Mer än megapixel

5-megapixelmobiler börjar bli vardagsmat, och Sony Ericsson har nu lanserat sin första mobiltelefon för den svenska marknaden med 8 megapixel. Men alla som jämfört bilderna från en vanlig kamera med samma megapixeltal vet att 5-megapixelmobilen inte kan mäta sig med 5-megapixelkameran. Vi förklarar varför.

Antalet megapixel har blivit det främsta prestandamåttet för kameror, i synnerhet för mobilkameror, där det ofta är det enda man anger, ibland med tilläggen om den har autofokus och hur många gångers digital zoom den har. Men det är sällan megapixlarna som sätter gränsen för hur bra bilden blir.

En av de viktigaste begränsningarna är i stället kameralinsen. Jämför storleken på linsen på även den billigaste digitalkamera med din mobil och du ser att mobilens kameralins bara är en bråkdel av storleken.

Detta får två effekter. För det första får ojämnheter i linsen, betydligt större effekt på bildkvaliteten på mobilkameran än på den vanliga kameran. Det blir mycket svårare att göra mobilkameralinsen bra, i synnerhet som budgeten för detta är högst begränsad om inte kostnaden för mobilen ska skena iväg. Man känner igen brister i linskvaliteten bland annat på oskärpa och färgförvrängning i bildens kanter, linjer som böjer sig, med mera.

För det andra tar en mindre lins in mycket mindre mängd ljus än en större lins. Ljusmängden är det som mer än någonting annat begränsar hur mycket information, det vill säga hur mycket skärpa och detaljrikedom du kan få ut ur bilden.

För att förklara varför kan vi gå tillbaka till bildsensorn med dess megapixlar. Man kan säga att varje megapixel skapas av en miljon ljuskänsliga sensorer som registrerar det inkommande ljuset i en viss färg för varje given punkt. Bilden kan naturligtvis inte bli skarpare än antalet punkter i som mäter ljuset.

Men tänk dig nu att du dubblerar antalet pixlar. Du får då betydligt fler pixlar på samma yta och därför möjligheten att visa fler detaljer, men det är fortfarande samma mängd ljus som faller på ytan, så varje sensor får en mindre mängd ljus att arbeta med.

Man kan jämföra med en regnmätare. Det finns regnmätare med olika stora tratt. Ju större tratt, desto mer regn samlar man in, och desto lättare blir det att läsa av hur många millimeter som fallit.

Ju mindre ljus varje pixel får, desto svårare har den alltså att skilja ljus från mörker. Var den där punkten verkligen ljusgrön, eller var den mörkgrön? Små slumpmässiga skillnader kan avgöra utfallet, och resultatet blir ett brus i bilden. Ju mindre punkter, desto svårare får alltså sensorn att korrekt ange färg och ljusstyrka för varje punkt, åtminstone om man har en så liten lins som i en mobilkamera. Sensorerna har utvecklats för att utnyttja ytan bättre och på så vis få fler megapixel utan att varje punkt blir mindre, men det går bara till en viss gräns.

Bruset i bilden förstärks också av att ju mindre man gör sensorn, desto mindre mängd ljusenergi klarar den av att ta in innan den blir helt överbelastad och anger maxvärde. För att fortsätta med liknelsen med regnmätaren kan du tänka dig att du bara har plats för ett väldigt litet uppsamlingskärl för regnet, som snabbt svämmar över vid ett skyfall. Detta märker man också klart och tydligt på mobilkameror, där ljusa områden väldigt lätt blir helvita och alla detaljer försvinner.

Till en viss gräns kan man dölja dessa problem med efterbehandling av bilden av telefonens programvara. Om man till exempel har en blå himmel och får en flammig blå yta kanske bildbehandlingsprogrammet kan sluta sig till att alla dessa bildpunkter med nästan samma värde egentligen ska ha samma värde. Men denna typ av bildbehandling gör även att detaljer i bilden försvinner, till exempel lövverket hos träd.

Inte bara linsens och sensorns storlek påverkar, även den minimala bländaröppningen sätter fysikaliska käppar i hjulet för mobilkameran. Utan att gå in allt för mycket på optik gör ljusets vågegenskap att ju mindre bländaröppning du har, desto mer diffraktion som gör att det infallande ljuset sprids, och du får en grundläggande oskärpa. Om pixlarna är mindre än det infallande ljusets spridningsoskärpa säger det sig själv att det inte går att göra bilden skarpare med fler och mindre pixlar.

Liten bländaröppning innebär också stort skärpedjup. Det har naturligtvis sina fördelar då det inte blir lika petigt med att få fokus exakt rätt, men det är till nackdel när du till exempel ska ta porträttbilder och bakgrunden blir skarp och rörig i stället för snyggt utsuddad.

Så varför gör man då inte linsen, bländaren och sensorn större och bättre på mobiltelefonen? Svaret är vikt, pris och storlek. För att få glädje av den större linsen behöver man också en större bildsensor och ett större djup i kameran. I länder som Japan och Korea har det funnits mobiltelefoner med 8-megapixel sedan flera år, med vad som påminner om objektivet på en vanlig digitalkamera. Förmodligen anses man vara beredd att betala mer för en tyngre mobiltelefon i dessa länder än här.

Flera mobiltillverkare har tagit hjälp av kända optikföretag som Carl Zeiss, Schneider-Kreuznach eller Kodak. I praktiken lär dock dessa företag ha mycket litet inverkan på produkten. De är snarare att jämföra med designhus som Prada eller Armani som mot en summa pengar låter mobiltillverkaren sätta deras etikett på sin produkt för att skänka den en aura av exklusivitet. I bästa fall gör optiktillverkarna något slags kvalitetsgranskning av slutprodukten för att se att den inte skulle skada deras goda namn.

Att det står Carl Zeiss på mobilen betyder alltså i praktiken ungefär samma sak som när Sony Ericsson sätter Cybershot på sina kameramobiler. Man ger den ett varumärke som visar att man har en viss ambitionsnivå med produkten.

Klicka på grafiken för högupplöst bild