Анатомия смартфона с хорошей камерой часть 2

Анатомия смартфона с хорошей камерой часть 2В первой части статьи мы обсудили, почему «много мегапикселей» — далеко не всегда хорошо, рассмотрели общее устройство камеры смартфона, характеристики матриц и базовые свойства оптики. В этой части разберёмся со «вспомогательными», но очень важными для качества снимков характеристиками: разновидностями автофокуса и систем стабилизации, двойными камерами, вспышками, датчиками, а также уделим внимание видеосъёмке.

Объектив и электроника: системы фокусировки

Автофокуса у основной камеры сегодня нет разве что в совсем бюджетных смартфонах, хотя среди фронтальных камер его отсутствие до сих пор не редкость. Когда камера не оснащена автофокусом, объектив устройства настроен на «бесконечность». Это позволяет фотографировать общие планы и различные объекты на большом расстоянии, но лишает возможности наводки на резкость с близкого расстояния, не говоря уже про макросъёмку.

Система автофокусировки бывает пассивная и активная. Пассивная полагается на электронику и анализ изображения, то есть по сути не оперирует расстоянием до объекта. Активная — та, которая использует различные датчики и способна измерить расстояние до объекта, чтобы правильно сфокусироваться на нём.

 Итак, первая система — это «контрастный» автофокус, который есть в большинстве камер смартфонов.
Анатомия смартфона с хорошей камерой часть 2Когда вы наводите камеру на человека, находящегося на фоне светлой стены, устройство обнаружит контраст, например, на границе одежды и стены, и на основе этого наведётся на резкость. При этом линзы будут двигаться туда-сюда, чтобы электроника могла сравнить контраст при их различных положениях. Как нетрудно догадаться, такая система не слишком совершенна: работает не всегда быстро, лучше подходит для съёмки статичных объектов, может ошибаться или даже отказываться работать при плохом освещении, когда в кадре нет контрастных объектов.

Активная система с помощью дополнительного «железа» вычисляет расстояние до объектов, чтобы точнее и быстрее поймать на них фокус. Например, смартфоны с фазовой системой фокусировки используют расположенные ближе к краям дополнительные датчики на матрице, чтобы проанализировать «раздвоенное» изображение объектов, постоянно подстраивая фокус таким образом, чтобы две проекции слились в единое целое (оказались в фазе).

Анатомия смартфона с хорошей камерой часть 2Данная система хороша в первую очередь высокой скоростью работы, помогает фокусироваться на быстро движущихся объектах при дневном освещении, но в то же время она может спасовать ночью.

Имплементация фазовой фокусировки может отличаться на разных смартфонах и иметь различные фирменные названия. Так, в аппаратах Apple используется технология Focus Pixels, а у Samsung — Dual Pixel. И то, и другое по сути является усовершенствованной реализацией фазовой фокусировки. Улучшение происходит за счёт увеличения количества специальных датчиков на матрице, встроенных непосредственно в пиксели сенсора. Focus Pixels подразумевает, что около 5-10% пикселей сенсора одновременно могут быть задействованы для работы фазовой фокусировки, а в системе Dual Pixel вообще все пиксели имеют дополнительные датчики и помогают лучше работать автофокусу.

Смартфон с лазерной фокусировкой имеет рядом с объективом камеры излучатель, который освещает объект. Затем расположенный рядом сенсор измеряет расстояние на основе времени поступления отражённого лазерного луча.

Анатомия смартфона с хорошей камерой часть 2Есть у этой системы существенное «но»: лазерный автофокус работает только на близких расстояниях, плюс-минус пара метров, а при фокусировке на далеко расположенных объектах смартфон всё равно переключится в стандартный режим контрастного или фазового фокуса.
Анатомия смартфона с хорошей камерой часть 2ASUS ZenFone 3 обладает гибридной системой автофокуса, способной работать в следящем режиме и использовать как контрастный метод наводки на резкость, так и фазовую технологию.

Объектив и электроника: стабилизация

Фотолюбители знают, что избежать смазанных фотографий можно за счёт съёмки на коротких выдержках. Но в таком случае автоматике камеры необходимо повысить чувствительность ISO, а это приведёт к увеличению цифрового шума. В противном случае фотографу придётся отказаться от этой затеи и просто воспользоваться штативом. Однако есть и третий способ решения проблемы: оптическая (OIS) или цифровая (EIS) стабилизация.

У камеры с OIS система физически смещает линзы в противофазе движениями при тряске, ориентируясь на показания специальных гироскопов.

Анатомия смартфона с хорошей камерой часть 2Оптическая стабилизация позволяет использовать более длинные выдержки при съёмке с рук, а значит — избежать смазывания и уменьшить количество шума при фотографировании в условиях слабого освещения. Конечно, возможности такой системы не безграничны. Например, при очень длинной выдержке она всё равно не заменит штатив. Но при обычной динамичной съёмке в темноте она допускает увеличение экспозиции на пару стопов.
Анатомия смартфона с хорошей камерой часть 2В Samsung Galaxy A5 (2016) есть оптическая стабилизация (OIS).

Всё вышесказанное относится исключительно к фотографии. Для съёмки видео в большинстве смартфонов применяется цифровая стабилизация. Во время видеозаписи задействуется не вся, а лишь центральная часть матрицы камеры, поэтому пиксели вокруг рамок этого прямоугольника видеокадра используются как «буферная» зона для подстраховки на случай тряски, что позволяет электронике вкупе с анализом дрожания камеры восстановить выпадающую из-за тряски визуальную информацию за видимыми рамками кадра.

Анатомия смартфона с хорошей камерой часть 2Цифровая стабилизация в современных дорогих смартфонах весьма эффективна, не привносит искажений и в целом не портит качество записи видеоматериала.
Анатомия смартфона с хорошей камерой часть 2В смартфонах Google Pixel для видеозаписи используется цифровая стабилизация (EIS).

Разумеется, EIS, как и OIS, спасёт лишь от дрожи рук и несильных колебаний камеры, но не будет работать как операторский кран на съёмке блокбастера, а также не сильно поможет в случае сильной тряски.

Увидеть, как работает оптическая стабилизация в смартфоне, можно на примере «старичка» LG G2 в видеоролике.

Объектив: угол обзора и зум

В первой части статьи мы упомянули про фокусное расстояние объективов и диафрагму. Сегодня рассмотрим «стёкла» с потребительской точки зрения, так как производители редко указывают полные характеристики, делая упор на то, что действительно важно. Среди новых смартфонов часто встречаются модели с рекламируемым расширенным углом обзора, равным, например, небывалым ранее среди таких гаджетов 135 градусам. Это означает, что в кадр при съёмке на такой сверхширокоугольник можно будет уместить больше объектов (захватить больше пространства), не отходя от них. Однако стоит учитывать, что чем больше угол обзора, тем больше геометрические искажения — бочкообразные, «гнутые» линии и эффект «рыбьего глаза». Они особенно явно видны на крупных планах, скажем, лицах на селфи.

Если же перед вами не стоит задача уместить побольше всего в кадр, а наоборот, нужно приблизить предмет, не подходя к нему ближе — на помощь придёт зум. В большинстве смартфонов «приближение» реализовано цифровым способом и работает относительно неплохо лишь на дорогих аппаратах с большим количеством мегапикселей. По сути, картинка просто вырезается из середины кадра за счёт использования запаса мегапикселей матрицы. При этом чёткость и качество получаемого снимка, как правило, заметно снижаются, а поле зрения камеры, соответственно, сужается.

Анатомия смартфона с хорошей камерой часть 2У «старичка» Samsung Galaxy K Zoom объектив выезжал вперёд, как у цифрокомпакта.
Анатомия смартфона с хорошей камерой часть 2В ASUS ZenFone Zoom зум «уложен» внутрь корпуса в горизонтальном положении.

Полноценный же зум, позволяющий снять объект крупнее без потери качества, есть только в редких моделях специализированных смартфонов, и то чаще всего речь идёт лишь о двух-трёхкратном увеличении.

Анатомия смартфона с хорошей камерой часть 2ASUS ZenFone Zoom обладает трёхкратным оптическим зумом.

Двойные камеры

Учитывая, что в компактный корпус смартфона проблематично установить серьёзный фикс-объектив с большим фокусным расстоянием или со сложной системой зумирования, производители пошли другим путём. Во многих новинках стали появляться «сдвоенные» камеры. При внешней схожести они могут выполнять совершенно разные функции.

Анатомия смартфона с хорошей камерой часть 2Вкратце напомним, что, например, в iPhone 7 вторая камера имеет более длинное фокусное расстояние, чем первая. Такое решение позволяет выбирать между съёмкой с широким углом обзора на основную камеру или с «приближением» на вторую. Кроме того, вторая камера в iPhone 7 и в большинстве других смартфонов может использоваться для получения эффекта боке или, проще говоря, для сильного размытия фона при съёмке средних планов, таких как поясной портрет.
Анатомия смартфона с хорошей камерой часть 2Также «двустволки» в смартфонах применяются для улучшения качества фотографий. Скажем, в Huawei P9 одна камера имеет отдельный сенсор для цветных снимков, а вторая — для монохромных. Датчик с диодами без цветового фильтра (см. подробнее об устройстве матрицы в предыдущем материале) в теории способен захватить больше деталей и нюансов изображения, так как собирает только информацию об интенсивности света и не «страдает» от цветовых фильтров. Соответственно, в режиме улучшенного качества объединяются полезные данные сразу с двух камер с их двумя отдельными сенсорами.
Анатомия смартфона с хорошей камерой часть 2«Двустволка» в Huawei P9 разрабатывалась совместно с Leica.

Датчик цвета

В отличие от нас, камера смартфона не может изначально «знать», какой цвет должны иметь те или иные предметы окружающего мира, поэтому зачастую запечатлевает снег излишне синего оттенка или наоборот, окрашивает его в жёлтый. Также камерам порой трудно угадать цвета во время съёмки в помещениях со смешанным освещением, когда одновременно присутствуют и белые лампы дневного света, и жёлтые диодные с несовпадающими цветовыми температурами.

Сейчас в продаже можно найти модели смартфонов, в которых установлены отдельные RGB-датчики, например, LG G5. Датчик в реальном времени мониторит освещение и подсказывает камере, как правильно выставить баланс белого даже в полутьме, чтобы цветопередача на снимках была максимально естественной.

Анатомия смартфона с хорошей камерой часть 2

Вспышки

Самые яркие вспышки — ксеноновые. Такие используются в фотоаппаратах, а раньше встречались в некоторых камерофонах. В современные смартфоны их не ставят из-за дороговизны, сильного расхода аккумулятора и риска перегрева.

Анатомия смартфона с хорошей камерой часть 2В Nokia Lumia 1020, выпущенном в 2013 году, была ксеноновая вспышка.

Чаще всего сегодня применяются светодиодные вспышки (LED) — либо простые одинарные, либо двойные (их названия могут варьироваться в зависимости от производителя). Последние обычно отличаются от первых вовсе не «дальнобойностью», а тем, что используют два диода с разными цветовыми температурами. Это позволяет улучшить цветопередачу и снижает вероятность пересвечивания снимков.

Анатомия смартфона с хорошей камерой часть 2В Moto X Play двухтоновая вспышка называется Dual CCT flash (Color Correlated Temperature).
Анатомия смартфона с хорошей камерой часть 2У Apple технология называется True Tone: в iPhone 6 она предполагала два диода, в новых iPhone 7 — целых четыре (для увеличения яркости).

Если абстрагироваться от маркетинга, то, строго говоря, все вспышки в смартфонах не слишком яркие и способны осветить лишь небольшой объект на расстоянии до полутора-двух метров. Поэтому, какой бы ни была вспышка, в большинстве случаев из-за своих малых размеров и направленности только вперёд она всё равно пригодится лишь для «технической» съёмки, когда нужно чётко и качественно сфотографировать какую-нибудь деталь в авто посреди ночи, запечатлеть страницу документа либо попросту воспользоваться ей как фонариком.

Видеосъёмка

Говоря о съёмке видео, в качестве главной характеристики называют разрешение ролика. Например, HD — это 1280 на 720 точек, Full HD — 1920 на 1080 и 4K — 3840 на 2160. Однако так же, как и «мегапиксельность» при фотографировании, высокое разрешение вовсе не обязательно означает выдающийся результат. На видеосъёмку, как и на фото, влияют все ранее перечисленные параметры, матрица и качество объектива. Но помимо этого видеосъёмка на современных смартфонах сильно зависит от скорости центрального процессора гаджета. Дело в том, что кроме разрешения (HD, Full HD, 4K) у видео есть известный многим параметр fps (количество кадров в секунду), а также битрейт. Число fps обусловливает плавность видео (чем больше число, тем более плавным будет видео). От величины битрейта при записи зависит качество картинки, которое будет «запаковано» внутрь обозначенного разрешения, неважно, Full HD это или 4K.

Записывать видео одновременно с высоким битрейтом, с высоким FPS и в 4K-разрешении способны лишь смартфоны с мощным процессором, так как они должны обсчитывать параметры для каждого из миллионов пикселей.

Бывает и так, что установленный в гаджете модуль камеры поддерживает более качественную съёмку видео, но из-за ограничений процессора производителю приходится искусственно снижать настройки изображения. Кроме того, если смартфон планируется использовать для видеосъёмки, стоит избегать девайсов, склонных к перегреву и троттлингу — такие устройства попросту не дадут долго снимать видео и будут отключать камеру после 15-20 минут видеозаписи.

Выявить нехватку мощностей для качественного кодирования видео получится путём тестовой съёмки в максимальном разрешении (4K) с максимальными настройками качества в полутьме. Если на видео fps резко снижается, значит, мощности «железа» не хватает для полноценной съёмки в сложных условиях. Придётся понижать разрешение либо вовсе отказаться от покупки такого гаджета.

Производители обычно не указывают скорость битрейта, с которым смартфоны записывают видео, но узнать его можно самостоятельно, заглянув в свойства файлов оригиналов тестовых записей (заодно стоит выяснить, с каким битрейтом идёт запись звука).

Вообще скорость видеопотока при записи видео производители, конечно, устанавливают оптимальную, отталкиваясь от реальных возможностей платформы аппарата, и его обычно нельзя поменять. Тем не менее на некоторых смартфонах при установке сторонних приложений, скажем, Snap Camera HDR, есть возможность выйти за рамки заводских настроек и попробовать постепенно увеличивать битрейт, подбирая значения, которые сможет «переварить» ваш гаджет. При увеличении значений качество картинки становится выше, уменьшается количество артефактов на изображении (например, по контуру мелких объектов на контрастном фоне). Однако при этом нередко проседает fps, а камера и вовсе может отказаться работать при завышенных настройках.

Итоги

Смартфоны сегодня почти полностью вытеснили любительские point-and-shoot камеры. Они отлично справляются с фотографированием и записью видео для личных архивов, блогов и социальных сетей, подходят для документирования и даже творческой работы. Конечно, есть объективные ограничения, связанные с габаритами смартфонов, из-за чего в них невозможно установить большую матрицу или сложную оптику, но многое сегодня «вытягивают» новые технологии и программная обработка. Так что, зная базовые параметры камер, оценив аппаратную начинку гаджета и проверив тестовые снимки приглянувшегося девайса, можно сделать осознанный выбор. И если с самого начала не возлагать на смартфоны лишних надежд и понимать сильные и слабые стороны таких устройств, он не разочарует.

Автор: Антон Копнов

Читайте также на Информационном портале РФ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.