RSS    

Видеокурсы

Видеокурсы по ВТ

Опасности в социальных сетях

Социальные сети

Программы для бесплатного просмотра online tv...  

Компьютер заражен? Есть несколько вариантов вылечить ПК...

Стандарт LTE - Long-Term Evolution - или стандарт связи четвертого поколения (4G) считается перспективным... 



Камера смартфона: важны не только пиксели, но и оптика

Реклама цифровых камер и смартфонов часто подчеркивает количество пикселей на матрице камеры на том основании, что большие цифры хороши, и огромные - еще лучше. Разрешающая способность объектива никогда не упоминается - в самом деле,  при описании смартфонов объектив камеры вообще редко упоминается. Производители телефонов часто разделяют матрицы и линзы, так как светочувствительные матрицы являются относительно дешевыми по сравнению с качественными линзами, и не редкость найти матрицу с высоким разрешением в сочетании с объективом низкой разрешающей способности. В этом случае, разрешение камеры ограничено разрешением объектива и истинное разрешение камеры ниже, чем заявляется в рекламе.

Разрешение

Разрешение - способность любого устройства формировать изображение так, чтобы показать достаточный контраст между элементами мелких деталей в изображении, так что эти детали можно увидеть, и они проявляются не просто как размытие. Шаблон перемежающихся черных и белых линий часто используется в качестве эталона при измерении и определении разрешения, и единицей измерения этой частоты является число парных линий на миллиметр (пл/мм) - на определенном уровне контраста между черным и белым.

Аналого-цифровая выборка

Требование, в соответствии с теорией дискретизации Найквиста, при преобразовании между аналоговым и цифровым это то, что цифровые выборки должны проводиться по крайней мере в два раза чаще аналоговых. Это означает, что каждый датчик сенсора должен уметь определять детали изображения размером в одну четверть пикселя. 

Типичные линзы и объективы

Пожалуй, наиболее важным фактором для линз является диаметр. Даже если все другие аспекты линзы идеальны, диаметр накладывает ограничение на разрешение и на то, как много света объектив может пропустить, с более большими линзами объектив будет иметь высокое разрешение и пропускать больше света. Диаметр линзы типичных цифровых камер находится в диапазоне от около 10 мм до 50 мм, или больше, в то время как камера смартфона намного меньше, как правило, около 2 мм в диаметре. Несмотря на небольшой размер объектива, смартфоны часто оснащены матрицами с высоким количеством пикселей: 20-мегапиксельные сенсоры, такие как Sony IMX220, не являются редкостью, впечатляя способностью выдавать высоко детализированные изображения.

Диафрагмы

Традиционные объективы, как правило, имеют диафрагму, которая позволяет фотографу контролировать количество света, проходящего через объектив. Это также позволяет творчески использовать широкие вариации в глубине резкости - одна из самых отличительных черт пленки и на что видеокамеры с ограниченной оптикой не очень способны. Это объясняет популярность цифровых зеркальных камер с возможностью воспроизведения видео, потому что их более крупные датчики и сменные объективы позволяют снимать в диапазоне диафрагмы на всю глубину резкости.

Большинство камер смартфонов имеют фиксированную апертуру (объектив "широко открыт"), чтобы позволить максимальному количеству света пройти через относительно небольшую линзу, но для камеры с переменной апертурой диаметр объектива становится ограничивающим фактором. Для оценки фотографы  используют такой параметр, как диаметр апертуры 'f', где f равен фокусному расстоянию, разделенному на диаметр апертуры. У типичных камер смартфона f приблизительно 2.0 и фокусное расстояние 3 мм - 5 мм. Например, f 2.2 и фокусное расстояние 4.8 мм для камеры заднего вида MX4 Meizu дают апертуру 2.18 мм диаметром; у Aquaris E4.5 BQ есть более короткое фокусное расстояние 3.5 мм и f 2.4 для апертуры 1.46 мм.

Каждое снижение F на объективе камеры удваивает площадь апертуры и, следовательно, удваивает количество света, проходящего через объектив.

Качество объектива

Качество линз, как правило, оценивается с помощью функции передачи модуляции (MTF). По сути это характеристики искажений объектива от его центра к краю, таких, как дифракция и оптическая аберрация. Однако даже самый совершенный объектив ограничен в своей разрешающей способности по дифракции, которая возникает, когда свет проходит через небольшое отверстие, чтобы упасть на плоскость изображения, такую, как сенсор камеры. Свет распространяется полусферическими волнами за пределами проема, и эти интерференционные эффекты вызывают светлые и темные кольца на изображении, в результате чего появляется размытие. В этом случае, разрешение объектива достигает дифракционного предела.

До достижения дифракционного предела разрешение объектива камеры может быть ограничено аберрацией, хотя оптическая аберрация некоторых из лучших линз, доступных сегодня, достаточно низка, так что дифракции делает возможным установить лимит на производительность. Дело здесь в том, что, в то время как оптическая аберрация может быть минимизирована хорошим дизайном, дифракционный предел, который непосредственно связан с диаметром объектива (/апертурой), ставит абсолютный физический предел на качестве объектива.

smartphone-cameras-airy-pattern1

Для идеально круглого отверстия плоский дифракционный рисунок называется «диском Эйри», в честь его первооткрывателя Джорджа Эйри. Размер кружка рассеивания используется в качестве определения теоретического предела разрешающей способности оптической системы (определяется как диаметр первого тёмного круга).

Расчет разрешение объектива

К счастью, предел разрешения объектива камеры смартфона (или любого объектива) вследствие дифракции можно довольно легко вычисляется на основе информации, которую многие производители указывают: число f для объектива.

smartphone-cameras-equation1

Эта простая формула позволяет вычислить разрешение объектива: Dx - расстояние между двумя точками изображения на пределе разрешения, f - число f для объектива и λ - длина волны света. 

Камеры без объектива

Учитывая, что объективы стоят дорого, при этом чем выше качество, тем выше цена, а физика накладывает свое ограничение на качество - и связано оно в том числе с размером, очень дешевый датчик изображения можно получить путем отказа от обычного объектива вообще.

Принцип камеры без объектива был известен на протяжении более 2000 лет в виде камеры-обскуры (от лат. «темная комната») и более поздних портативных камер с точечной диафрагмой, где небольшие круглые отверстия действует как линза. Исследователи калифорнийской Rambus Labs думают, что практические, небольшие, безобъективные цифровые камеры могут быть возможны, если поместить тонкий слой стекла с нанесенным на него спиральным дифракционным изображением, прямо над сенсором изображения. Технология называется LSS (Lens-less Smart Sensor).

Реальное сравнение

Уравнение дифракции является полезным инструментом для сравнения камер в конкретных смартфонах. При условии, что производители смартфона указывают число f для объектива и количество пикселей датчика, оптический предел на разрешение вследствие дифракции можно рассчитать из числа f и сравнивать непосредственно с количеством пикселей. В свою очередь, эти параметры могут быть оценены в сравнении с количеством мегапикселей (МП) на сенсоре камеры, что проиллюстрирует, насколько значимым является количество MP.

smartphone-cameras-megapixels1

Этот график показывает количество мегапикселей задней камеры, рассчитанной (где больше, тем «лучше») для группы смартфонов.

smartphone-cameras-dx1

Этот график показывает вычисленное разрешение вследствие дифракции (расстояние Dx в микронах между центрами смежных дисков Эйри) и указанный размер пикселей (также в микронах) сенсора камеры той же группы смартфонов (чем меньше, тем лучше в обоих случаях).

Судя только по мегапикселям, может показаться, что Meizu MX4 с более чем 20MP имеет превосходную камеру, с соотношением 1,79 к 1 в группе от большего к меньшему. Однако, глядя на второй график, ясно, что G4 LG и Samsung Galaxy S6 должны выдавать лучшие изображения, по крайней мере, с точки зрения четкости. 

Сравнение количества пикселей и Dx также показывает, что количество пикселей, как правило, составляет около половины вычисляемого размер Dx. Конечно, это неплохо - иметь камеру с разрешением, которая превышает ее оптику. Хотя существуют и другие факторы, такие, как внутренняя обработка изображений и цветовая гамма, которые будут влиять на окончательное качество снятого изображения.

Оставьте свой отзыв:

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

 

Самое читаемое:

Быстрый поиск

Группа вКонтакте: новости

 

Новости в Twitter и Facebook

  подписка на новости в twitter              Подписка на новости facebook

Инструкции к программам

Инструкции к программам

Новые информационные технологии и программы