Компания Sony представила IMX586 — первый в мире КМОП-сенсор для смартфонов с эффективным разрешением в 48 миллионов пикселей. Это значит, что сенсор сможет фиксировать кадры размером 8000×6000 пикселей без программной интерполяции! Раньше такой размер был доступен только на дорогих профессиональных камерах, и то не на всех. Ну а снимать видео со скромным разрешением 4K (4096×2160) для такого сенсора проще простого. Он это делает на скорости 90 кадров в секунду. Технические характеристики сенсора весьма впечатляют. Судя по всему, камеры на 48 мегапикселей очень скоро станут главным козырем топовых смартфонов. Компания обещает начать массовые поставки IMX586 уже в сентябре 2018 года.

Как Sony добилась такого кардинального увеличения разрешения? Что ж, без определённых хитростей здесь не обошлось. IMX586 сочетает в себе две ключевые технологии:

• Очень маленький размер светочувствительных элементов (очень высокое разрешение)
• Обработка сигнала цветным фильтром Quad Bayer с несколькими алгоритмами для повышения разрешения

Концептуальная диаграмма пиксельной решётки нового сенсора (Quad Bayer Array) и схема её преобразования с помощью оригинального алгоритма обработки сигналов (справа)

Физический размер сенсора составляет 1/2" или 6,4×4,8 мм. Это большой размер — самый большой, какой только ставят в смартфоны, за редким исключением. Обычно в телефонах используют сенсоры формата 1/3", то есть почти вдвое меньшего размера. Но 48 мегапикселей никак не втиснешь в 1/3", а вот с форматом 1/2" такой фокус получился.

Если посчитать на калькуляторе, то можно прикинуть физический размер каждого из 48 миллионов светочувствительных элементов на сенсоре 6,4×4,8 мм. Получаются пиксели со стороной около 0,8 микрометра.

Сравнение обычного изображения с разрешением 12 мегапикселей (слева) и кадра, снятого с нового сенсора IMX586 с разрешением 48 мегапикселей (справа)

Теперь об оригинальном цветовом фильтре Quad Bayer. Его работа показана на диаграмме выше. Он работает так, что у каждого блока 2×2 пикселей одинаковый цветовой фильтр. Это позволяет по-разному обрабатывать данные, в зависимости от условий. В условиях плохого освещения данные с четырёх фотоэлементов объединяются — и они работают фактически как единый элемент с размером стороны 1,6 мкм. В этом случае разрешение сенсора снижается в четыре раза и он «превращается» в стандартный сенсор на 12 мегапикселей, только наверное с меньшим уровнем теплового шума.

Ну а в условиях хорошего освещения, когда тепловой шум незаметен, а энергии фотонов более чем достаточно, сенсор работает в полную силу, каждый фотоэлемент независимо от других фиксирует сигнал — и в результате получается качество, которое показано на КДПВ от Sony. Но это всё-таки не совсем честные 48 миллионов пикселей, а некое приближение к ним после цифровой обработки сигнала. Очень интересно будет посмотреть, как этот сенсор работает на самом деле и насколько в реальности заметна разница между кадрами на 12 и 48 МП. Если всё работает как обещано, то такой смартфон можно использовать как своеобразный «бинокль» — не фотографировать, а многократно зуммировать картинку на экране, чтобы разглядеть невидимые глазу детали далёких объектов.

В своём пресс-релизе Sony говорит, что у нового сенсора динамический диапазон в четыре раза больше, чем у обычных сенсоров. По мнению экспертов , здесь используется такая же система, как в сенсоре IMX294 , где часть пикселей работает с неполной выдержкой, защищаясь от засветки, но в то же время записывая детали в тенях. По крайней мере, структура фильтра Quad Bayer хорошо подходит для такого метода работы.

Получается, что сенсор работает в трёх режимах: низкая освещённость (12 МП), высокое разрешение (48 МП) или увеличенный динамический диапазон в высококонтрастных сценах. Это интересный подход, который чем-то напоминает технологию Fujifilm Super CCD EXR.

Скорее всего, новый сенсор сначала увидит свет в смартфоне Sony, а потом и в смартфонах других производителей. С высокой вероятностью его поставят в Sony Xperia XZ3, запланированном к выходу в сентябре.