Kännyköiden kameroista

[ss]

Jos iTunesia on?" Hmmmm... vaikuttaa nyt siltä että et tunne iPhonea juurikaan.

En väitä olevani iPhone guru, eikä sellainen ole pääkoneena, aikansa oli kakkoskoneena (uutena hankittuna).

Näin on, mutta silloin viesti luetaan tietokoneelta.

Jos kuva on tarkoitus lähettää tietokoneella katsottavaksi, niin email, ja jokin nettipalvelu on ilman muuta hyvä valinta siirtotieksi. Toki edellyttäen että tietää vastaanottajan email osoitteen ja että vastaanottaja postiansa käy katsomassa, pitää toki muistaa että kaikilla puhelimen omistajilla ei ole sähköpostiosoitetta.

Minusta kuva viesti ei ole siinä mielessä urgent uutinen yleensä että se olisi kännykkäsidonnainen.

Tarpeen mukaan toki, mutta monet kuvat ja tilanteet kännykkä käytössä ovat niitä just nyt juttuja, kuva voi olla auttamattomasti vanha huomenna, saatika viikonpäästä.

MMS viesti ei taas mene perille lainkaan, jos vastaanottava känny ei tue sitä tai asetukset ovat poskellaan. vai tuleeko sinne jokin weblinkki silloin.

Perus ajatus on että jos päätelaite ei tue/hae MMSää, niin sen voi katsoa webistä, jolloin luuriin tulee tieto uudesta viestistä SMSllä ja voi sitten hilautua web yhteyden äärelle. Operaattorieroja kuinka näppärästi ja hienosti asia on toteutettu, mutta homma toimii yleensä jopa preapaidkorteilla riippumatta päätelaitteesta.

[ss]

Pistetään tähän vielä epäluotettavan Wikipedian laina:
"Fyysisesti suurempikokoisella kennolla valoa saadaan jokaiselle kuvapisteelle enemmän. Kennolta saatavaa signaalia tarvitsee vahvistaa vähemmän ja saavutetaan parempi signaali/kohina-suhde. Kohinasta johtuva kuvan rakeisuus on tällöin pienempi verrattuna megapikselimäärältään samankokoiseen mutta fyysisesti pienempään kennoon."

Jos oletus että kenno on muutoin teknisesti vertailukelpoinen.
Pikseleiden väliti eivät kuitenkaan välttämättä ole aina samanlevyisiä.

Vanha kenno/valoherkkäalue/pikselimäärä havainnolistamisjuttu on piirtää (vihko)ruutupaperin viivat paksuhkolla tussilla, katsoa paljonko jää paljasta paperia, senjälkeen tuplata pisteet vetämällä paksuhkolla tussilla jokainen ruutu puoliksi ja katso paljonko sitä paljasta paperia nyt jäi.

[VSV]

Pistetään tähän vielä epäluotettavan Wikipedian laina:

Tuon lainan todenperäisyys riippuu siitä, mistä kontekstista lainaus on otettu. Se nimittäin on joko aika oikein tai ihan väärin.

Fyysisesti suurempikokoisella kennolla valoa saadaan jokaiselle kuvapisteelle enemmän. Kennolta saatavaa signaalia tarvitsee vahvistaa vähemmän ja saavutetaan parempi signaali/kohina-suhde. Kohinasta johtuva kuvan rakeisuus on tällöin pienempi verrattuna megapikselimäärältään samankokoiseen mutta fyysisesti pienempään kennoon.

Jos otetaan kaksi erikokoista mutta muuten samanlaista kennoa, joille lankeaa sama valon intensiteetti (yhtä monta fotonia per pinta-alayksikkö), isompi kenno antaa paremman signaalin ja kohinan välisen suhteen. Ihan numeerinen esimerkki. Jos pienempään pikseliin rantautuu 20000 fotonia, niin sivumitaltaan tuplakokoiseen (ja pinta-alaltaan nelinkertaiseen) pikseliin osuu 80000 fotonia. Koska raekohinan suuruus on verrannollinen fotonien määrän neliöjuureen, niin suhteellinen kohina on puolet pienempi isossa kennossa.

Pienen kennon suorituskykyä ei voi käytännössä kasvattaa sillä, että sen pikseleihin keräisi 80000 fotonia, koska pikseliin kerättävien fotonien määrällä on katto, joka on suoraan verrannollinen pinta-alaan. Niinpä jos valoa on käytettävissä määrättömästi, isommat pikselit antavat paremman signaalin ja kohinan välisen suhteen.

Mutta jos optiikan aukko (karkeasti linssin halkaisija) pidetään vakiona, niin silloin systeemiin tulevan valon määrä pysyy samana. Tällöin intensiteetti (fotonia per pinta-ala) on pienempi isolla kennolla, koska sama valo levitetään laajemmalle alueelle. Silloin edellisen esimerkin tapauksessa käy niin, että isolla kennolla siinä samassa ajassa yhteen pikseliin tuleekin enää 20000 fotonia. Ja sen jälkeen kuvan raekohina on tasan yhtä suuri kuin pienemmällä kennolla.

Tätä kaikkea sotkee vielä se, että samankokoisen isompiresoluutioisen kennon yksittäisten pikselien kohina on suurempaa kuin pienempiresoluutioisen (pienemmät pikselit kohisevat enemmän). Tämä on kuitenkin ilmiö, jota ei pidä kovin paljon pelätä, koska se on korjattavissa jälkikäteen kuvankäsittelyohjelmassa. (Tätä voi kokeilla helposti itse. Kun kohinaisen kuvan resoluutiota pudottaa, kohina pienenee.)

Periaatteessa Wiki kuvailee toisen ilmiön, pikselien lukuun käytettävien varausvahvistimien kohinan. Ilmiö on kuitenkin nykytekniikalla niin pieni, että käytännön kuvat sotkeva kohina on lähinnä fotoneista aiheutuvaa väistämätöntä raekohinaa.

Tästä asiasta webbi on täynnä erilaisia sekaannuksia. Joko asiasta tapellaan aivan oudoilla termeillä tai sitten se ohitetaan. Resoluutio, aukko, sensorin koko, ISO-luku, kaikki sotketaan jollain tavalla näppärästi. Kaikki minun tietooni tulleet todelliset mittaukset kuitenkin viittaavat vahvasti siihen suuntaan, että raekohina on nykykennoilla ykkösongelma normaaleilla valotusajoilla, ja samaan viittaavat kyllä käytännön kokemuksenikin. Uskon lisäksi ymmärtäväni ja tietäväni asiasta enemmän kuin satunnainen ohikulkija, olen väitellyt optisen mittaustekniikan alalta ja työkseni suunnittelen optoelektronisia mittalaitteita.

[VSV]

Jos oletus että kenno on muutoin teknisesti vertailukelpoinen. Pikseleiden väliti eivät kuitenkaan välttämättä ole aina samanlevyisiä.

Termi asialle on "fill factor". Kysymys on siitä, millä todenäköisyydellä kennon pinnalle asti päätynyt fotoniraukka pääsee valoa havaitsevalle alueelle.

Noin periaatteessa tässä kohdassa CMOS on huonompi kuin CCD, ja taustavalaistulla CCD:llä voidaan päästä 100 %:n fill factoriin. (Kameroissa käytettävät jäävät selvästi alle.) Lisäksi mitä pienempi pikseli, sitä isomman osan johdotus ja muu sälä vie pinnasta.

Käytännössä kuitenkin on niin, että nykyiset hyvin kapeat puolijohdeprosessit pitävät fill factorin suhteellisen korkealla. Lisäksi elementteihin nykyään laitetaan mikrolinssit pikselien eteen sillä idealla, että väärään paikkaan tuleva valo ohjataan oikeaan paikkaan. Tämä nostaa fill factoria huomattavasti.

Huonoimmillaan CMOS-sensorin fill factor voi kännykoon halvalla sensorilla ilman mikrolinssejä olla ehkä 40 %. Käytännössä vähänkään tosissaan tehdyissä efektiivinen fill factor on kuitenkin reilusti yli puolet. Niinpä tuolta ei ole enää saatavissa herkkyyteen kuin ehkä 50 % lisää (noin 25 % vähennys kohinassa).

Ainoa merkittävä odotettavissa oleva teknologinen edistysaskel on RGB-suotimista eroon pääseminen. Ne hukkaavat kaksi kolmannesta valosta. Foveonin kenno tekee tämän, mutta se ei muista syistä ole kovin hyvä. Askeleen ottamiseen voi mennä vielä pitkään, mutta sieltä saa parannusta herkkyyteen kertoimella kolme jossain vaiheessa. Täytyy kuitenkin muistaa, että 100%:n fill factorilla oleva RGB-suotimeton kenno olisi silti kohinaltaan vain noin puolet nykyisistä, joten ei niilläkään saa kännykameraa hämärässä näkeväksi.

[iPratt]

...
Vanha kenno/valoherkkäalue/pikselimäärä havainnolistamisjuttu on piirtää (vihko)ruutupaperin viivat paksuhkolla tussilla, katsoa paljonko jää paljasta paperia, senjälkeen tuplata pisteet vetämällä paksuhkolla tussilla jokainen ruutu puoliksi ja katso paljonko sitä paljasta paperia nyt jäi.

Paiti että puolijohdeteknologia kehittyy koko ajan ja 2M käytetään leveämpää (myös halvempaa) viivaleveyttä kuin 5M jne.

[eskofot]

Foveonin kenno tekee tämän, mutta se ei muista syistä ole kovin hyvä. Askeleen ottamiseen voi mennä vielä pitkään, mutta sieltä saa parannusta herkkyyteen kertoimella kolme jossain vaiheessa.

Foveon taisi jäädä lupaukseksi. Mutta ehkä tosiaan on niin että isojen valmistajien täyty katsoa siihen suuntaan jossain vaiheessa, milläpä muulla tavalla saadaan enää aikaan laadunnousua.

[Crimson]

TM vertailu: 5 megapikselin kamerapuhelimet

[VSV]

Foveon taisi jäädä lupaukseksi. Mutta ehkä tosiaan on niin että isojen valmistajien täyty katsoa siihen suuntaan jossain vaiheessa, milläpä muulla tavalla saadaan enää aikaan laadunnousua.

Foveon oli uljas yritys, mutta käytännössä kennon suorituskyky ei ollut RGB-suotimellisia parempi. Lisäksi Foveonin tapauksessa väritasapainon hallinta on paljon vaikeampaa. Siitä huolimatta Foveonin rakenteen teoreettiset rajat ovat kolme kertaa niin kaukana kuin tavanomaisessa RGB-kamerassa, joten idea on paras tähän asti esitetyistä.

Suotimilla kikkailemalla voidaan muutenkin saada hiukan kameraa paremmaksi. RGB:stä voidaan teoriassa siirtyä CMY-suotimiin. Tätä on kokeiltukin monessa paikassa (esimerkiksi jo aikanaan Kodak DCS-620x). CMY:ssä kukin pikseli näkee kaksi väriä (C = G+B, jne.), jolloin RGB-signaalit saadaan vierekkäisten pikselien erotuksena. Koska suotimet suodattavat pois vain yhden osavärin, niistä tulee kaikkiaan karkeasti tuplamäärä valoa läpi nykyisiin verrattuna.

Miinuspuolena CMY:ssä on se, että värisignaalin epävarmuus kasvaa. Sen takia se ei ole oikein yleistynyt, enkä tiedä, onko nykyisissä digikameroissa enää CMY:tä käytössä. RGB:n ja CMY:n lisäksi Sonyllä on ollut RGBE, mutta siinä tuo Emerald on lähinnä parantamassa väriavaruutta. Ehdotettuja ratkaisuja on ollut myös GYCW, jossa on yksi valkoinen pikseli mukana. Kaikissa on kuitenkin se sama pulma: enemmän valoa tarkoittaa huonompia värejä.

Traditionaalinen ratkaisu videopuolella on käyttää kolmen kennon menetelmää. Sisään tuleva valo hajoitetaan sopivilla säteenjakajilla kolmeksi osakuvaksi, punaiseksi, siniseksi ja vihreäksi. Tämä tarjoaa kaikkein parhaan hyötysuhteen, koska valoa ei heitetä suotimissa lainkaan hukkaan. Periaatteessa kolmen kennon kamera olisi oikein loistava, sillä saisi myös mustavalkokuvat hienosti. Käytännössä ratkaisu vie niin paljon tilaa, ettei sitä voida pieneen kokoon toteuttaa. Epäilen jopa sitä, saako sitä edes järkkärikokoon järkevästi tehtyä. Tuskin, koska muuten se olisi jo markkinoilla.

Summa summarum on se, että nykyinen kennotekniikka alkaa olla lähellä teoreettisia rajoja. Herkkyyttä voi tulla erilaisilla optimoinneilla ja suodatinratkaisuilla pari aukkoa lisää, mutta siihen se loppuu. Sen jälkeen ainoa parannuskonsti on muuttaa kuvankäsittelyä yhä enemmän arvauksia tekeväksi.

[eskofot]

Traditionaalinen ratkaisu videopuolella on käyttää kolmen kennon menetelmää. Sisään tuleva valo hajoitetaan sopivilla säteenjakajilla kolmeksi osakuvaksi, punaiseksi, siniseksi ja vihreäksi. Tämä tarjoaa kaikkein parhaan hyötysuhteen, koska valoa ei heitetä suotimissa lainkaan hukkaan. Periaatteessa kolmen kennon kamera olisi oikein loistava, sillä saisi myös mustavalkokuvat hienosti. Käytännössä ratkaisu vie niin paljon tilaa, ettei sitä voida pieneen kokoon toteuttaa. Epäilen jopa sitä, saako sitä edes järkkärikokoon järkevästi tehtyä.

Kiinnostava ajatus. Foveonhan on tavallaan kolmikenno, mutta ne ovat vain toistensa takana. Kolmella kennolla erottelukyky kasvaa huikeasti, joten varmasti rinnakkaiskennoinen videokameraratkaisukin on tutkittu still-kameraan. Mutta miksi tosiaan siihen suuntaan ei ole edetty?

Koko ei ole este, pienimmät kolmikennoiset videokamerat eivät ole juuri perinteistä järkkää suurempia. Sitä paitsi ei koko ole kaikille ratkaiseva asia, onhan yhä Hasselbladeja. Omistin aikoinaan Pentax 6x7:n ja minusta koosta oli jopa etua: Sain nuorena kuvaajana kaipaamaani arvostusta kuvatessani, koska harva oli nähnyt moista jättikokoista SLR-kameraa, arvelivat heti ammattimieheksi ja suhtautuivat sen mukaan. Heheh. No, siis 6x7:llä otetut kuvat olivat kyllä perkkeleen paljon hienompia kuin kinarilla. Eli suostuisin hetikyllä DSLR:n koon kasvamiseen esim 30 % jos siihen saisi kolme kennoa.

[Trex]

Mielestäni iPhonen kamera on kyllä aivan tarpeeksi hyvä. Itseasiassa parempi kuin vastaavat. Siis vastaavat, vertaan tätä Nokia N70:n 2.1 megapixelin kameraan. Megapixelimäärien ollessa melkein samat, voin vaan todeta että optiikka voittaa iPhonessa komeasti. Oikeastihan puhelimien kameralla ei tee mitään, muuta kuin kuvaa mielijohteessa otettuja kuvia. Nokian kamerassa oli melko huonot hämäräkuvausomituisuudet, kun taas applen mötkäleellä saa jopa hämärässä kohtalaisen hyviä kuvia.

Itse en kyllä menisi vertailemaan vuoden 2005 alkupuolella julkaistua puhelinta (N70) vuonna 2007 julkaistuun (iPhone). Kyllä se optiikka kehittyy tuossa ajassa paljon, vaikka megapikselimäärä olisikin sama.

[Repe Ruutikallo]

Tosi iso kenno ja ihan pieni kenno menivät pilkkopimeään hiilikellariin. Kumman kuvapisteille tuli enemmän valoa?

Naurahdin

Väärin, Naurahti ei edes ollut siellä kellarissa

[eskofot]

Kyllä se optiikka kehittyy tuossa ajassa paljon, vaikka megapikselimäärä olisikin sama.

Optiikka ei nyt varsinaisesti ole kuukusittain parantuva IT-suure.

[Forsteiner]

Ehdotan että vsv kirjoittaa Wikipediaan kattavan selonteon aiheesta, niin normaalipulliaisetkin saavat korjattua käsityksiään. Asiantuntevaa tekstiä. Osa sisällöstä uhkaa kyllä mennä yli hilseen.

[iPratt]

Ehdotan että vsv kirjoittaa Wikipediaan kattavan selonteon aiheesta, niin normaalipulliaisetkin saavat korjattua käsityksiään. Asiantuntevaa tekstiä. Osa sisällöstä uhkaa kyllä mennä yli hilseen.

Kannatetaan. Itse seurasin kehitystä pari vuotta itten ja kohta kun on aika hankkia uusi kamera, tästä topikista on ollut suunnattomasti hyötyä. EN tosin ihan kaikkea allekirjoita, mutta uutta ajateltavaa kuitenkin.
Tosin vikipedia nyt on mitä on tiedon oikeellisuuden suhteen (nyt oikein 2 minuuttia ja kaikki poskellaan), mutta jos wikipediaan suhtautuu erittäin kriitisesti sielä joskus löytää jopa asiallista tietoa.

[VSV]

Ehdotan että vsv kirjoittaa Wikipediaan kattavan selonteon aiheesta, niin normaalipulliaisetkin saavat korjattua käsityksiään. Asiantuntevaa tekstiä. Osa sisällöstä uhkaa kyllä mennä yli hilseen.

Yleisön pyynnöstä (huolimatta) yritän vähän paneutua tuon suomenkielisen Wikin päivittämiseen. Kirjoitin sinne jo hiukan selventävää tekstiä aiheesta (osastoihin "valoherkkä kenno" sekä "valovoima ja aukkoluku") pahimpien väärinkäsitysten oikomiseksi. Tarina on kuitenkin nykyisellään vähän vähemmän sujuva, joten sitä täytynee remontoida.

Tyhjentävä selitys kuitenkin vie hetken työstämisaikaa, koska sotkussa pitää selittää iso kasa optiikan ja kennotekniikan perusteita. Lupaan kuitenkin, että kerto- ja jakolaskua vaikeammaksi matematiikkaa ei tarvitse tehdä.

Palataanpa tähän Wikin merkeissä joskus jussin nurkilla, sitä ennen täytyy vähän tehdä töitäkin.