Tetracell

Tetracell — это технология объединения четырёх пикселей в один для увеличения светочувствительности матрицы цифрового фотоаппарата или камеры смартфона. Применяется в основном в компактных камерах и мобильных устройствах, где размеры матрицы ограничены, а требования к качеству съёмки при слабом освещении высоки. Технология позволяет получать более яркие и менее шумные снимки в условиях недостаточной освещённости за счёт снижения разрешения снимка в четыре раза.

Принцип работы

В основе технологии Tetracell лежит биннинг пикселей — объединение сигналов с нескольких соседних светочувствительных элементов на матрице в один. В стандартном режиме матрица состоит из четырёх пикселей, расположенных в квадрате 2×2. Каждый из них покрыт своим цветным фильтром (обычно по схеме Байера: красный, зелёный, зелёный, синий). При слабом освещении сигналы с этих четырёх пикселей суммируются, и они работают как один большой пиксель. Это увеличивает его площадь в четыре раза, что позволяет улавливать больше света и снижает уровень шума.

При достаточном освещении камера может работать в полном разрешении, используя каждый пиксель отдельно. Таким образом, технология Tetracell обеспечивает гибкость: в условиях хорошего света — высокое разрешение, в условиях плохого света — повышенную светочувствительность.

История

Технология Tetracell была впервые представлена компанией Samsung Electronics в 2014 году. Первым коммерческим сенсором, использующим эту технологию, стал Samsung ISOCELL S5K3P3, выпущенный в 2015 году. Он имел разрешение 16 мегапикселей и размер пикселя 1,0 мкм. В режиме биннинга он выдавал 4-мегапиксельные снимки с эффективным размером пикселя 2,0 мкм.

Впоследствии технология была усовершенствована и получила название Tetracell 2.0. В этой версии улучшена обработка сигнала и добавлена возможность работы в режиме «супер-пикселя» с трёхкратным биннингом (9 пикселей в один) для экстремально слабого освещения.

Классификация

Технология Tetracell является одной из разновидностей биннинга пикселей. В зависимости от производителя и конкретной реализации, существуют следующие варианты:

• Tetracell (Samsung) — объединение четырёх пикселей в один в квадрате 2×2.
• Quad Bayer (Sony) — аналогичная технология, но с другим названием. Используется в сенсорах Sony IMX.
• Nonacell (Samsung) — объединение девяти пикселей в один в квадрате 3×3. Используется в сенсорах с разрешением 64 и 108 Мп.
• Tetracell 2.0 — усовершенствованная версия с улучшенной обработкой и возможностью гибридного режима.

Характеристики

Основные параметры, характеризующие технологию Tetracell:

• Разрешение в полном режиме: количество мегапикселей, которое матрица может выдать без биннинга. Обычно составляет 12, 16, 48, 64 или 108 Мп.
• Разрешение в режиме биннинга: количество мегапикселей после объединения. Для Tetracell — в 4 раза меньше полного.
• Размер пикселя: физический размер одного светочувствительного элемента. В матрицах с Tetracell обычно составляет 0,8–1,0 мкм.
• Эффективный размер пикселя в режиме биннинга: размер, который получается после объединения. Для Tetracell — в 2 раза больше исходного.
• Светочувствительность: способность матрицы улавливать свет. В режиме биннинга увеличивается в 4 раза по сравнению с полным разрешением.

Применение

Технология Tetracell широко применяется в камерах смартфонов, особенно в моделях среднего и флагманского сегментов. Она позволяет:

• Улучшить качество съёмки при слабом освещении: снижает шум и повышает яркость снимков.
• Уменьшить размер матрицы: позволяет разместить большее количество пикселей на небольшой площади, что важно для тонких корпусов смартфонов.
• Обеспечить гибкость: камера может работать как в режиме высокого разрешения (для детализированных снимков при хорошем свете), так и в режиме повышенной светочувствительности (для съёмки в темноте).

Примеры устройств, использующих Tetracell:

• Samsung Galaxy S20, S21, S22, S23 (основная камера 12 Мп с Tetracell).
• Xiaomi Mi 11, Mi 12 (основная камера 108 Мп с Nonacell).
• Google Pixel 6, 7, 8 (основная камера 50 Мп с Quad Bayer).

Критика

Несмотря на преимущества, технология Tetracell имеет и недостатки:

• Снижение разрешения в режиме биннинга: при слабом освещении снимки получаются с разрешением в 4 раза меньше, чем в полном режиме. Это может быть заметно при печати или просмотре на больших экранах.
• Потеря детализации: при объединении пикселей часть информации о мелких деталях может быть потеряна.
• Артефакты обработки: при использовании алгоритмов восстановления разрешения (например, в режиме 48 Мп) могут возникать артефакты, такие как муар или цветовые шумы.
• Необходимость в мощной обработке: для корректной работы технологии требуется мощный процессор и продвинутые алгоритмы обработки изображений.

Интересные факты

• Технология Tetracell была впервые применена в смартфоне Samsung Galaxy S6 (2015 год) в камере с разрешением 16 Мп.
• В 2019 году Samsung представила сенсор ISOCELL Bright HMX с разрешением 108 Мп, который использует технологию Nonacell (объединение 9 пикселей в один).
• Технология Tetracell используется не только в смартфонах, но и в некоторых компактных камерах, например, в серии Sony RX100.

Источники

• Samsung Semiconductor. (2015). ISOCELL S5K3P3 Product Brief.
• Samsung Electronics. (2019). ISOCELL Bright HMX: 108MP Image Sensor.
• Sony Semiconductor Solutions. (2020). IMX586: 48MP CMOS Image Sensor.
• AnandTech. (2015). Samsung Galaxy S6 Camera Review.
• DXOMARK. (2021). Samsung Galaxy S21 Ultra Camera Review.