ЧТО ВНУТРИ камеры смартфона? Часть 2 ▶️ Comfy
В этом видео мы расскажем, как модули смартфонов фокусируются и стабилизируют тряску, а также как им удается делать зум и боке. Самым важным из перечисленного является автофокус, с него и начнем. В больших камерах фокусировка происходит за счет перемещения линз внутри объектива. Это может быть как в ручном режиме, так и в автоматическом. В первой части видео о мобильных камерах мы выяснили, что в маленьких модулях тоже используется оптическая система из линз. И для фокусировки, они также, как и их большие аналоги, перемещаются внутри объектива. Более того, некоторые мобильные камеры поддерживают ручную фокусировку, где вы сами, вместо автоматики, наводитесь на объект. Но в основном все же автоматика решает, как настроить линзы – это быстрее и удобнее. Как же это происходит? Одним из самым распространенных методов является «контрастный» автофокус. Например, вы хотите сфотографировать дорожный знак. Камера сделает несколько перемещений линзы, определит контраст между краями этого объекта и фоном, после чего настроится на резкость. Конечно у такого метода много недостатков: может попасться сложная сцена со слабым контрастом между объектами или же просто эти самые объекты будут активно перемещаться. В этом случае линзы долго гуляют туда сюда и никак не могут понять, что от них хотят. Второй распространенный вид фокусировки более продвинутый, называется «фазовый». В этом случае в процессе фокусировки участвуют специальные датчики, расположенные по краям матрицы. Они анализируют раздвоенное изображение объекта и настраивают линзы, что бы две проекции собрались в четкое изображение. Идем дальше – оптическая стабилизация. Это еще один пунктик, который обязательно ищут в характеристиках, когда хотят хорошую камеру. Она не только значительно улучшает видео, сглаживая дрожание рук, но и положительно влияет на качество фото. Особенно это проявляется при слабом освещении, когда автоматика берет более длинную выдержку, чтобы собрать побольше света. На смартфонах без оптической стабилизации, в этом случае, может выйти смазанный снимок, а там, где стаб есть – все будет четко. Да еще и с меньшим количеством шума, из за меньшего значения ISO. Особых премудростей в работе стабилизации нет. Опираясь на показания датчиков, оптика физически перемещается, чтобы компенсировать тряску. Суммируя информацию из первой части видео с новыми фактами о фокусировки и стабилизации, еще раз поражаешься какая же сложная система находится внутри маленькой камеры смартфона. Причем каждый год от нее требуют все большего и большего, и что бы при этом смартфон не превращался во что-то такое. В таких условиях развитие камер пошло по пути добавления дополнительных модулей и новых функций. В первую очередь зума и портретной съемки. Учитывая все вышесказанное, думаю интереснее всего узнать, как работает так называемый «оптический зум», который, в отличии от цифрового, почти не приводит к потере качества. И как вообще удается приблизить картинку, если нужная для этого оптика просто не поместилась бы в корпус смартфона. Если не вспоминать про редкие исключения, то работает это очень просто. Никакого зума как такового не происходит. На самом деле, активируя в приложении камеры x2, вы просто переключаетесь на второй модуль – телевик. По сути, это такая же камера, как и основная, только с другими линзами и характеристиками, в частности – фокусным расстоянием. Съемка с боке – это по большому счету тоже имитация. Конечно, если мы не говорим о макросъемке, где модулям хватает характеристик, что бы честно размывать фон. В остальных случаях размытие программное, потому что в смартфоны просто физически не влезет такая матрица, открытая диафрагма и длиннофокусный объектив как у больших камер. Вот с помощью таких ухищрений индустрия мобильных камер и получила новый толчок. И судя по тому, что сейчас происходит на рынке, модули и дальше будут развиваться в этом направлении, то есть наращивать количество.
Что внутри камеры
СмартПульс — держите руку на пульсе высоких технологий! То, что доктор прописал!
Характеристики, тесты, обзоры мобильных устройств, компьютеров, комплектующих, радиолюбительских конструкций и компонентов
Главная -> Информация к размышлению (статьи) -> В кабинете патологоанатома. Вскрытие камеры смартфона.
В кабинете патологоанатома. Вскрытие (разборка) камеры смартфона. Устройство камеры смартфона (мобильного телефона).
Часть 1. Устройство камеры мобильного телефона без автофокуса
Сегодня наш патологоанатом проведет вскрытие фотокамеры смартфона Nokia ( одной из старых моделей). Камера — без автофокуса (с фиксированным фокусом). Её разрешение было 1.3 мегапикселя.
Цель нашего «вскрытия» — изучить, как устроена камера мобильного телефона (смартфона). Любопытно посмотреть, а что у неё там внутри?
Так выглядит наша камера до разборки (увеличение этой и последующих фотографий — кликом мыши по ним):
На снимке видна сама камера в металлическом держателе, а также шлейф для соединения с материнской платой телефона.
Так выглядит камера в крупном масштабе:
Переднее окошко имеет голубоватый оттенок. Это — эффект нанесенного на него антибликового покрытия («просветление» оптики).
Камера без металлического держателя (снят, он был просто на защелках):
Осмотр показал, что верхняя часть камеры (где оптическая система) просто приклеена к нижней части (где матрица).
Аккуратно иголочкой поддеваем верх и отрываем его.
В результате видим матрицу фотокамеры мобильника:
Сама матрица как таковая — в центре, она темно-серого цвета. По краям на голубом фоне — её электронная «обвязка». По углам видны пятна от «ножек» оптической системы, которыми последняя упиралась в матрицу. Что это за «ножки» — смотрите на следующей фотографии.
На следующем снимке — оптическая система камеры в своем корпусе, вид снизу (т.е. со стороны матрицы). На снимке видно кольцо из матового пластика с «ножками», которыми система и упиралась в матрицу:
На только что приведенном снимке виден розовый оттенок отражения в линзе. Это тоже результат действия антибликового покрытия.
Теперь с помощью иголки и грубой физической силы выковыриваем блок с линзами из корпуса. И видим вот такую картину:
В корпусе мы видим пружину, которая поджимала линзовый блок к матрице. Это необходимо для фиксации взаимного расположения матрицы и линз, чтобы не портилась фокусировка.
В блоке линз самая верхняя на снимке линза — асферическая. Её выпуклость к краям линзы уменьшается. Такие линзы применяются для компенсации «сферических аберраций», создаваемых другими линзами. «Сферические аберрации» создают как геометрические искажения («подушка» или «бочка»), так и приводят к потере четкости изображения.
Линзовый блок состоит из нескольких линз и диафрагм. Все линзы и диафрагмы в этом микроскопическом блоке склеены между собой и образуют единый массив. Но мы попробуем эту конструкцию разъединить, насколько это возможно.
Сначала отковыриваем асферическую линзу. Под ней обнаруживается диафрагма с прямоугольным окошком:
Диафрагма легко поддалась отковыриванию, она представлена на следующем снимке. Её назначение — «отрезать» тот световой поток, который выходит за пределы кадра. Этот световой поток только создавал бы излишнюю паразитную засветку безо всякой пользы.
А с передней стороны (обращенной к объекту съемки) объектив выглядит так:
На этом снимке видно, что «начинается» объектив с кольцеобразной диафрагмы. Назначение этой (и следующей) диафрагмы — повышение четкости снимка и увеличение глубины резкости (что особенно важно для камер с фиксированным фокусом).
Сняв эту диафрагму, видим, что в глубине объектива между двумя линзами находится еще одна диафрагма (см. следующий снимок). Однако же, склеена эта конструкция из двух линз и диафрагмы оказалась настолько прочно, что разъединить их оказалось невозможно. Посему на этом этапе разборку завершаем.
А вот так выглядит эта неразборная конструкция сбоку (следующее фото). Толстое «бревно» слева внизу — это швейная игла, с помощью которой я удерживаю эту часть объектива в наклонном положении в момент фотографирования. Эту же иглу я использовал для разборки камеры.
Подведем итоги нашего патологоанатомического вскрытия.
Вскрытие показало, что, несмотря на миниатюрные размеры камеры «мобильника», она имеет очень сложное устройство. Объектив камеры — не просто «линзочка», а 6-элементная сложная конструкция. Она состоит из 3-х линз и 3-х диафрагм. Причем одна из линз — асферическая.
Все линзы в объективе камеры смартфона — пластиковые, хотя и сделаны, само собой, из очень качественного оптического пластика. Если бы они были стеклянными, то цена камеры просто зашкаливала бы.
Если бы объектив камеры сделан не как наш, а по «упрощенной» схеме, то на снимках мог бы появиться целый «букет» искажений: сферические аберрации, хроматические аберрации, цветовое виньетирование, потеря резкости на краях снимка и еще некоторые другие.
Устройство камеры может быть и более сложным, чем описано в данном материале, если камера имеет автофокус или оптический зум.
Часть 2. Устройство камеры мобильного телефона с автофокусом
Теперь изучим устройство камеры смартфона с автофокусом.
В этой части статьи не будет повторно рассматриваться устройство объектива (оно есть выше в 1-ой части); основное внимание будет уделено механике автофокуса.
В качестве жертвенного телефона был использован смартфон одного моего хорошего знакомого. У этого смартфона оказалась особо несчастливая судьба: он был уронен в лужу, вследствие чего был разбит и утоплен одновременно. Затем в мокром состоянии он пролежал ещё некоторое время, прежде чем был отдан мне на растерзание патологоанатомическое вскрытие.
По этой причине кое-где на снимках будут присутствовать следы ржавчины.
После извлечения из телефона камера выглядела так:
Обратим внимание, что верхняя часть камеры имеет металлический кожух, а снизу находится пластиковая подложка. Далее увидим, что металлический кожух — это не просто оболочка, а конструктивная деталь с непростой «начинкой».
Разъединяем эти половинки корпуса камеры:
Матрица кажется окрашенной в красноватые тона, но это оптическая иллюзия: интенсивность её оттенка меняется в зависимости от угла наблюдения, как у крыльев бабочки. Видимо, таково влияние просветляющего покрытия защитной плёнки, находящейся над матрицей.
Посмотрим на матрицу чуть под другим углом:
Здесь надо обратить внимание на два контакта на ближней стороне подложки матрицы. При разборке камеры они были с силой выдернуты из верхней части камеры.
Эти контакты предназначены для подачи управляющего напряжения на систему фокусировки.
Теперь посмотрим на верхнюю часть камеры со стороны матрицы:
Между объективом и корпусом камеры есть зазор; он необходим для обеспечения подвижности объектива.
Если на объектив надавить кончиком иглы, то он немного сдвигается вглубь; примерно на 0.5 мм:
Сдвиг — небольшой, но, видимо, его достаточно для фокусировки в рабочих пределах камеры.
Теперь снимаем металлическую часть корпуса с верхней части камеры:
Вокруг объектива намотана обмотка сверхтонким проводом, да ещё в 4 слоя!
За счет подачи тока она втягивается в магнитную систему или выталкивается обратно.
Теперь совсем отрываем объектив и смотрим на его обратную сторону:
Здесь видны контактные площадки, к которым приварены концы обмотки.
Напряжение на обмотку подавалось через змеевидные пружины, которые можно видеть на следующем фото (этими же пружинами объектив удерживался в штатном положении):
Теперь посмотрим на металлическую часть камеры со стороны матрицы:
По углам этой части корпуса расположены 4 магнита, благодаря взаимодействию с которыми может перемещаться объектив.
Также здесь находится подпружиненное тонкое кольцо, которое поддерживает объектив с верхней стороны.
В заключение надо сказать, что управляющее напряжение для фокусировки задаёт не сама камера, а процессор телефона (смартфона).
Он рассчитывает необходимое напряжение в зависимости от алгоритма определения резкости (количество зон, их размер и т.п.) и того, в какую часть кадра пользователь нажмёт пальцем на экране смартфона.
Дополнительно о построении объективов можно прочесть в этой подробной и интересной статье (внешняя ссылка).
Ваш Доктор
2016 г., дополнено 20.11.2021 г.
Другие статьи цикла «Как устроен смартфон» :
При копировании (перепечатке) материалов ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!
Доктора! (Администрация сайта — контакты и информация)
Группа SmartPuls.Ru Контакте — анонсы обзоров, актуальные события и мысли о них
ЧТО ВНУТРИ камеры смартфона? Часть 1
‘ data-post_id=»64811″ data-user_id=»0″ data-is_need_logged=»0″ data-lang=»en» data-decom_comment_single_translate=» комментарий» data-decom_comment_twice_translate=» комментария» data-decom_comment_plural_translate=» комментариев» data-multiple_vote=»1″ data-text_lang_comment_deleted=’Комментарий удален’ data-text_lang_edited=»Отредактировано в» data-text_lang_delete=»Удалить» data-text_lang_not_zero=»Поле не NULL» data-text_lang_required=»Это обязательное поле.» data-text_lang_checked=»Отметьте один из пунктов» data-text_lang_completed=»Операция завершена» data-text_lang_items_deleted=»Объекты были удалены» data-text_lang_close=»Закрыть» data-text_lang_loading=»Загрузка. «>
Samsung Gear 360 — что внутри?
На официальном сайте Samsung (в корейской редакции) опубликован «анатомический» разбор Gear 360 — демонстрация всех составляющих камеры. Как видно на изображении ниже, в основу камеры входит 8 компонентов:
- корпус камеры;
- усилитель корпуса;
- модуль камеры;
- медная пластина;
- материнская плата;
- отсек аккумулятора;
- линза;
- аккумулятор.
Стоит отдать должное компании Samsung — команда инженеров отлично постаралась, уместив множество компонентов в компактный корпус. Несмотря на то, что Gear360 помещается в ладони, камера способна снимать видео в разрешении до 4k и по большниству технических характеристик опережает конкурентов! Издание Wall Street Journal присовило гаджету статус «самая оптимальная 360-градусная камера».
Подробнее по ссылке.
Подписаться. Без рекламы
Последние события из мира панорамных технологий: анонсы, рейтинги, слухи, аналитика, новости сопутствующих технологий и все что связанно с 360. Подписывайтесь в Telegram, Вконтакте, Facebook и YouTube!