Что такое UltraPixel и чем интересна эта технология

Как известно, новый флагманский смартфон HTC One (на этот раз он действительно один, а не три, как в прошлом году) может похвастаться необычной камерой с технологией UltraPixel и оптической стабилизацией изображения. И если со стабилизацией всё более или менее понятно, то UltraPixel вызывает определённые вопросы. Так что давайте вместе разберёмся, что это такое и чем данная технология отличается от «обычных» камер.

Внешний вид камеры в HTC One

Чтобы понять, что стоит за маркетинговым названием UltraPixel, сначала давайте рассмотрим принцип работы «обычной» камеры с байеровским массивом цветных фильтров. Маленький секрет таких камер (то есть 99,9% вообще всех камер на рынке) заключается в том, что указанное в технических характеристиках разрешение — это фикция и «ловкость рук». Вернее, светочувствительных элементов (сенселей) на матрице действительно ровно столько, сколько написано, но проблема в том, что каждый из них видит только один цвет (синий, зелёный или красный). Таким образом, полное заявленное разрешение достигается только в чёрно-белом режиме, а в цветном режиме цвет каждого итогового пикселя интерполируется из показаний нескольких (как правило — четырёх) сенселей.

Строение матрицы с байеровским массивом цветных фильтров

Побочным эффектом байеровского массива цветных фильтров является необходимость использования сглаживающего фильтра, который устанавливается перед матрицей и слегка «размазывает» изображение. Это делается для того, чтобы избежать цветных артефактов и муара. При этом страдает разрешающая способность — именно поэтому картинка с «обычных» камер в масштабе 100% без дополнительного программного повышения резкости всегда выглядит несколько размытой. (Существуют камеры с байеровскими матрицами без сглаживающего фильтра, но их можно пересчитать по пальцам одной руки.)

Матрица с технологией UltraPixel имеет принципиально иное строение. В ней используются три слоя светочувствительных элементов. Элементы в одном слое чувствительны к синему цвету, во втором — к зелёному и в третьем — к красному. Такой трёхслойный сенсель сразу же получает полную цветовую информацию, за счёт чего цветовая разрешающая способность матрицы UltraPixel равна яркостной, а сглаживающий фильтр попросту не нужен.

Сенсель на «трёхcлойной» матрице в разрезе

Эта идея на самом деле не нова — компания Foveon уже много лет выпускает матрицы Foveon X3, которые, в свою очередь, используются в камерах Sigma. На момент появления на рынке матрицы Foveon имели самый высокий метамерический индекс (то есть самую правильную цветопередачу) среди всех типов матриц. Кроме того, как показывает практика, матрицы Foveon с разрешением N мегапикселей по разрешающей способности не уступают байеровским матрицам с разрешением N*2 МП или даже превосходят их. Иными словами, пикселей в итоговом изображении получается меньше, но при этом они «лучше», чем в случае съёмки на байеровские матрицы.

Впрочем, у матриц Foveon есть свои недостатки. В их числе — повышенная шумность красного канала (который получает меньше всего света) и ресурсоёмкость (построение итогового изображения производится по более сложным алгоритмам, чем демозаика байеровского массива), которая, в частности, делает проблематичной съёмку видео. Впрочем, судя по всему, HTC эту проблему успешно поборола. А вот удалось ли компании сохранить преимущества трёхслойных матриц, станет понятно тогда, когда смартфон попадёт к нам в руки для обзора.

P. S. Интересно, кто является производителем матрицы в HTC One? Насколько мне известно, патенты на различные реализации «трёхслойных» матриц, помимо Foveon, есть у Sony, Panasonic и Canon. Из всех этих компаний только Sony является крупным производителем мобильных модулей камер. Вывод напрашивается сам собой...

P. P. S. К нам в руки попал white paper компании HTC, описывающий технологию UltraPixel. Никакой трёхслойной матрицы там нет, используется обычный байеровский фильтр. Все преимущества, если они есть, вызваны исключительно большими (по меркам мобильных камер) размерами пикселя (шаг 20 мкм). А эта статья пусть останется здесь как назидание мне лично и другим журналистам, любящим писать тексты на основании не вполне проверенной информации.