Телефоны с камерами быстро менялись на протяжении многих лет, с того момента, когда в 2000 году был представлен первый телефон с камерой, оснащенный 0,35-мегапиксельным сенсором. Прошло еще 20 лет, и появился Samsung Galaxy S21 Ultra 5G – четырехкамерный смартфон с основной 108 Мп камерой и 100-кратным “космическим зумом”.
Почему большое количество мегапикселей или сенсоров не означает лучшую производительность камеры? Что такое мегапиксель или диафрагма? И что ещё имеет значение при выборе телефона с хорошей камерой? Давайте разберёмся.
Аппаратные средства камеры
– Объектив
– Диафрагма
– Сенсор (Матрица)
– ISP (Процессор обработки сигналов изображения)
– Стабилизация изображения: OIS и EIS
– Автофокус: Лазерный или фазовый
– Как работает камера вашего смартфона
– Почему телефоны оснащаются тройными или четверными камерами?
Объектив
Объектив камеры смартфона – это просто кусок полированного прозрачного материала (пластика или стекла), который фокусирует свет на матрице камеры (сенсоре). Это практически единственная видимая часть камеры смартфона.
Он фокусирует свет, направляя его на матрицу, и передает ей необходимые детали для создания фотографии. Фокусное расстояние камеры вашего телефона определяет поле зрения (насколько широким или узким будет снимок).
Три типа объективов:
– телеобъектив с очень большим фокусным расстоянием (расстояние, на котором еще можно получить четкую фотографию)
– сверхширокоугольный объектив с маленьким фокусным расстоянием
– широкоугольный объектив, который находится между этими двумя диапазонами фокусных расстояний.
Телеобъектив — разновидность длиннофокусного объектива, оптическая конструкция которого позволяет сделать оправу и весь объектив короче, чем его фокусное расстояние. Телеобъектив выполняет функцию масштабирования — обеспечивает увеличение объектов в кадре без потери качества.
Ещё одним шагом вперед является использование перископических камер, которые используют зеркала под углом, чтобы увеличить увеличение, помогая при этом сохранить систему камер плоской в корпусе телефона.
Диафрагма (Апертура)
Диафрагма (Aperture) – это отверстие, которое определяет, сколько света попадёт через объектив на матрицу камеры. Широкая диафрагма позволяет делать более качественные и стабильные снимки при слабом освещении.
Диафрагма обозначается символом ƒ-стоп (ƒ/). Чем меньше число ƒ/, тем шире диафрагма. Это означает, что диафрагма полностью открыта при ƒ/1,7 и почти полностью закрыта при ƒ/8 и выше. Большинство камер смартфонов поставляются с фиксированной диафрагмой, что означает, что она не регулируется.
Размытие фона в портретном режиме телефона достигается отчасти благодаря широкой (ƒ/1,7 или около того) диафрагме. Более широкая диафрагма обеспечивает малую глубину резкости, что означает размытие всего, что находится за/вокруг объекта в фокусе. Большая глубина резкости – это когда фон также сфокусирован, как и объект съёки.
Например, основная камера Samsung Galaxy S9 имеет диафрагму ƒ/1,5, а сверхширокоугольный объектив – диафрагму ƒ/2,4. Смартфоны стремятся к более низкому числу ƒ/, чтобы сенсор мог захватывать более яркие изображения в условиях низкой освещённости.
Сенсор (Матрица)
Это часть камеры вашего смартфона, где свет извне преобразуется в сигналы, что ещё на один шаг приближает его к превращению в фотографию. Сенсор – одна из самых сложных частей камеры смартфона.
Мегапиксель (Мп, англ. megapixel) —один миллион (1 000 000) пикселей, формирующих изображение. В мегапикселях измеряется одна из важных характеристик цифрового фотоаппарата — разрешение матрицы.
Когда вы говорите, что ваш телефон оснащен камерой 12 Мп, вы, по сути, говорите о сенсоре. Камера 12 Мп означает, что матрица этой камеры имеет 12 мегапикселей. Таким образом, сенсор камеры вашего смартфона имеет 12 миллионов крошечных квадратиков с красным, зелёным и синим цветовыми фильтрами для улавливания света, поступающего извне.
Больше пикселей – не всегда лучшее качество.
Техническое название пикселя – фотосит, а фотосит бывает разных размеров, измеряемых в микрометрах или мкм. Проще говоря, чем больше фоторешётка, тем больше света она может захватить. Поэтому камера смартфона с 64-мегапиксельной матрицей с пикселем/фотоситом размером 0,8 мкм может работать не так хорошо, как 12-мегапиксельная матрица с пикселем 2,4 мкм.
В статье на сайте The Smartphone Photographer рассказывается о камерах Samsung Galaxy S20 Ultra. 108-Мп камера телефона имеет размер пикселя 0,8 мкм, который установлен в соотношении 9:1, что делает 2,4 мкм большой суперпиксель, что хорошо. Для сравнения, у зеркальной камеры размер отдельных пикселей может достигать 8,4 мкм.
ISP (Процессор обработки сигналов изображения)
ISP или Процессор Обработки Сигналов Изображения – это мозг камеры. Основная работа ISP заключается в преобразовании сигнала изображения в изображение, которое вы видите на дисплее телефона. Современные ISP делают гораздо больше, чем просто преобразование света из сигнала в изображение.
ISP смартфонов выполняет коррекцию HDR (High Dynamic Range Imaging, HDRI или просто HDR — технологии работы с изображениями, диапазон яркости которых превышает возможности стандартных технологий), цветокоррекцию, восстановление повреждённых пикселей и даже коррекцию Искусственным Интеллектом для улучшения качества изображения.
Обычно ISP встроен в чип телефона, поэтому физический модуль камеры телефона хорош лишь настолько, насколько хорош процессор, помогающий ему. Например, последний процессор Qualcomm Snapdragon 888 поставляется с ISP Qualcomm Spectra 580.
Компания усовершенствовала ISP до такого уровня, что телефоны, оснащенные чипом Snapdragon 888, могут делать снимки с разрешением до 28 Мп со всех объективов тройной камеры одновременно. В пересчёте на пиксели это означает, что ISP оптимизирован для одновременной обработки света, захваченного 84 миллионами пикселей.
Стабилизация изображения: OIS и EIS
Если вы, как и я, не можете удержать телефон в неподвижном состоянии при съёмке, а потом удивляетесь, когда снимок не получается размытым, то вы должны поблагодарить за это стабилизацию изображения. Стабилизация изображения может быть выполнена одним из двух способов – оптическим или электронным.
Оптическая стабилизация изображения (OIS) – это решение, встроенное в аппаратную часть камеры, и работает довольно просто: гироскоп в камере обнаруживает движения и смещает камеру в направлении, противоположном движению.
Электронная стабилизация изображения (EIS) – это программное решение, которое использует акселерометр вашего телефона для обнаружения движений, а в наше время пытается удержать фокус камеры на определенной точке при обработке изображения. Одним из ярких примеров является режим “Super Steady” на Samsung Galaxy S21 Ultra.
Эти два метода могут быть и часто комбинируются для получения максимально стабильного изображения, что называется гибридной стабилизацией изображения.
Автофокус: Лазерный или фазовый
Автофокусировка (AF) на вашей камере – это метод настройки объектива вашей камеры для получения резкого изображения.
Лазерный автофокус: Вы можете думать о лазерах как об оружие будущего из «Звёздных войн», но в лазерном автофокусе (Laser AF) смартфона он реализован в виде инфракрасного луча света. По сути, инфракрасный свет встроен в систему вашей камеры. При съёмке испускается инфракрасный свет, и время, которое требуется лучу, чтобы вернуться от объекта съёмки, используется для расчета расстояния до него, а объектив настраивается соответствующим образом. Это выгодно, поскольку работает при любых условиях освещения и очень быстро.
Автофокус с фазовой детекцией (PDAF): Фазовый автофокус – это метод, который анализирует свет при двух разных диафрагмах с разных сторон объектива и настраивает объектив до тех пор, пока эти два луча света не попадут на матрицу.
Как работает камера вашего смартфона
Теперь, когда вы знаете компоненты камеры смартфона, давайте сложим общую картину. В обычной зеркальной камере вы можете настроить фокус, диафрагму, выдержку, ISO (ISO — это светочувствительность матрицы, важнейший параметр, определяющий общее качество снимка. Минимальные доступные значения ISO — 50, 100, 150. Чем выше значение ISO, то тем больше шансов, что камера сделает снимок в полной темноте!), а затем нажать на кнопку и сделать снимок. Однако камера телефона значительно отличается, но принципы остаются теми же.
Фокусное расстояние и диафрагма на телефонной камере фиксированы, также нет физического затвора. Поэтому вы управляете количеством света, включив сенсор. Когда вы «щёлкаете» затвором, ваш телефон включает сенсор и начинает улавливать свет. Как только он уловит достаточно света, датчик преобразует его в сигнал и отправляет в ISP.
Затем ISP принимает сигнал, делает необходимую коррекцию, и вы видите окончательное изображение на экране вашего телефона.
Когда вы нажимаете на изображение при слабом освещении, вы заметите, что полученное изображение будет ярче и намного лучше, чем то, что вы видели, когда собирались нажать на него. Это волшебство, которое делает ISP или процессор сигналов изображения вашего телефона.
Почему телефоны оснащены тройными или четверными камерами?
Объективы зеркальных фотоаппаратов имеют переменное фокусное расстояние, что дает возможность плавно увеличивать или уменьшать изображение. Поскольку в телефонах эта функция еще не была реализована, смартфоны сейчас оснащены широкоугольными объективами, сверхширокоугольными, телеобъективами и макрообъективами.
ISP стали более совершенными, и компоненты могут занимать гораздо меньше места, что делает телефоны способными вмещать несколько камер. Поэтому, записывая видео на телефон, вы можете оптически увеличивать или уменьшать масштаб изображения без ущерба для его качества.
