Камера в смартфоне: все важные особенности и характеристики встроенных объективов

Смартфоны уже давно вышли за рамки обычных «звонилок» и превратились в мобильное интерактивное устройство, возможности которого можно смело приравнять к карманному компьютеру. Со смартфонов мы не только совершаем звонки и используем их как средство для связи, но и слушаем музыку, смотрим видео, решаем текущие рабочие задачи и, конечно же, делаем фото. Благодаря своей универсальности, эти гаджеты вытолкнули с рынка такие устройства, как MP3-плееры и фотоаппараты типа «мыльница», которые сегодня уже практически не найти на прилавках магазинов. И пусть до профессиональной фототехники камеры смартфонов еще не доросли, но амбиции у них прямо-таки грандиозные.


С выходом каждого нового смартфона на рынок, камеры обрастают все более обширными возможностями и технологиями, в которых уже на данном этапе разобраться не так просто. Сегодня мы попытаемся осветить основные нюансы камер современных мобильных гаджетов. Нужна ли смартфону камера на 64 Мп? Что такое матрица камеры и размер пикселя и почему на это важно обращать внимание? Как работает искусственный интеллект в камерах? Нужны ли на самом деле смартфонам несколько камер? Ответы на эти (и не только эти) вопросы можно найти ниже.


Мегапиксели: чем больше – тем лучше?

 


Давным-давно в далекой-далекой Галактике… Ну, не так уж и давно и не в такой уж и далекой. На заре эпохи смартфонов камеры в них были отнюдь не самой важной составляющей. Тогда у разработчиков мобильных устройств и без камер хватало «головной боли»: как повысить производительность смартфона, объем постоянной и оперативной памяти, как сделать так, чтобы, при наличии более прожорливого «железа», гаджет мог спокойно проработать весь день и не попроситься к розетке, как сделать дисплей побольше и не таким зернистым и так далее.


В те времена мегапиксельность камеры была дефицитным параметром. Большинство девайсов имели разрешение 0,5 Мп, 1,3 Мп или 2 Мп. Ну, это вы наверняка помните. А счастливые обладатели смартфонов с 5 Мп на основной камере сразу воспринимались более солидно и статусно. И это вполне естественно, ведь разница изображения между 2 Мп и 5 Мп была просто колоссальной.

 


По мере того, как смартфоностроение набирало обороты и мобильные устройства обрастали все более серьезными характеристиками, производители камер параллельно развивали и фотосенсоры. Уже через какое-то время многие смартфоны обросли более «взрослым» количеством мегапикселей: 8, 12, 16 и так далее. Но, так как мы говорим о довольно компактных устройствах, куда никак не размещаются сенсоры, присущие «зеркалкам», настал тот момент, когда количество мегапикселей дошло до своего потолка и дальнейшее увеличения цифр в графе «Камера» потеряло всякий практический смысл. Согласитесь, между двумя похожими смартфонами, один из которого обладает камерой на 10 Мп, а второй – на 20 Мп, более привлекательным выглядит второй. Но на деле не все так однозначно: в случае со вторым смартфоном вы не получите фотографии в два раза лучше, чем на первом. Потому что на качество фото в конечном итоге влияет множество факторов, о которых говорят не многие.


Что нужно знать о матрице камеры

 


Матрицей камеры называют пластину, на которой размещены светочувствительные элементы, которые мы называем пикселями. Собственно, понятие «мегапиксельность камеры» относится именно к матрице. Чтобы не вдаваться в дебри конструкции проведем аналогию — в пленочных фотоаппаратах роль матрицы играла пленка. В цифровых камерах матрица отвечает за преобразование светового сигнала, получаемого через линзы камеры, в электрический. И чем больше информации (читай – света) она может считать, тем более качественную картинку мы увидим в итоге. Но и тут тоже есть свои нюансы.


Много пикселей – это хорошо. Но если их слишком много, то эффект будет обратным, так как при большей плотности пикселей уменьшается их размер и, соответственно, то количество света, которое они могут уловить. А качество фото напрямую зависит от освещенности.

 


Представьте себе обычный лист бумаги в клетку размером 20×20 см. Это будет наша воображаемая матрица для камеры на 12 Мп (и здесь у нас 12 млн точек). При таком раскладе количество и размер пикселей вполне пригоден для того, чтобы улавливать достаточно света для хорошего изображения. А теперь представьте, будто этот же лист 20×20 см имеет 20 млн точек, что справедливо для камеры с разрешением 20 Мп. Количество клеток (то есть пикселей) увеличилось, а их размер пропорционально уменьшился и света они «ловят» меньше. Значит, при условиях одинакового размера матрицы 12 Мп смогут обеспечить лучшее качество съемки (что особенно заметно в условиях слабой освещенности), чем более привлекательные 20 Мп.


То есть для того, чтобы примерно понимать, какими будут снимки в конкретном смартфоне, важно учитывать не только количество мегапикселей, но также размер (диагональ) матрицы и размер пикселя, измеряющийся в мкм (или μm на латинице). Правда, есть здесь одна загвоздка – производители если сейчас и начали указывать размер пикселя в своих камерах, то размер матрицы в большинстве случаев игнорируется как класс. И все потому, что этот параметр часто не настолько привлекательный, чтобы построить на нем рекламную кампанию.


Например, в 12-мегапиксельной камере Sony IMX386, которую можно было увидеть в Xiaomi Mi Mix 2, диагональ матрицы составляет 6,2 мм (1/2,9″), а размер пикселя – 1,25 мкм. Если доступны полные характеристики камеры к тому или иному смартфону, то, чем больше диагональ матрицы в мм (или чем меньше вторая цифра в дробном параметре, после единицы) и чем крупнее пиксель, тем лучше.


Как работает технология Super Pixel или «4-в-1»


Вдоволь наигравшись с количеством мегапикселей, производители заметили, что просто астрономическое разрешение камеры (48 Мп, 64 Мп и более) перестало мотивировать пользователей делать выбор в пользу их гаджетов. Поэтому в современных смартфонах применяется биннинг пикселей или технология Super Pixel/Quad Pixel. А иными словами – объединение четырех малых пикселей в один большой.

 


Такой «ход конем» считывает свет, полученный четырьмя пикселями, и объединяет их в одну точку. Это сказывается на освещенности кадра и фотографии с такой технологией выглядят очень достойно. Но стоит понимать, что это достигается при помощи не аппаратной, а программной части. То есть технология биннинга – это алгоритм обработки фото, который, «вытягивает» изображение при плохом освещении.


Логично предположить, что объединение квадрата из четырех пикселей на конечном фото уменьшает его фактическое разрешение. То есть камера на 24 Мп с технологией Super Pixel выдаст картинку с реальным разрешением в 6 Мп. На камерах с относительно небольшим (а точнее – с достаточным) количеством мегапикселей редко можно увидеть такую фишку. А вот смартфоны с 40, 48 и 64 Мп с большой долей вероятности используют технологию биннинга, так как скромный размер матрицы в мобильном устройстве не позволяет в полной мере использовать весь потенциал «серьезных» модулей камер. В общем, такой себе программный «костыль», значимость которого до конца не понятна.

 


Пусть размер матрицы производители указывают редко, зато о диафрагме уже говорят практически все. Размер диафрагмы, который также называют светосилой или апертурой – это параметр «открытости» объектива камеры, благодаря чему через него может проникать больше света. Обычно обозначается буквой «f» с последующим за ней числом. Его обозначение можно увидеть, к примеру, в виде f/2.2 или F2.2. В любом случае, в смартфонах от способа написания ничего не меняется.


Чтобы не прогадать и выбрать смартфон с камерой, которая пропускает большее количество света и, соответственно, может делать более освещенные снимки, то, чем меньше цифра после буквы, тем меньше размер диафрагмы и, соответственно, светосила у камеры выше. На картинке сверху, которая более характерна для профессиональной фототехники, это как раз наглядно изображено. Поэтому между камерами с апертурой f/2.4 и f/1.7 лучший результат покажет последняя. И, да, на это тоже важно обращать внимание.


Можно было бы подумать, что 2, 3 и более камер в смартфонах – это такой же маркетинг, как и 64-мегапиксельные сенсоры. Но, на самом деле, нет. Несколько модулей камеры имеет свое вполне здравое обоснование и на практике это вовсе не бесполезный наворот. Уже прошли те времена, когда камеры в гаджетах были чем-то дорогостоящим и существенно влияющим на конечное ценообразование. Вот почему несколькими камерами могут похвастаться даже довольно бюджетные смартфоны.


В чем вообще смысл нескольких камер? А суть вся в том, что каждый модуль имеет свои характеристики и лучше подходит для той или иной съемки. Их роли в большинстве распределяются так: есть основной модуль с наибольшим количеством мегапикселей, который условно можно назвать универсальным, а все остальные – это дополнительные сенсоры, которые имеют, например, более широкий угол обзора (широкоугольники), приличный цифровой зум для приближения отдаленных объектов с меньшими потерями качества, или служат для размытия фона и так далее. Список довольно обширен. Но, если провести промежуточный итог, то второстепенные модули по сути делают то, что с натяжкой может делать основной, только в разы лучше, так как функциональность у них преимущественно одна.


Зачем смартфонам несколько камер?

 

 

Можно было бы подумать, что 2, 3 и более камер в смартфонах – это такой же маркетинг, как и 64-мегапиксельные сенсоры. Но, на самом деле, нет. Несколько модулей камеры имеет свое вполне здравое обоснование и на практике это вовсе не бесполезный наворот. Уже прошли те времена, когда камеры в гаджетах были чем-то дорогостоящим и существенно влияющим на конечное ценообразование. Вот почему несколькими камерами могут похвастаться даже довольно бюджетные смартфоны.


В чем вообще смысл нескольких камер? А суть вся в том, что каждый модуль имеет свои характеристики и лучше подходит для той или иной съемки. Их роли в большинстве распределяются так: есть основной модуль с наибольшим количеством мегапикселей, который условно можно назвать универсальным, а все остальные – это дополнительные сенсоры, которые имеют, например, более широкий угол обзора (широкоугольники), приличный цифровой зум для приближения отдаленных объектов с меньшими потерями качества, или служат для размытия фона и так далее. Список довольно обширен. Но, если провести промежуточный итог, то второстепенные модули по сути делают то, что с натяжкой может делать основной, только в разы лучше, так как функциональность у них преимущественно одна.

 

 

Рассмотрим на примере свеженького Xiaomi Mi A3, который как раз имеет на борту три камеры. Основной модуль здесь на 48 Мп с апертурой f/1.79 (и, кстати, с технологией Super Pixel). И это тот самый сенсор-универсал, с помощью которого снимается основная часть фото. Второй объектив – это 8-мегапиксельный широкоугольник с диафрагмой f/2.2 с углом обзора 118°, который нужен для того, чтобы охват кадра был шире. С его помощью хорошо получаются пейзажные снимки – пространства в фото помещается больше, но при этом это и не панорамный кадр, при котором делается множество снимков по траектории движения камеры, а потом «склеивается» в один. И третий – телеобъектив со скромными 2 Мп. Нужен он для того, чтобы определять расстояние до объекта съемки и добиваться популярного эффекта боке в портретных фото. Да, эффект боке применяется и в смартфонах с одной камерой, однако достигается он там не за счет камер, а за счет программной обработки. Если алгоритмы работают правильно, то размытие получается там, где нужно. Но иногда алгоритмы в однокамерных смартфонах не совершенны и фон может получиться по принципу «тут размыто, а тут — четко». С дополнительной камерой, пусть и всего на 2 Мп, эта проблема решается.


Оптическая стабилизация – надо или нет?

 


OIS или оптическая стабилизация изображения в камерах – это своеобразный «амортизатор», который нивелирует движение камеры во время съемки, чтобы снимки получались более четкими даже в движении. При этом речь идет не о четкой передаче движущегося объекта в кадре, а о качестве фото (и видео), если в движении находится сам фотограф. К слову, эта фишка «перекочевала» в смартфоны из профессиональной аппаратуры.


Для того, чтобы сделать хороший кадр, нужно «прицелиться» и секунду-две выждать, пока камера сфокусируется и «поймает» объект наилучшим образом. Казалось бы, что может быть проще, чем удерживать навесу довольно легкий смартфон каких-то несколько секунд? Но на самом деле задача это не самая простая. Даже едва уловимое «дрожание» руки, на которое можно и вовсе не обратить внимание, для камеры может означать «сбитый прицел», в результате чего ей придется по новой выстраивать кадр и ловить фокус.


Механизм (а это именно механизм) оптической стабилизации сглаживает подрагивание рук при фотосъемке, а во время съемки видео может сгладить ваше движение (ходьбу, например), если вы снимаете ролик, находясь в движении. На видео присутствие OIS более заметно – перемещение оператора в кадре заметно, но в конечном итоге ролик получается более сглаженным и «ровным». То есть, чисто технически, оптическая стабилизация служит своеобразной заменой штативу в те моменты, когда воспользоваться им нет возможности. А это происходит практически постоянно, так как в большинстве случаев мы делаем довольно спонтанные снимки или ролики. Да и таскать с собой штатив будет далеко не каждый фотолюбитель.


У оптической стабилизации есть программный аналог – цифровая стабилизация, которую широко применяют в недорогих смартфонах. В этом случае амортизирующего механизма в самом модуле камеры нет, а повышение четкости фото добивается за счет алгоритма, который «сглаживает углы» при смазанных кадрах. Но цифровое решение – это лишь аналог, который нельзя в полной мере назвать заменой, а на видео его присутствие едва ли можно заметить. Поэтому, если хотите снимать более плавные видео для сториз или семейного архива, без оптической стабилизации не обойтись.


Так ли важна программная часть?

 


Все, о чем мы говорили выше, по сути, имеет отношение к возможностям самих модулей камеры (за исключением технологии 4-в-1). Но и приложение камеры тоже имеет значение. И дело тут не в интерфейсе, а в том, может ли программная часть раскрыть потенциал аппаратной или нет. Иногда бывает так, что камеры в смартфонах очень многообещающие, но рабочие алгоритмы, применяемые в них, лишь частично задействуют все их возможности. И если во флагманских смартфонах или «середнячках» с этим проблем обычно не возникает, то в случае с бюджетными гаджетами – иногда имеет место быть.


Вернемся к вышеупомянутому Xiaomi Mi A3. Камеры в нем действительно добротные, а вот к алгоритмам возникают некоторые вопросы. Особенно во время портретного режима, когда, имея телеобъектив для эффекта боке, можно заметить, как размытие фона иногда добивается за счет программной обработки. А иногда и в режиме ночной съемки некоторые участки «размываются», хотя этого, по идее, происходить не должно. То есть разработчики не поскупились на вполне приличный «комплект» камер, а вот само приложение еще требует доработки. Поэтому, отвечая на вопрос «важна ли программная поддержка в камерах или и так сойдет?» ответ очевиден – важна. Без практического опыта определить насколько хорошо ли проработано приложение вряд ли получится. Но пока утешает тот факт, что некоторое несоответствие в большинстве случаев можно наблюдать только в недорогих гаджетах.


Несколько слов об искусственном интеллекте

 


И напоследок хочется уделить немного внимания искусственному интеллекту, который сегодня применяется во многих смартфонов. По сути, ИИ (или AI — Artificial intelligence) в камерах – это совокупность программных алгоритмов, которые помогают делать наиболее сбалансированные фото. В его основе лежит анализ миллионов снимков и машинное обучение, благодаря чему смартфон может самостоятельно «увидеть» и распознать то, что находится в кадре, и предложить наиболее подходящие к данному фото настройки цвета, контраста, глубины и тому подобное.


В буквальном смысле искусственный интеллект служит антиподом ручных настроек. Пользователю не нужно погружаться в дебри ручного режима, гуглить, как влияет на кадр баланс белого или показатель ISO, а сходу получать качественные снимки. А еще ИИ можно сравнить со встроенным динамическим Photoshop`ом, который обрабатывает фото прямо во время съемки.


Но в разных смартфонах этот алгоритм может работать по-разному. И, как и в случае с приложениями камер, это зависит от производителя, а точнее того, как в тех или иных гаджетах реализован ИИ. Например, в том же Xiaomi Mi A3 искусственный интеллект есть, но принцип его работы еще не совершенен. Иногда с его помощью можно получить классный снимок, а иногда – нет. В общем, этому интеллекту еще есть чему «поучиться». Но если сравнить ИИ в Mi A3 и в прошлогоднем Honor 8X, то в последнем он работает качественнее. То есть, делая фото на Honor 8X в режиме AI, не возникает желание переснять кадр или «откатить» предложенный вариант до исходника (в нем как раз есть такая возможность и с ее помощью оценить старания ИИ можно наглядно). И это даже несмотря на то, что смартфоны от Xiaomi и Honor находятся в одном ценовом диапазоне. В общем, этот параметр тоже индивидуален и без практики сложно оценить его возможности.


Подводя итоги

 


Благодаря тому, что камеры в современных смартфонах уже имеют довольно серьезные параметры, появилось такое понятие, как мобильная фотография, которое существует наравне с фотографией в классическом ее понимании. С их помощью можно делать по-настоящему добротные снимки, добиваться интересных фотоэффектов и даже делать конкурсные работы. Однако для того, чтобы выбрать смартфон с действительно качественной камерой, одного понятия о количестве мегапикселей будет явно маловато.


На качество смартфонных фото влияет множество факторов – от размера пикселя и матрицы, информацию о которой найти ой как непросто, до того, как устроено приложение самой камеры. Чтобы оценить все возможности камеры без практического ознакомления не обойтись. Однако какой-либо смартфон на длительный тест-драйв получить трудно, но «поклацать» в магазине и сделать пару-тройку тестовых фото в разных режимах можно. Этому способствуют и обзоры смартфонов, в которых характеристики камеры обычно выведены в отдельный большой раздел. И чем больше источников информации, тем более объективное мнение можно сложить о камерах в том или ином гаджете.


В любом случае, гнаться только за большим разрешением матрицы, за этими многообещающими мегапикселями, как вы понимаете, не так много смысла. На смартфоне на данном этапе его развития вы не получите реальные снимки на 48 Мп. А вот 10-13 Мп — вполне. И детализацией снимков вы не будете разочарованы.

15.09.2020
Технологии
Просмотров: 1604