RSS    

Видеокурсы

Видеокурсы по ВТ


Камеры смартфонов. Прошлое, настоящее и будущее

Из года в год камеры для смартфонов становятся все более успешными, более универсальными и многие люди, отправляясь в путешествие или в гости, оставляют фотоаппараты дома. Итак, каковы технические нововведения, которые сделали Pixel 2 , iPhone X , Galaxy S9, HuaweiP20 и другие лидерами по сравнению с устаревшими флагманами, такими, как iPhone 6 или Galaxy S5?

 

Очевидно, что в технических аспектах фотографии и камеры могут быть очень разными. Но, если смотреть шире, можно заметить общие тенденции,  ключевые моменты и новые технологии, применяемые при разработке камер для смартфонов

 
 

Больше мегапикселей

камеры смартфонов - эволюция

В основе спецификации камеры всегда указывается количество мегапикселей. По сути - это разрешение изображения, которое захватывается сенсором и записывается в виде файла на карту памяти. 

Для сравнения, оригинальный iPhone 2007 года поставлялся с 2-мегапиксельной задней камерой с фиксированным фокусом, способной захватывать изображения размером 1600 x 1200 пикселей. Сегодня у Galaxy S9 и iPhone X используются 12-мегапиксельные камеры. При прочих равных характеристиках это означает, что у новых камер изображения сохраняются в более "детализированном" виде.

 

В первые годы распространения  смартфонов именно мегапиксели камер были тем критерием, по которому определялось качество съемки. Формально, это так и есть. Большее количество точек, из которого состоит изображение означает и лучшую камеру. Но в 2018 году иметь десяток мегапикселей в камере является необходимым, но уже не всегда достаточным качеством. С ростом конкурентной борьбы появился целый ряд других факторов, которые влияют на качество изображения, как вы можете это видеть из обширного списка ниже.

Использование большего количества пикселей в сенсоре того же размера - приводит к уменьшению количества света, попадающий на каждый пиксель в отдельности. Помните HTC UltraPixels, представленный в 2013 году? В смартфоне была попытка уменьшить количество мегапикселей, увеличить размер пикселя и, следовательно, захватить больше света (и, следовательно, деталей), в момент срабатывания камеры. HTC пошла на этот шаг от осознания того факта, что мегапиксельная гонка заканчивается, а производители смартфонов делают улучшения в другом месте.

 

Большие сенсоры

камеры смартфонов - эволюция
 

Достоверный факт - чем больше датчик изображения в камере, тем лучше конечный результат (по существу, он позволяет камере захватывать больше света и больше деталей цвета). Да, с любой камерой вы полагаетесь на то, что несколько компонентов должны слаженно работать вместе, но все же характеристики сенсора являются решающим фактором.

В современных смартфонах мало места внутри. Сенсоры мобильных фотоаппаратов обычно имеют размер между 1/2,3 и 1/3 дюйма, что намного меньше, чем у профессиональной фототехники. Фактически, размер сенсора на протяжении многих лет особо не менялся в смартфонах из-за этих физических ограничений, и производители были вынуждены искать иные способы для улучшения качества съемки.

Вам придется долго исследовать спецификации любого телефона чтобы найти размер используемого в нем сенсора, но Nexus 6P был исключением: 1/2,3-дюймовый сенсор был достаточно неплох для 2015 года, но современные устройства все же намного лучше, чем телефоны прошлых лет. Сравните размер пикселя 6,5 мкм в Nexus 6P с  размером пикселя в 1,4 мкм в камере Google Pixel2, с его 1/2,6-дюймовым сенсором.

 

Ну и конечно, дизайнеры и маркетологи обычно так или иначе обыгрывают размер сенсора и его качество.

 

Более широкая диафрагма 

 стабилизация камеры смартфона

На камерах смартфонов, а также на обычных камерах диафрагма контролирует количество света, которое попадает на датчик изображения. В обычной камере диафрагма управляется, для оптимизации условий освещения, отвечает за размытие изображения и желаемую глубину резкости, но в мире смартфонов, в которых оптическая система сильно ограничена физическими габаритами корпуса, производители телефонов стремятся обеспечить наличие максимально широкой диафрагмы. Это позволяет камерам захватывать как можно больше света в сумеречных съемках, которые мы все так любим делать, сохраняя при этом скорость затвора достаточно быстрой, чтобы ваша фотография не вышла смазанной. (Да, у сверхшироких диафрагм есть свои недостатки, но мы отложим их пока)

Размер диафрагмы измеряется в f-параметрах, и чем меньше f, тем шире диафрагма (или открытие отверстия, через которое на сенсор попадает свет). В прошлом году камера LG V30 установила рекорд с диафрагмой f/1.6, поскольку она превосходила технологию Dual Aperture на Samsung Galaxy S9, которая позволяет переключаться между f/1.5 и f/2.4 в зависимости от условий съемки. 

Более широкие отверстия диафрагм стали обыденностью даже в смартфонах среднего ценового уровня, поскольку качество изготовления линз увеличилось, а это имеет первостепенное значение, если вы хотите захватить больше света и сохранить при этом резкую, сфокусированную картину.

 

Лучшая вспышка

камеры смартфонов - эволюция

Возможно, это не так важно, как некоторые другие компоненты, но встроенная вспышка камеры сделала успехи в те годы, что смартфоны были с нами. Старые телефоны, особенно модели Nokia и Sony, использовали ксеноновую вспышку - очень яркую, но громоздкую и энергоемкую.

 

Сегодня телефоны используют светодиодную или сдвоенную светодиодную вспышку для создания более тонкого эффекта. В случае двойного светодиода они светодиода используются с немного разными цветовыми температурами, теоретически производя конечный результат с лучшим балансом цветов. Посмотрите внимательно на вспышку на задней панели телефона, и вы вполне можете увидеть две миниатюрных светодиода.

Самые последние iPhone'ы включают еще больше улучшений и на реальном примере доказывают, что именно совокупность удачных решений всех задействованных компонент смартфона дает отличный результат. Помимо внедрения инновационной четырехточечной светодиодной вспышки в 2016 году, модели 2017 дебютировали с функцией Slow Sync: она удерживает затвор открытым дольше, чтобы захватить больше света и уменьшить свет, необходимый от вспышки, который может вспыхнуть менее ярко за меньшее время.

 

 

Более быстрый фокус

камеры смартфонов - эволюция
 

Возможно, вы никогда не задумывались над скоростью выполнения снимка (особенно, если вы не занимаетесь съемками спортивных событий)  но на самом деле  скорость съемки - крайне важный параметр в общем качестве вашего снимка. Механизм фокусировки работает, перемещая объектив камеры на крошечных двигателях таким образом, чтобы сделать объект вашей фотографии красивым и понятным. Однако, множество иных аппаратных и программных факторов также находятся в игре - и с годами автофокус телефона стал намного точнее и намного быстрее.

До 2015 года телефонные камеры фокусировались исключительно на контрастных объектах, который они могли обнаружить на сцене. Начиная с Galaxy S5 и iPhone 6, было добавлено фазовое детектирование , встроенное прямо в датчик: он использует информацию, поступающую с обеих сторон объектива, чтобы рассчитать, где находится идеальный фокус (где должны быть точки света). Это быстрее, чем стандартный метод определения контраста, но его эффективность бывает невелика при слабом освещении.

На последних телефонах Galaxy, например, происходит объединение пикселей в небольшие группы  для  улучшения производительности при фокусировке в более темных сценах.  Google Pixel использует  инфракрасный лазер для быстрого измерения расстояния при любом освещении. Опять же, это показывает, насколько производители творчески подходят к улучшению качества съемки в  мобильных устройствах.

 
 

Оптическая стабилизация изображения

 
камеры смартфонов - эволюция

Оптимизация оптического изображения намного важнее, чем вы могли бы подумать: он не только сохраняет ваши дрожащие видеоролики стабильными но и позволяет затвору камеры при фотосъемке оставаться открытым как можно больше дольше, без размытия картинки. И снова это имеет решающее значение для наибольшего сбора света. Другими словами, ваша камера нуждается в стабилизации изображения не только при съемке спортивных состязаний.

 

На самом базовом уровне оптическая стабилизация изображения использует плавающие объективы и миниатюрные электромагнитные двигатели для их перемещения. По мере того, как технология стала более совершенной, телефоны стали лучше использовать другие данные (например, от гироскопа), чтобы еще больше нивелировать дрожь. На самом деле существует целый ряд различных способов, которые производители используют, как механические, так и не механические.

Оптическая стабилизация OIS отсутствовала в исходном Goole Pixel (использовалась электронная система стабилизации), однако она появилась в Pixel 2. Наличие оптической стабилизации - это также одно из небольших различий между двумя камерами на iPhone 8 Plus и iPhone X - более дорогой телефон имеет OIS на обеих камерах, а не только на одной. Это технология, которая была усовершенствована, а не революционизирована, в то время, когда появились смартфоны.

Сдвоенные камеры (Или даже строенные, как в P20 Pro)

камеры смартфонов - эволюция
 

Что вы делаете, когда не можете увеличить размер объектива камеры или сенсора, потому что ваши компоненты должны быть как можно более компактными? Вы добавляете дополнительную камеру. Этот подход, который в настоящее время принимается производителями телефонов по всему миру, а LG G5 и Huawei P9 стали первыми массовыми смартфонами, где эта технология прошла обкатку. Две задние камеры ранее были замечены на HTC M8 и даже до этого, хотя они и не использовались в тандеме, как сейчас.

Ключевым преимуществом является, очевидно, больше данных для камеры, с которыми можно работать, будь то больше данных о цвете или контрастности или возможность использовать объектив с более широким углом. Все ограничения, о которых мы говорили выше, могут быть преодолены до некоторой степени, если вы добавите еще один датчик и объектив, установленные в тот же корпус. Конечно, по мере того, как телефоны стали более мощными, они также стали лучше разбираться в информации, поступающей с двух камер одновременно.

Используйте телеобъектив для дополнительной камеры, и вы можете внезапно получить 2x оптический зум, как это сделано  Apple iPhone 7 Plus. У телефонов Huawei, таких как Mate 10 Pro , есть монохромный сенсор, используемый для сбора дополнительной информации о яркости и контрасте. Две камеры также облегчают оценку глубины сцены, потому что они имеют несколько разные перспективы, и это открывает возможность размытого эффекта боке, доступного ныне почти везде.

 

Улучшенная обработка

камеры смартфонов - эволюция

Наконец, некоторые достижения в качестве съемки смартфонов были достигнуты не через лучшую оптику, а благодаря лучшей обработке программного обеспечения, которая стала возможной благодаря более мощным телефонам - как в случае с Pixel 2 и чипом интеллектуальной обработки, который он имеет на борту, и который теперь доступен и для других приложений.

 

Одним из преимуществ, которые вы можете видеть на телефоне Pixel 2, является то, как HDR-эффекты могут быть рассчитаны и применены в режиме реального времени, то есть когда вы только собираетесь сделать свой снимок -  смартфон уже позволяет Вам оценить применение HDR "на лету". Медленно, но верно, вычислительная мощность и алгоритмы обгоняют физические ограничения камеры смартфона.

Другая ключевая область, на которую это влияет, - уменьшение шума, очистка областей, где камера телефона просто не может соответствовать полноразмерному DSLR с точки зрения света, который он может захватить. Улучшенная обработка также проявляется в чем-то вроде режима Portrait Lighting, теперь доступном на iPhone 2018 года: использование программного тюнинга в этом случае основанное на алгоритмах Aion Bionic позволяет выполнять весьма профессиональные работы.

Итоги

Итоговые цифры тестов показывают, что на протяжении всех последних лет происходит непрерывная работа по улучшению качества съемки. Вместе с тем, нужно отметить, что улучшение качества съемки видео (на графике отмечено треугольником) дается производителям с большим трудом, нежели улучшение качества съемки фото (на графике - круг). И если качество фотоснимков зачастую приближается к полупрофессональным фотокамера, то заменить видеокамеру 4k с хорошей оптикой смартфону пока удается с трудом. 

фотокамеры в смартфонах - таблица роста

Оставьте свой отзыв:

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

 

Самое читаемое:

Быстрый поиск

Новости в Twitter и Facebook

  подписка на новости в twitter              Подписка на новости facebook

Подписаться

vk

 Telegram  информационные технологии в telegram

Инструкции к программам

Инструкции к программам

Новые информационные технологии и программы