Samsung ISOCELL Bright GM1

ISOCELL Bright GM1 — это 48-мегапиксельный матричный датчик изображения для мобильных устройств, разработанный южнокорейской компанией Samsung Electronics. Представленный в 2018 году, он относится к линейке ISOCELL Bright, ориентированной на улучшение качества съёмки при слабом освещении за счёт технологии объединения пикселей (пиксель-бининга). Датчик стал одним из первых массовых 48-мегапиксельных сенсоров для смартфонов среднего и бюджетного сегментов, что позволило производителям предлагать камеры с высоким разрешением по относительно низкой цене.

История создания и анонс

Разработка ISOCELL Bright GM1 велась в рамках стратегии Samsung по увеличению разрешения мобильных камер при сохранении компактных размеров модуля. В 2018 году рынок смартфонов начал переход к многопиксельным сенсорам: конкуренты, такие как Sony, уже выпустили 48-мегапиксельный IMX586. Samsung ответил анонсом GM1, который был представлен в октябре 2018 года. Первые коммерческие устройства с этим датчиком появились в начале 2019 года, в частности, в китайских смартфонах Redmi Note 7 (выпущен в январе 2019 года) и некоторых моделях Xiaomi, Huawei и других брендов.

Технические характеристики

Размер и разрешение

• Размер матрицы: 1/2,0 дюйма (оптический формат).
• Размер пикселя: 0,8 мкм (микрометра) в стандартном режиме.
• Общее количество пикселей: 48 миллионов (8000 × 6000 точек).
• Цветовой фильтр: стандартный массив Байера (RGGB) с четырьмя субпикселями на группу.

Технология объединения пикселей (Tetracell)

Ключевая особенность GM1 — использование технологии Tetracell, при которой четыре соседних пикселя (2×2) объединяются в один виртуальный пиксель большего размера. В результате:

• Эффективное разрешение при слабом освещении: 12 мегапикселей (4000 × 3000 точек).
• Размер виртуального пикселя: 1,6 мкм (в 4 раза больше площади исходного).
• Чувствительность: увеличивается примерно в 4 раза по сравнению с режимом 48 Мп, что позволяет получать более яркие и менее шумные снимки в условиях недостаточного света.

Другие параметры

• Скорость съёмки: до 30 кадров в секунду при полном разрешении (48 Мп) и до 60 кадров в секунду при 12 Мп.
• Видеосъёмка: поддержка записи видео в формате 4K (3840×2160) при 30 кадрах в секунду, а также Full HD (1920×1080) при 60 кадрах в секунду.
• Выходной интерфейс: MIPI CSI-2 (4 полосы), что обеспечивает высокую пропускную способность для передачи данных.
• Энергопотребление: около 200 мВт в режиме съёмки 48 Мп, что ниже, чем у некоторых аналогов (например, Sony IMX586 потреблял около 250 мВт).

Принцип работы

Режим высокого разрешения (48 Мп)

В дневных условиях или при достаточном освещении датчик работает в полном разрешении, снимая 48-мегапиксельные изображения. Каждый пиксель размером 0,8 мкм фиксирует свет независимо. Для обработки таких файлов требуется мощный процессор сигналов изображения (ISP), так как размер одного снимка в формате JPEG может достигать 15–20 МБ.

Режим низкой освещённости (12 Мп)

При слабом освещении активируется режим Tetracell: четыре соседних пикселя объединяются в один. Это увеличивает площадь светочувствительной области, что повышает отношение сигнал/шум и позволяет избежать чрезмерного усиления сигнала, которое приводит к появлению цифрового шума. Полученное 12-мегапиксельное изображение затем может быть интерполировано до 48 Мп с помощью алгоритмов программного обеспечения, но качество такого увеличения уступает нативному разрешению.

Сравнение с аналогами

Sony IMX586

Основной конкурент GM1 на момент выхода — 48-мегапиксельный сенсор Sony IMX586. Различия:

• Размер пикселя: у IMX586 также 0,8 мкм, но Sony использовала технологию Quad Bayer, аналогичную Tetracell.
• Размер матрицы: IMX586 имел оптический формат 1/2,0 дюйма, такой же, как у GM1.
• Скорость считывания: IMX586 поддерживал более высокую скорость считывания (до 480 кадров в секунду при 720p), что позволяло реализовывать замедленную съёмку.
• Энергопотребление: GM1 был немного экономичнее (200 мВт против 250 мВт у IMX586).
• Качество изображения: на практике оба сенсора демонстрировали сопоставимые результаты, но IMX586 часто получал более высокие оценки за счёт лучшей обработки шума и динамического диапазона.

Samsung ISOCELL Bright GM2

В 2019 году Samsung выпустил улучшенную версию — GM2, которая отличалась:

• Размер пикселя: остался 0,8 мкм.
• Технология: поддержка HDR с тройным считыванием (3-exposure HDR) для улучшения динамического диапазона.
• Скорость: увеличена до 48 кадров в секунду при 48 Мп.

Применение в смартфонах

Датчик ISOCELL Bright GM1 получил широкое распространение в смартфонах среднего и бюджетного сегментов, выпущенных в 2019–2020 годах. Примеры устройств:

• Redmi Note 7 (Xiaomi) — один из первых смартфонов с GM1, ставший популярным благодаря соотношению цены и качества.
• Xiaomi Mi 9T (Redmi K20) — использовал GM1 в качестве основной камеры.
• Huawei Y9 Prime 2019 — оснащался GM1.
• Realme 5 Pro — применял GM1 в основной камере.
• Samsung Galaxy A50s — использовал GM1 в качестве основного датчика.

Всего, по оценкам аналитиков, к 2020 году более 50 моделей смартфонов различных брендов были оснащены этим сенсором.

Критика и ограничения

Несмотря на популярность, ISOCELL Bright GM1 подвергался критике по нескольким причинам:

1. Качество 48-мегапиксельных снимков: из-за малого размера пикселя (0,8 мкм) и отсутствия технологии двойного усиления (dual conversion gain) изображения в полном разрешении часто страдали от шумов и недостаточной детализации по сравнению с более крупными сенсорами (например, 1/1,7 дюйма).
2. Отсутствие оптической стабилизации: большинство смартфонов с GM1 не имели оптической стабилизации изображения (OIS), что ухудшало качество съёмки в движении и при слабом освещении.
3. Ограниченная поддержка HDR: встроенный HDR-режим работал только при 12 Мп, а при 48 Мп динамический диапазон был ниже.
4. Сравнение с Sony IMX586: хотя оба сенсора были близки по характеристикам, IMX586 часто обеспечивал лучшую обработку шума и более широкий динамический диапазон, что делало его предпочтительным выбором для флагманских устройств.

Интересные факты

• ISOCELL Bright GM1 стал первым 48-мегапиксельным сенсором Samsung, который был серийно установлен в смартфоны сторонних производителей, включая Xiaomi, Huawei и Realme.
• Название «ISOCELL» происходит от технологии изоляции пикселей (ISolation of CELLs), которая уменьшает перекрёстные помехи между соседними пикселями, улучшая цветопередачу и контраст.
• В 2019 году GM1 был одним из самых массовых 48-мегапиксельных датчиков на рынке, уступая по объёму поставок только Sony IMX586.

Источники

• Samsung Electronics. «Samsung Introduces 48-Megapixel ISOCELL Bright GM1 for Premium Mobile Cameras». Пресс-релиз, октябрь 2018.
• TechInsights. «Samsung ISOCELL Bright GM1 Image Sensor Analysis». 2019.
• DXOMark. «Xiaomi Redmi Note 7 Camera Review». 2019.
• AnandTech. «Samsung Announces ISOCELL Bright GM1: 48MP Mobile Image Sensor». 2018.
• GSMArena. «Samsung ISOCELL Bright GM1: Specifications and Devices». 2020.