Samsung presenteerde dinsdag zijn HN2-sensor voor telefoons. Die heeft een oppervlakte van ongeveer 98 vierkante millimeter en is daarmee de grootste tot nu toe. De trend van grotere camerasensors voor telefoons zien we nu een paar jaar en lijkt niet te stoppen.
Misschien had ik eerst koffie moeten nemen, bedacht ik me. Het was maandagochtend 27 februari 2012, bijna negen jaar geleden en in Barcelona zou die ochtend telecombeurs Mobile World Congress beginnen. In mijn mailbox was een bericht geploft waarvan ik zeker wist dat het niet kón kloppen. Daarin stond: "De Nokia 808 PureView heeft een grote 41-megapixelsensor met een Carl Zeiss-lens en een nieuwe oversamplingtechniek." Tot dan toe gingen telefooncamera's niet verder dan 12 megapixel. Nokia zal toch wel '14 megapixel' bedoeld hebben?
Maar nee: het ging echt om een telefoon met 41-megapixelcamera. En die camera was ook nog eens groot. In een tijd waarin de meeste telefoons camerasensors hadden van maximaal 15 vierkante millimeter, was dit een sensor van 85 vierkante millimeter.
Je zou denken dat Nokia hiermee de trendsetter was en dat daarna andere fabrikanten ook aan de slag gingen met grotere camerasensors. Maar nee, het zou nog jaren duren voordat smartphones grotere camerasensors zouden krijgen.
Het waarom en hoe van grotere sensors
De reden dat Nokia toen al en andere smartphonemakers ook nu steeds grotere camerasensors in hun telefoons willen, is eenvoudig. Een grotere sensor vangt meer licht en met meer licht kun je betere foto's maken.
Die voor begrippen van toen krankzinnig hoge resolutie van 41 megapixel was ook toen al niet nodig. De telefoon gebruikte informatie uit meerdere pixels voor één pixel op de foto: pixel binning. Dat was op de Nokia 808 en de latere Lumia 1020 uit 2013 puur een softwarekwestie. Dat is nu wel anders: nu zitten meerdere pixels met dezelfde kleur in groepjes bij elkaar op de sensor, bijvoorbeeld 2x2 of 3x3. De camerasensor is dus voorbereid op het combineren van de pixels.
Dat de Nokia 808 en Lumia 1020 geen trend hebben gezet, is logisch. Een grote camerasensor vereist veel van het ontwerp; er moet ruimte voor zijn in de behuizing, zowel op het gebied van lengte en breedte als op dat van dikte. De verdikking bij de camera was toen bij smartphones nog lang niet zo ingeburgerd als nu.
De reden dat fabrikanten later weer gingen kijken naar grotere camerasensors, is de groei van telefoons. Dat kwam door het groeien van schermen. In het 16:9-tijdperk gingen schermen al van 4" rond 2010 naar 5,5" rond 2015, maar toen de langere schermen kwamen, ging dat al snel naar schermen van 6" en groter. Niet alleen schermen, maar ook telefoons werden groter.
Die grotere telefoons hebben uiteraard een grotere inhoud en dus ruimte voor meerdere en grotere camerasensors en de benodigde lenzen. Na de Nokia Lumia 1020 hadden telefoons lange tijd maximaal camerasensors van rond 28 vierkante millimeter, ofwel het 1/2,3"-formaat.
De pioniers met grotere sensors
Er waren wel een paar experimenten met telefoons die een grote camerasensor hadden in een kleine behuizing, zoals de Panasonic CM1, voorzien van de 1"-sensor van een compactcamera. De eerste bekende smartphonemaker die een telefoon met grotere camerasensor maakte, was Huawei. De Chinese fabrikant voorzag zijn begin 2018 aangekondigde P20 Pro van een 40-megapixelcamera met een oppervlakte van ongeveer 43 vierkante millimeter.
Daarna ging het snel; voor goedkope telefoons kwamen er ook grotere camerasensors, zoals de Sony IMX586 van 30 vierkante millimeter en een resolutie van 48 megapixels. Die belandde in telefoons vanaf ongeveer 150 euro en zorgde ervoor dat elke telefoon een grote camerasensor aan boord kon krijgen. Ook kwam er een 64-megapixelsensor van ongeveer 38 vierkante millimeter, die ook in veel telefoons kwam.
:strip_exif()/i/2004077938.jpeg?f=imagenormal)
Steeds grotere sensors in smartphones. Bron: Counterpoint Research
Omdat een hogere resolutie aanlokkelijk lijkt, kwam Xiaomi eind 2019 met de Mi Note 10, met 108-megapixelsensor van Samsung. Samsung gebruikte een opvolger daarvan in zijn Galaxy S20 Ultra van vorig jaar. Het zijn sensors van tegen 70 vierkante millimeter, met 108 miljoen kleine pixels van 0,8 micron. Er kwam ook een variant van de 108-megapixelsensor met nog kleinere pixels van 0,7 micron.
Behalve met de sensor met heel veel kleine pixels, begon Samsung ook met de ontwikkeling van grote sensors met pixels van een normaler formaat. De GN1 van vorig jaar heeft een resolutie van 50 megapixel met pixels van 1,2 micron en nu is er dus een variant met diezelfde resolutie, maar pixels van 1,4 micron: de GN2.
Apple zit inmiddels ook niet helemaal stil. De iPhone 12 Pro Max heeft een primaire sensor van 35 vierkante millimeter, een 12-megapixelcamera met 1,7 micron grote pixels. Dat is nog altijd een stuk groter dan de traditionele sensor van ongeveer 23 vierkante millimeter van de andere iPhone 12-modellen.
Telefoon | Jaar | Sensor | Resolutie | Oppervlakte | Optisch formaat |
Nog niet bekend | 2021 | Samsung GN2 | 50MP | 98mm² | 1/1,12" |
Nokia 808 PureView | 2012 | - | 41MP | 80mm² | 1/1,2" |
Huawei P40 Pro | 2020 | Sony IMX700 | 50MP | 74mm² | 1/1,28" |
Samsung Galaxy S21 Ultra | 2021 | Samsung HM3 | 108MP | 69mm² | 1/1,33" |
OnePlus 8 Pro | 2020 | Sony IMX689 | 48MP | 60mm² | 1/1,43" |
Nokia Lumia 1020 | 2013 | - | 41MP | 51mm² | 1/1,5" |
Samsung Galaxy A71 | 2020 | Samsung GW1 | 64MP | 43mm² | 1/1,73" |
Apple iPhone 12 Pro Max | 2020 | - | 12MP | 34mm² | 1/1,9" |
Samsung Galaxy A51 | 2020 | Samsung GM1 | 48MP | 31mm² | 1/2,0" |
Apple iPhone 12 Pro | 2020 | - | 12MP | 24mm² | 1/2,5" |
Google Pixel 4a | 2020 | Sony IMX363 | 12MP | 24mm² | 1/2,5" |
Wie de tabel bekijkt - hij is geenszins compleet, maar geeft een beeld van populaire camerasensors en telefoons - ziet dat de grootte en de resolutie lang niet altijd corresponderen. Een 48-megapixelcamera kan een sensor hebben van 31 vierkante millimeter, zoals in veel goedkopere telefoons als de Galaxy A51 van Samsung, maar een 48-megapixelsensor kan ook een twee keer zo grote oppervlakte hebben, zoals in de OnePlus 8 Pro.
Camerasensors voor telefoons zijn in de afgelopen jaren dus steeds groter geworden, maar daar zit een limiet aan. Als de sensor groter is, moet bij dezelfde beeldhoek de lens verder weg zitten, dus moet de telefoon dikker zijn om de camera te huisvesten. Veel telefoons hebben daarom al stevige verdikkingen voor de camera. Ook passen telefoonmakers de beeldhoek licht aan. De Samsung Galaxy S21 Ultra heeft bijvoorbeeld een 24mm-beeldhoek in 35mm-equivalent, terwijl de S21, die voorzien is van een kleinere sensor, een 26mm-beeldhoek heeft. Huawei doet iets vergelijkbaars met de P40 Pro, met een 23mm-lens.
Dat is geen nieuw probleem; de Nokia 808 en Lumia 1020 hadden al een behoorlijke verdikking voor de camera en nu keert hetzelfde probleem terug. Er zijn oplossingen; bijvoorbeeld periscopische lenzen om het beeld een kwartslag te buigen, zoals nu bij camera's met telelenzen in telefoons gebeurt. Ook is het mogelijk om de grote sensor te voorzien van een ultragroothoeklens, waardoor het brandpunt omlaag kan en de telefoon niet zo dik hoeft. Dat zou misschien verschuiven wat wij zien als 'primaire camera' op een telefoon.
Daar komt bij dat de grootte van de sensor maar één deel is van een camerasysteem voor telefoons. Ook de lenzen spelen mee. Achter de camera zit verder een image signal processor die de beelden moet verwerken. Dan is er nog een autofocussysteem. De soc heeft neurale kernen om bewerkingen aan te passen aan de hand van beeldherkenning en er is andere software die een grote invloed heeft op het eindresultaat dat uiteindelijk op het beeld van je telefoon verschijnt.
Maar het is lastig vechten tegen natuurwetten. Als al het andere gelijk blijft, vangt een grotere sensor meer licht op dan een kleinere. Inmiddels is het knap lastig om een telefoon te vinden met een kleine primaire camera en dat is hopelijk winst voor iedereen.