auf.

Korrektur, 14:48 Uhr: Diese Geschichte hat die Pixelgröße auf dem Samsung Isocell HP1 Bildsensor falsch angegeben. Jedes Pixel hat einen Durchmesser von 0,64 Mikrometer.