Dvesto megapixelov už pri mobilných fotoaparátoch nepredstavuje novinku. Samsung prvý 200 Mpx snímač predstavil ešte v roku 2021 a neskôr túto triedu rozšíril o ďalšie generácie.
Pri novom ISOCELL HPC preto nie je najzaujímavejšie číslo 200 Mpx. Podstatné zmeny sa odohrávajú oveľa hlbšie, doslova vo vnútri jednotlivých pixelov.
Nový Samsung ISOCELL HPC má rozlíšenie 16 384 × 12 288 bodov, teda približne 200 Mpx, 0,6 μm pixely a optický formát 1/1,3″. Na papieri tak vyzerá nápadne podobne ako starší ISOCELL HP2, ktorý takisto kombinuje 200 Mpx, 0,6 μm pixely a formát 1/1,3″. Samsung však pri HPC nemení rozmery preto, aby sa pochválil väčším snímačom. Mení spôsob, akým jednotlivý pixel prijíma svetlo, premieňa ho na elektrický náboj a následne s týmto nábojom pracuje.
HPC zároveň prichádza rovno do sériovej výroby. Nejde teda o laboratórnu ukážku technológie, ktorú možno niekedy uvidíme v telefóne. Samsung ho už zaradil medzi produkčné mobilné snímače.
DeepPix rieši jeden zo základných problémov malých pixelov
Pri fotografovaní fotodióda v každom pixeli premieňa fotóny na elektróny. Čím viac elektrónov dokáže pixel zhromaždiť a spracovať, tým väčší obrazový signál má fotoaparát k dispozícii. Kapacitu, ktorú pixel zvládne pred nasýtením, označuje pojem Full Well Capacity, skrátene FWC. Pixel s malou FWC sa pri silnom osvetlení zaplní skôr. Jasná časť záberu potom narazí na limit a senzor už nedokáže rozlíšiť, či bola daná oblasť iba veľmi svetlá alebo ešte svetlejšia. Výsledkom môže byť prepálená obloha, svetlá lampa bez detailov alebo biela plocha namiesto štruktúry.
Vyššia FWC zároveň zlepšuje pomer medzi užitočným signálom a šumom. Neznamená to, že pixel fyzicky „nasaje o 60 % viac svetla“, ako sa niekedy táto technológia zjednodušuje. Presnejšie povedané, dokáže pracovať s väčším množstvom elektrického náboja, ktorý dopadajúce svetlo vytvorí.
DeepPix pri HPC rozvíja pixelovú architektúru ISOCELL založenú na technológii FDTI – Front Deep Trench Isolation. FDTI vytvára medzi susednými pixelmi hlboké izolačné bariéry, ktoré obmedzujú prenikanie svetla a elektrického signálu z jedného pixelu do druhého. Samsung používa podobný princíp už pri ďalších moderných snímačoch, DeepPix však upravuje aj samotné vnútro pixelu.
DeepPix zväčšuje využiteľnú kapacitu fotodiódy, používa dvojicu vertikálnych prenosových brán D-VTG, teda Dual Vertical Transfer Gate, a zväčšuje kapacitu uzla floating diffusion pomocou zdieľanej štruktúry. Prenosové brány riadia presun elektrického náboja z fotodiódy do časti, kde ho elektronika snímača prevedie na napäťový a následne digitálny signál. Väčšia kapacita floating diffusion dáva elektronike viac priestoru na spracovanie náboja bez predčasného nasýtenia.
Samsung pri HPC dosiahol podľa svojich interných meraní o 60 % vyššiu FWC jedného pixelu oproti predchádzajúcej generácii. Pri tomto údaji však neoznačil konkrétny referenčný snímač, preto ho nemožno automaticky interpretovať ako presné 60-percentné zlepšenie oproti ISOCELL HP2.
Samsung sa snaží dostať k fotodióde aj viac svetla
Vyššia kapacita pixelu nemá veľký význam, pokiaľ k fotodióde nepríde dostatok svetla. HPC preto kombinuje DeepPix s ďalšími dvoma optickými technológiami.
Prvou je High Precision Microlens, skrátene High-P. Nad jednotlivými pixelmi ležia mikroskopické šošovky, ktoré smerujú dopadajúce svetlo na fotodiódy. High-P používa materiál s vysokým indexom lomu, takže dokáže svetlo presnejšie sústrediť do aktívnej časti pixelu. Samsung túto technológiu používa aj pri ďalších novších ISOCELL snímačoch.
Druhou technológiou je High Transmittance ARL, skrátene High-T. Skratka ARL označuje Anti-Reflective Layer, teda antireflexnú vrstvu. Jej úlohou je obmedziť odraz a rozptyl svetla po prechode cez farebný filter. Viac dopadajúceho svetla tak pokračuje až k silikónu a fotodióde namiesto toho, aby sa stratilo odrazom alebo rozptylom. Výsledkom má byť vyššia kvantová účinnosť, teda väčší podiel fotónov, ktoré snímač úspešne premení na elektrický signál.
Kombinácia High-P, High-T a DeepPix je preto dôležitejšia než samotných 200 Mpx. Samsung nezväčšil pixel ani celý snímač, ale snaží sa z existujúcej plochy dostať viac použiteľného obrazového signálu.
16-bitové HDR môže byť ešte väčšia novinka
Najzaujímavejší praktický dôsledok novej architektúry nájdeme pri HDR. ISOCELL HPC zvláda 16-bitové HDR z jedného záberu a medzi podporovanými výstupmi nájdeme RAW10, RAW12, RAW14 aj RAW16.
Bitová hĺbka určuje, koľko digitálnych úrovní môže snímač použiť pri reprezentácii signálu. Štrnásťbitový údaj ponúka 16 384 možných hodnôt, šestnásťbitový až 65 536. Matematicky teda dostávate štvornásobný počet úrovní. To však neznamená, že hotový JPEG automaticky ukáže štyrikrát viac farieb. Vyššia bitová hĺbka predovšetkým poskytuje väčšiu rezervu pri spracovaní jemných prechodov medzi jasom a tieňom a pri následnom spracovaní RAW dát.
Dôležité je aj slovné spojenie single-frame, teda HDR z jedného zachyteného okamihu. Tradičné HDR často kombinuje niekoľko expozícií. Fotoaparát môže napríklad zachytiť kratšiu expozíciu pre jasnú oblohu a dlhšiu pre tmavú budovu a následne ich spojiť.
Takýto postup funguje výborne pri statickej scéne, no problémy nastávajú pri pohybe. Medzi jednotlivými expozíciami sa môže človek pohnúť, auto posunúť alebo list stromu zmeniť polohu. Algoritmus potom musí obrazy zosúladiť a pri komplikovaných scénach môže vytvoriť duchov, rozmazané hrany alebo iné artefakty. Samsung už pri vývoji svojich HDR technológií pre ISOCELL smeroval k HDR, ktoré pracuje s viacerými hodnotami signálu v rámci jedného zachyteného okamihu.
HPC pokračuje týmto smerom a kombinuje DeepPix s technológiami Smart-ISO Pro (iDCG) a Dual Slope Gain (DSG). Smart-ISO Pro pracuje s rozdielnymi konverznými zosilneniami jedného zachytenia, aby senzor získal informácie z tmavých aj svetlých častí scény. DSG číta signál s rozdielnymi analógovými zosilneniami a výsledky spojí. Obe metódy rozširujú dynamický rozsah bez toho, aby fotoaparát musel skladať klasické HDR z úplne samostatných fotografií.
HDR nekončí pri prvom priblížení
Mobilné fotoaparáty majú ešte jeden problém. Kvalita fotografie sa často výrazne zmení v momente, keď začnete zoomovať. Telefón môže prepnúť na iný snímač, orezať časť hlavného snímača alebo použiť odlišný spôsob spracovania HDR. HPC podporuje single-frame HDR pri 1×, 1,5×, 2×, 3× aj 4× in-sensor zoome. Snímač pri tom využíva interný downscaling a prácu iba s príslušnou časťou svojej vysokej natívnej plochy.
Práve tu začína 200 Mpx dávať väčší praktický zmysel. Vysoké natívne rozlíšenie poskytuje dostatok obrazových bodov na orezanie stredu snímača bez okamžitého pádu na veľmi nízke výsledné rozlíšenie. Samsung už pri skorších 200 Mpx snímačoch ukázal in-sensor zoom do 4×, pri ktorom môže výsledná fotografia stále obsahovať približne 12,5 Mpx. HPC k tomu pridáva možnosť udržať HDR aj naprieč viacerými stupňami priblíženia.
Netreba si však in-sensor zoom zamieňať s optickým zoomom. Ohnisková vzdialenosť objektívu sa nemení. Snímač iba využíva menšiu časť svojej plochy a vysoké rozlíšenie mu umožňuje udržať použiteľný počet obrazových bodov. Samostatný teleobjektív s vhodnou optikou môže mať pri väčších priblíženiach stále výhodu.
Tetra²pixel RGB Bayer Pattern
HPC navyše používa farebný filter Tetra²pixel RGB Bayer Pattern. Technológia Tetra²pixel umožňuje podľa svetelných podmienok pracovať s jednotlivými 0,6 μm pixelmi alebo susedné pixely spájať.
Pri plnom rozlíšení pracuje snímač s 200 Mpx a základnými 0,6 μm pixelmi. Spojením štyroch susedných pixelov vytvorí 50 Mpx režim, ktorý obrazovo pracuje s blokmi zodpovedajúcimi približne 1,2 μm. Spojením šestnástich pixelov získava 12,5 Mpx režim a blok približne 2,4 μm. Fyzické pixely samozrejme nezväčší; ide o spoločné spracovanie ich signálu.
V plnom 200 Mpx režime musí snímač naopak použiť remosaic, teda preusporiadať informácie z farebnej pixelovej štruktúry do výsledného RGB obrazu. Aj preto 200 Mpx fotografia vyžaduje viac výpočtov a dát než bežná 12,5 Mpx fotografia.
Rozdiel dobre vidieť na rýchlosti čítania. HPC zvláda pri plných 200 Mpx 7,5 snímky za sekundu, pri 50 Mpx 30 snímok za sekundu a pri 12,5 Mpx až 180 snímok za sekundu.
Super QPD využíva pixely aj na zaostrovanie
Samsung pri HPC používa automatické zaostrovanie Super QPD s fázovou detekciou PDAF. Pri princípe Super QPD prekrýva jedna mikročočka štvoricu susedných pixelov a snímač môže porovnávať fázový rozdiel horizontálne aj vertikálne.
Výhodou je množstvo dostupných bodov pre detekciu zaostrenia. Fotoaparát tak nemusí vyhradiť iba malú časť pixelov výhradne na PDAF a môže lepšie reagovať na objekty s hranami orientovanými rôznymi smermi. Samsung používal Super QPD už pri predchádzajúcich 200 Mpx snímačoch, takže tu nejde o technológiu vytvorenú až pre HPC.
Za pozornosť stojí aj malá, no dôležitá poznámka pri videu. Maximálnych 4K pri 180 fps platí pri čiastočnom využití pixelov pre fázové zaostrovanie. Ak telefón použije PDAF na všetkých pixeloch, snímač podporuje v 4K najviac 120 fps.
Video ide až na 4K pri 180 fps
HPC dokáže zaznamenávať 8K pri 30 fps, 4K až pri 180 fps a Full HD až pri 360 fps. Pri Full HD 360 fps však Samsung počíta s režimom bez automatického zaostrovania. Prakticky je najzaujímavejší údaj 4K/180 fps než samotné 8K.
Pri prehrávaní výsledku rýchlosťou 30 fps môžete 180-fps záznam spomaliť šesťnásobne bez dopočítavania medzisnímok. Pri 60 fps dostanete trojnásobné spomalenie. Vysoká snímková frekvencia zároveň kladie veľké nároky na procesor telefónu, pamäťovú priepustnosť, úložisko aj chladenie, takže konkrétny smartfón nemusí sprístupniť všetky režimy, ktoré samotný snímač technicky zvláda.
RAW16 ešte neznamená 16-bitový RAW
Podpora RAW16 na úrovni snímača je dôležitá, no treba oddeliť schopnosť senzora od schopností celého telefónu. Medzi snímačom a výsledným súborom stojí obrazový procesor ISP, aplikačný procesor, ovládač fotoaparátu, operačný systém a samotná fotografická aplikácia.
Výrobca telefónu preto môže použiť 16-bitové dáta iba interne na výpočet HDR a používateľovi uložiť klasický JPEG, HEIF alebo RAW s nižšou bitovou hĺbkou. Až kompletná 16-bitová cesta od senzora po výsledný súbor umožní fotografovi využiť celý rozsah aj pri úpravách fotografie.
HPC podporuje aj RAW10, RAW12 a RAW14, takže výrobcovia telefónov nemusia vždy prenášať najobjemnejší RAW16. Vyššia bitová hĺbka znamená viac dát, vyššie nároky na prenos a ďalšie spracovanie.
Stále ide o rolling shutter
ISOCELL HPC používa elektronický rolling shutter. Snímač teda neodčíta celý obraz v úplne rovnakom okamihu, ale postupne po riadkoch. Pri rýchlom pohybe fotoaparátu alebo objektu preto môže teoreticky vzniknúť geometrické skreslenie typické pre rolling shutter.
Vysoká rýchlosť čítania tento jav môže zmierniť, ale samotná architektúra ho neodstraňuje. HPC teda nie je global-shutter snímač.
Pre prenos dát podporuje štvorlinkové rozhranie D-PHY s rýchlosťou 2,5 Gbit/s na linku alebo C-PHY s tromi trios a rýchlosťou 5,0 Gsps na trio. Analógový zisk dosahuje 16× pri plnom rozlíšení a až 160× v 12,5 Mpx režime. Samsung udáva prevádzkovú teplotu od -20 do +85 °C.
Samsung už spustil sériovú výrobu HPC, no k polovici augusta 2026 žiadny výrobca smartfónov oficiálne nepotvrdil konkrétny model, ktorý ho dostane. Správy o budúcich zariadeniach preto zatiaľ treba brať ako neoficiálne informácie.
ISOCELL HPC však ukazuje, kam sa vývoj mobilných fotoaparátov posúva. Samotná naháňačka za rozlíšením prináša čoraz menší úžitok. Väčší priestor na zlepšenie leží v tom, koľko kvalitného signálu dokáže každý pixel vytvoriť, aký dynamický rozsah zvládne v jednom okamihu a ako dobre dokáže snímač využiť svoje vysoké rozlíšenie pri zoomovaní. Presne na tieto oblasti sa Samsung pri HPC sústredil.
Tento článok napísala umelá inteligencia ChatGPT od OpenAI. Článok bol skontrolovaný redakciou TECHBOX.
