Sensores Quad Bayer: o que são e o que não são

Nos últimos tempos , uma grande variedade de telefones com câmaras de 48MP invadiuoo mercado – os primeiros foram lançados em dezembro de 2018. E, curiosamente, muitos deles são média gama, enquanto muitos flagships se ficaram por um sensor de 12MP. O que esta a acontecer aqui? O que estamos a ver é o aparecimento do filtro Quad Bayer – nós falámos disso quando o Huawei P20 Pro estreou esse sensor (resolução de 40MP).

O que é um filtro Bayer?

Vamos começar do principio – um filtro da Bayer é um mosaico colorido de filtros vermelhos, verdes e azuis que permite que um sensor digital capture fotos coloridas. Os pixels semicondutores não “vêem” a cor. Eles capturam apenas a quantidade de luz que os atinge, portanto, sem um filtro, teríamos uma foto em preto e branco. O filtro Bayer garante que a luz que atinge cada pixel seja de uma das três cores primárias. A maneira como isso funciona é que um sensor de 12MP, por exemplo, tem 6 milhões de pixels verdes e 3 milhões de pixels para vermelho e azul. O verde recebe mais pixels porque o olho humano é o mais sensível a essa cor. Um algoritmo chamado demosaicing é usado para interpolar uma imagem de resolução total de 12MP.

Um filtro Quad Bayer é uma falácia (é um engano, não uso mais palavras caras, podem continuar a ler) , já que é o mesmo que um filtro Bayer normal. O que muda não é o filtro, mas o sensor por trás dele – esses novos sensores colocam quatro pixels atrás de cada quadrado de cor em vez de apenas um. Então, esses sensores Quad Bayer de 48MP não oferecem muito mais detalhes do que um sensor de 12MP. Os fabricantes de sensores e telefones irão dizer-vos que os algoritmos de demosaicing mais inteligentes podem captar mais detalhes, mas a nossa experiência é que o ganho é pequeno – se é que há um ganho sequer.

De todos os sítios onde podemos encontrar os filtros Quad Bayer os sensores de 48MP são os mais populares ultimamente – eles já estão em várias dezenas de telefones. No entanto, tudo começou com os sensores de 40MP do Huawei no P20 Pro, Mate
20 Pro e Mate 20 X. O fabricante chinês chegou a ter uma segunda versão do sensor para o Huawei P30 e P30 Pro, que mudam para vermelho, amarelo, amarelo, azul, em vez de RGGB, mas os princípios são os mesmos). Existem também vários telefones com câmaras selfie de 32MP com um filtro Quad Bayer (por ex. vivo V15 Pro e Samsung Galaxy A70). Estes têm o mesmo tamanho de pixel (0.8µm), mas são fisicamente menores e, portanto, têm uma resolução menor. A Samsung anunciou recentemente um Sensor de 64MP Quad Bayer, que mantém o mesmo tamanho de pixel, mas altera a dimensão do sensor – é 33% maior do que a actual safra de sensores de 48MP.

O que um sensor Quad Bayer pode fazer?

Como dissemos, a verdadeira força de um Quad Bayer está em outro aspecto – ele pode tratar um grupo de quatro pixels partilhando um quadrado de filtro de cor como um ou como sensores separados. Esses são alguns dos maiores sensores já colocados num telefone. Por exemplo. O Sony IMX586 – o primeiro sensor de 48MP e um dos mais populares – mede 8mm na diagonal. O IMX363 (usado no Pixel 3) e o Samsung S5K2L4 (usado nos telefones S10) medem 7.06mm na diagonal. Isso é um ganho de 30% na área da superfície. Os tamanhos dos pixels são muito diferentes, 0,8 µm para os sensores de 48 MP e 1,4 µm para os sensores tradicionais. Todo o material de marketing sobre os sensores de 48MP afirma que podem usar a colocação de pixels para funcionar como se tivessem pixels de 1,6 µm. Isso cria uma imagem de 12MP. O número “1,6µm” é repetido com frequência, mas tem todo o crédito por melhorar o desempenho de pouca luz do sensor. O ruído é um processo aleatório e, se o pixel grande de um sensor tradicional captar ruído em vez de sinal, há pouco a ser feito (além de encobrir isso interpolando dados de pixels vizinhos). Se um dos quatro pixels de um sensor Quad Bayer captar ruído, no entanto, isso representa apenas 25% das informações perdidas – uma redução de ruído de 4x que não diminui a nitidez da imagem.

Alternativamente, o sensor pode ser dividido em dois sensores lógicos – um que captura uma exposição curta e uma longa exposição. Isso é usado na luz do dia para captura HDR em tempo real.

Podesser feita a redução de ruído e HDR com um único sensor Bayer não quad, ao tirar duas (ou mais) fotos uma após a outra e combinando-as. É o que os telefones Pixel fazem e são muito bons nisso. Mas há um problema: os objetos em movimento mudam de posição entre as exposições sequenciais. Um filtro Quad Bayer tira duas fotos ao mesmo tempo, portanto, não é necessário usar a AI para corrigir os artefatos causados ​​por objetos em movimento.

A maneira mais simples de pensar num filtro Quad Bayer é que permite que o software da câmara capture duas fotos ao mesmo tempo. Isso permite que o processamento de imagens (HDR e modo noturno) seja a verdadeira razão pela qual os smartphones modernos capturam imagens de excelente qualidade – o hardware não é assim tão diferente.

Num filtro Quad Bayer, os pixels de cores diferentes são mais distantes, de modo que o demosaicing é menos eficaz (apesar do que os fabricantes afirmam). Não teremos definitivamente 4x o detalhe no modo 48MP do que em 12MP. Na verdade, como o HDR e outros modos de processamento de imagem estão desativados em 48MP, as fotos de 12MP às vezes saem com mais detalhes (e um tamanho de arquivo muito menor, com vantagens). A execução do algoritmo de demosaicing nos dados brutos de 48MP pode resultar numa imagem mais nítida, mas muda de telefone para telefone e de cena para cena.Se os níveis de detalhe são críticos para uma foto em particular, descobrimos que a melhor estratégia é fotografar em ambos os modos e depois escolher a que sair melhor. Na maioria das vezes, é melhor manter o modo 12MP.

Sem mencionar que a leitura de toda a imagem de 48MP também estava além das capacidades de alguns sensores e chipsets iniciais,  isso é apenas um desperdício de armazenamento. Uma das vantagens mais citadas dos sensores Quad Bayer é o zoom superior. O Nokia 808 PureView tinha um zoom impressionante, os seus enormes sensores de 41MP tinham um filtro Bayer clássico. Como já foi dito, a Quad Bayer pode oferecer apenas um ganho limitado de nitidez (se for o caso), não é diferente de fazer zoom digital em sensores de 12MP.

O Marketing das fabricantes de smartphones sabe tanto de fotografia como o utilizador comum

Os departamentos de marketing querem que acreditemos que estamos a adquirir um sensor de imagem parecido com um Hasselblad, mas a realidade é que o filtro Quad Bayer é apenas uma maneira inteligente (e eficaz) de ter fotos de 12MP de melhor qualidade.

Huawei P30 Pro 12mpx

Depois, há também a questão da ótica. Não entramos em detalhes, mas as câmaras de alta resolução costumam ser limitadas por difração, o que significa que o menor ponto de luz não pode ser focalizado numa área menor que o pixel. Para concluir, há um limite imposto pela física na resolução máxima que as pequenas ópticas e os sensores podem ter.

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