Как работает камера телефона

Как работает камера смартфона?

Если спросить каждого из нас по каким критериям он выбирает себе новый смартфон, 99 процентов пользователей, если не первым пунктом, то точно в тройке, назовут камеру. Она действительно важна, но знаем ли мы как она работает? Попробуем разобраться!

Наверное, в наше время людям кажется, что камеры в смартфонах должны стоить недорого из-за того, что их стало очень много. Даже в отношении самых простых устройств вопросы «Есть в твоем новом телефоне камера?» окончательно утонули в пучине начала нашего века.

При этом, нельзя не отметить, что камеры не просто появились везде, но и стали выдавать очень хорошие снимки и достойные видео даже на относительно недорогих смартфонах. Например, если усреднить топовые флагманы в районе отметки 100 процентов, смартфоны в районе 30 процентов будут выдавать снимки, которые при определенных условиях могут потягаться с представителями вершины смартфоностроения.

Раньше аналогичные показатели демонстрировали смартфоны, которые были примерно на уровне 60-70 процентов в этой виртуальной таблице.

Связано это не только с попытками унифицировать все и вся, но и с тем, что технологии в целом стали доступнее. Если вам не нужны максимальные характеристики, то смартфон за 20000 рублей будет для вас не так плох. Связано это с тем, что лично я называю уплотнением технологий.

Для себя под этим термином я подразумеваю те ситуации, когда каждый следующий шаг в технологиях становится все труднее и дороже, при этом, существующие технологии становятся все более и более доступными. В наше время это наблюдается везде — в автомобилях, в компьютерах, в смартфонах…

Из чего состоит камера смартфона?

Возвращаясь к камере смартфона, стоит сказать, что принципиально их конструкция не отличается даже между флагманом и самым доступный устройством за пару тысяч рублей. Вся разница будет сводиться к материалам, количеству элементов и, что важно, программному обеспечению.

За программным обеспечение также стоит процессор, так как именно он идет в авангарде вычислительной мощности всего устройства в целом. Обычный набор информации, полученный с сенсора ничего не стоит и его надо еще обработать. А это миллионы точек, каждую из которых надо сложить в изображение и все это за доли секунды.

В Сети несложно найти расширенные характеристики процессоров. Не те, где нам пишут мощность и количество ядер, а действительно полные. Среди них всегда есть такой параметр как максимальное разрешение камеры. Становится понятно, почему на дешевые смартфоны нельзя как киллер-фичу поставить топовую камеру, доплатив за нее. Все должно работать в связке, как и в любом компьютере.

Матрица смартфона

Так же как и оптика, матрица любой камеры является основополагающим элементом качества снимка. Ведь именно она получит тот материал, который будет передан в обработку. Для начала разберем из чего она состоит.

Основной тип матрицы, применяемый в современных устройствах, состоит из светочувствительных элементов, собранных в блоки. Чем больше таких элементов, тем выше разрешение и тем большую четкость снимков может обеспечить камера. Конечно, есть некоторые факторы, которые сводят к нулю ценность большого количества этих элементов. Это может быть низкое качество сборки, плохая оптика или желание сделать матрицу меньше при сохранении на ней прежнего количества светочувствительных элементов.

Стоит отметить, что сами светочувствительные элементы не могут работать без специальных фильтров, нанесенных на поверхность матрицы. Эти фильтры пропускают только красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) цвет. Поэтому система и называется RGB.

Если на элемент не попадает свет определенного цвета, то он попадает на соседний. В этом и заключается принцип определения цвета снимка, так камера и понимает, какого цвета, или оттенка, должна быть точка. Собрав несколько миллионов таких точек (мегапикселей) воедино, процессор обрабатывает их и собирает в готовое изображение.

Многие пренебрегают таким показателем как размер светочувствительной ячейки, который очень сильно влияет на итоговое качество изображения. Да, размер ячеек выражается в микронах и разница в несколько десятых долей микрона может казаться очень несущественной. Тем не менее, чем больше размер пикселя, тем лучше. А оценивать их надо с точки зрения пропорций. То есть, 1,14 микрона на 15 процентов больше чем 1 микрон.

Также на качество снимка влияет и расстояние между пикселями. Если пиксели будут очень маленькими и «напиханы» очень плотно, камера может иметь сколь угодно большое разрешение, но снимки будут плохими и с большим количеством шумов.

Все это является объяснением того, почему многие производители до сих пор держатся за разрешение камер в 12 или 16 Мп. У них есть ряд преимуществ перед камерами с разрешением 48 Мп. При равном физическом размере сенсора, качество будет хуже из-за большого количества помех. При этом, слабая оптика и последствия цифрового удаления этих шумов могут свести к нулю полезность лишних мегапикселей. Детализация в этом случае не будет лучше чем у более «скромных» матриц. Идеальная отработка камеры, это когда при максимальном увеличении вы начинаете видеть реальные квадратики пикселей, а не замыленность. Но в смартфонах такого все равно не бывает.

Объектив камеры смартфона

Допустим, у нас есть отличный сенсор с шикарными характеристиками и минимальным количеством помех, но от окружающего мира его отделяет стекло плохого качества. Утрируем и скажем, что оно мутное. Думаю, не стоит объяснять, что в этом случае о хороших снимках говорить не стоит.

На таком, немного грубом примере, можно понять ценность хорошей (и чистой) оптики для камеры.

Объектив камеры смартфона не зря называется именно так. Это именно объектив, как и в случае с зеркальными камерами, просто очень маленький. В конструкции объектива смартфона применяется несколько линз. Точное число зависит от конкретного производителя, но их может быть 4, 5, 7, 8 и даже больше.

Каждая линза выполняется из специального пластика или не менее специального стекла. Каждая из них собирает пучок света так, чтобы он равномерно попадал на рабочую часть матрицы. Малейшее смещение одной линзы на тысячные доли миллиметра может привести к полной неприемлемости качества снимков.

Важным критерием объектива будет его светосила или диафрагменное число. При выборе смартфона, если вам важна камера, надо выбирать тот, в котором цифра будет меньше, например, f/1,75 и ниже. Это будет существенно лучше, чем f/2.0, f/2.2 и более. Тут все просто — чем меньше значение, тем выше светосила и тем лучше камера снимает при слабом освещении.

Еще одним важным показателем будет фокусное расстояние, но сейчас это уже потеряло актуальность для камер смартфонов. Все современные смартфоны оснащены камерами, которые отлично работают почти на любых расстояниях от объекта съемки. Тем более, в последнее время камеры стали оснащаться несколькими модулями, дополняя функции основной камеры функциями телеобъектива (аналог оптического зума) или, наоборот, давая возможность снимать панорамы.

В большинстве смартфонов снаружи вся конструкция прикрыта сапфировым стеклом или другими прочными составами. Ведь малейшая царапина на стекле может навсегда лишить камеру возможности делать хорошие снимки.

Автофокус

На заре создания камер для мобильных устройств они не оснащались автофокусом. Четкость снимков достигалась за счет достаточно большой глубины резкости. Это позволяло не задумывать о том как сделать снимок большой панорамы — все было в фокусе. Конечно, это имело ряд минусов и пришло время новых решений.

Современные системы автофокуса (не только для смартфона) можно разделить на три основных типа. Первым является контрастный. Суть его работы сводится к поиску оптимального контраста снимка, чтобы сделать резким все изображение или какую-то его часть, выбранную пользователем. Для такой системы не важно, на каком расстоянии находится объект съемки.

Второй тип автофокуса получил название лазерный. Он работает только на небольших дистанциях и совмещается с другими системами для более полного охвата диапазона расстояний. Он способен определять расстояние до объекта и за счет этого подстраивать под него настройки фокуса.

Третий тип автофокуса называется фазовым. Для его реализации предусмотрены дополнительные датчики, которые позволяют камере получить больше данных для настройки фокуса.

Наиболее продвинутые смартфоны способны на ходу объединять работу разных способов фокусировки и даже обеспечивать непрерывную автофокусировку, подстраиваются под изменение положения объекта.

Система стабилизации изображения

Цифровой способ стабилизации имеет ряд минусов,главным из которых является обрезка краев изображения. Чтобы избежать такого воздействия, в наиболее продвинутые смартфоны внедряют камеры с оптической стабилизацией.

Для этого модуль камеры оснащается специальным механизмом, который ориентируясь на показания гироскопа, подстраивает оптику так, чтобы изображение, попадающее на матрицу не менялось. Как внешние трехосевые подвесы такая система работать не может, но небольшую тряску убрать способна.

Зачастую, в дорогих смартфонах эти система объединяются и позволяют еще лучше стабилизировать картинку.

Автоматический баланс белого

Наверняка вы видели снимки с неправильным балансом белого. Их особенностью является ярко выраженное смещение оттенков снимка или клипа в сторону синих (холодных) или желтых (теплых) оттенков. Настроить цветовую температуру можно вручную, но для автоматического определения в камере есть датчик баланса белого.

Любой тип освещения имеет свою цветовую температуру, и, попадая на объект, он отражается по-разному. Человеческий глаз воспринимает это нормально и может подстраиваться, но камере работать с такими изменениями трудно. От этого и возникают проблемы. Если опыта в настройке такого параметра мало, лучше доверять это автоматике.

Количество модулей камеры

В наше время смартфоны с одним модулем камеры выпускают только очень уверенные в себе производители. Даже бюджетники выпускают камеры минимум с двумя модулями. Кроме тех, кто делает камеры Dual Camera Design. Была такая на одной из моделей Jinga. Второй модуль, без преувеличения, нужен был там чисто для красоты. Он был просто нарисован.

В наличии нескольких модулей есть множество плюсов. Самый очевидный из них в том, что они могут иметь разные настройки фокусного расстояния. То есть, можно снимать как с разными объективами и выбирать между панорамой, зумом и обычным фокусным расстоянием. Это может очень пригодиться, но сильно удорожает конструкцию., так как требуется уже не одна камера, а несколько. Отчасти поэтому, многие производители ставят в дополнительные модули более простые матрицы и экономят на оптической стабилизации.

Как выбрать хорошую камеру?

Как видим, камера современного смартфона не так проста, как кажется. Она состоит из матрицы с десятками миллионов светочувствительных элементов, информация с которых обрабатывается отдельно, нескольких идеально подогнанных друг под друга линз, миниатюрных приводов и датчиков.

Все это делает ее чуть ли не самым сложным элементом смартфона. Но она постоянно развивается, ведь ни для кого не секрет, что при покупке смартфона мы далеко не в последнюю очередь обращаем внимание на то, как он может фотографировать.

Однозначного ответа на вопрос как купить хорошую камеру нет. Мало того, что понятие хорошего для всех разное, так еще и у такого понятия как совершенство нет предела. Хорошая камера стоит дорого — это можно сказать точно. Другой вопрос в том, стоит ли переплачивать в два раза за незначительную прибавку в качестве? Тут уже каждый решит для себя сам.

Если вы хотите поделиться своим мнение по поводу камеры смартфона, сделайте это в нашем Telegram-чате. Обсудим это все вместе. Несколько тысяч наших друзей уже там. Присоединяйтесь!

Как это устроено. Камера в телефоне

Привет! Камера, а вернее, качество съемки в мобильном телефоне, стало одним из признаков флагмана. Многие производители соревнуются между собой в том, чей аппарат снимает лучше. Модули совершенствуются, обрастают новыми функциями, которые ранее были доступны только в фотоаппаратах, тем самым постепенно вытесняют последние.

На сегодня во флагманских смартфонах применяются камеры, обладающие оптической стабилизацией изображения, высокой светочувствительностью, состоящие из большого количества линз и представляющие собой весьма сложное устройство.

Еще совсем недавно камеры были гораздо скромнее по характеристикам и по размерам. Вот для примера сравнение основной камеры разных поколений смартфонов Samsung. Перед вами камера от Galaxy S3 в сравнении с камерой от Galaxy S7 EDGE.

Первое, что бросается в глаза, – размер. Камера от S7 Edge ощутимо больше. При этом, если сравнить их в толщину, то окажется, что, несмотря на рост длины и ширины, толщина не изменилась, оставшись весьма небольшой.

Толщина модуля – один из самых главных параметров с точки зрения габаритов. Благодаря этому, большинству производителей удается сохранять толщину корпуса небольшой и добиваться того, чтобы глазок камеры не выпирал из корпуса.

Если потрясти телефон, оснащенный камерой с автофокусом, можно услышать характерное дребезжание. Многие принимали это за неисправность и писали об этом на форумах либо шли в магазин, чтобы вернуть телефон, имеющий такую неисправность. На самом деле, это дребезжит блок линз, свободно закрепленный внутри корпуса камеры. Так работают стабилизация и автофокус.

Мне всегда было интересно разобраться, как же устроен такой модуль камеры внутри, как работают эти самые стабилизация и автофокус с точки зрения механики. Чтобы удовлетворить свое любопытство, я купил неисправный модуль камеры от Galaxy S7 Edge и занялся его препарированием.

Для начала еще раз осмотрим его снаружи. Корпус собран из большого количества деталей и подключается к плате широким многоконтактным разъемом.

На шлейфе имеется маркировка, с помощью которой можно отличить подделку от оригинального модуля. В одинаковые модели своих смартфонов, предназначенных для продажи в разных странах, Samsung может ставить как модуль собственного производства, так и модули производства Sony. В данном случае модуль производства Sony. Кроме надписи на шлейфе, на внешнем металлическом кожухе имеется серийный номер камеры, выгравированный мелким шрифтом. Серьезный подход.

Ну что, начинаем вскрывать.

Для начала снимем пластиковый фартук, защищающий модуль. Затем откроем маленький блок на шлейфе, внутри которого располагаются электронные компоненты, являющиеся частью управления питания камеры. Всегда удивляет миниатюрность таких устройств.

Обратите внимание, под кожух со всех сторон уходят контакты.

Снимаем металлический кожух.

Перед нами предстает внутренний пластиковый корпус, который со всех четырех сторон опоясан шлейфом с контактами, которые мы видели, когда рассматривали кожух снаружи.

Внутри находится металлический блок. Интересно, насколько сложно он извлекается. Попробуем его достать.

Удивительно, но внутренний блок линз никак не закреплен и извлекается вообще без сопротивления. Неожиданно.

Отложим извлеченный блок в сторону и заглянем внутрь. А внутри находятся малюсенькие катушки, на которые подается питание. Больше всего это напоминает электромагниты.

Что там еще? А еще в углах корпуса расположены шарики, которые, судя по всему, являются направляющими, по которым катается блок линз.

Впечатляет размер этих шариков. Вот один в сравнении с кончиком обычной зубочистки. А еще, видимо, этот шарик керамический.

Смотрим дальше. На дне корпуса виден фильтр матрицы камеры. Если присмотреться поближе, можно увидеть, что матрица покрыта трещинами. Интересно, что нужно было делать с телефоном, чтобы так повредить матрицу? Его либо очень сильно уронили, либо я даже не знаю.

К матрице мы еще вернемся. Давайте теперь поближе рассмотрим блок линз.

На боковых гранях видны металлические пластинки, которые на деле оказались миниатюрными магнитами. Теперь стало окончательно понятно, каким образом управляется камера. Будучи под напряжением, блок линз висит внутри электромагнитного поля и перемещается внутри корпуса, опираясь на керамические шарики, которые, судя по всему, играют роль не столько салазок, сколько ограничителей.

Конструкция выглядит монолитно. Но нет ничего собранного одним человеком, чего не смог бы разобрать другой человек.

На верхней части есть пластиковые пломбы.

Срезаем их, после чего поддеваем боковые защелки и снимаем еще один кожух. Извлекаем блок линз, который стал еще меньше. Не модуль, а матрешка какая-то.Внутри еще одного слоя корпуса снова обнаруживаем уже знакомые нам шарики. Причем шарики держат не только блок линз, но и еще одну оболочку, на которую этот самый блок опирается. Даа… Тут не только матрешку, но и Кащеев сундук вспомнишь.

Неужели будет еще один корпус в корпусе? Но нет, дальше только блок линз, запрессованный внутри пластиковой тубы.

В рекламе нам обещали шесть линз внутри. На взрыв-схемах также можно было увидеть эти шесть линз. У нас есть возможность проверить правдивость рекламных картинок. Так как туба с линзами неразборная, варварски распотрошим ее.

Внутри и правда оказалось много линз. А если быть точным, те самые шесть, обещанные в рекламе. Одна из линз собрана из двух и не разделяется. Между всеми линзами есть тончайшие прокладки черного цвета. Миниатюрность и сложность конструкции впечатляют.

Расстроило только то, что линзы оказались пластиковыми. Пластик очень нежный, моментально царапается. Я думал, что хотя бы внешняя линза, находящаяся на самом верху, окажется стеклянной. Нет, тоже пластик. Жаль.

А теперь вернемся к матрице. Собственно, размер матрицы и определяет размер всего модуля. Снимаем фильтр и смотрим на матрицу.

Снова миниатюрные, мельчайшие элементы. Обратите внимание на золотые контакты, которые идут от матрицы на плату.

Фото в сравнении с человеческим волосом.

Несмотря на то, что умом понимаешь, что на данный момент технологии находятся на таком уровне, что подобное не должно удивлять, меня это впечатляет. Одно дело – понимать, а совсем другое – видеть собственными глазами. Ведь это все нужно было не только придумать, но и собрать.

Заключение

Вот так изнутри выглядит модуль камеры Samsung Galaxy S7 Edge. Еще одной тайной стало меньше, и еще одним знанием больше. Вряд ли это знание пригодится мне в жизни, например, при ремонте телефонов, так как в домашних условиях починить модуль вряд ли возможно, да и не нужно. Но зато теперь стал лучше понятен принцип работы механизм оптической стабилизации и автофокуса. А еще, это просто интересно. Мне всегда было интересно узнавать, как устроен мир вокруг. И не только как он устроен, но и из чего он состоит. С возрастом это желание не становится меньше, а впечатления от увиденного не становятся тусклее. Узнавая о том, как устроен мир вокруг нас, мы учимся лучше его понимать, но он все равно способен удивлять. Впереди еще масса открытий.

П.С. Ко мне приехал модуль камеры для недавно купленного Galaxy S7 Active, а значит, на днях предстоит приключение по замене этого модуля. Велик риск, но и результат стоит риска.

В чем «фишка» камер смартфонов? Разбор

Сегондя мы вновь поговорим о мобильной фотографии, а точнее постараемся во всем разобраться: размер сенсора, оптика, стабилизация и так далее.

aka_opex 26 октября 2022 в 10:20

Интересно наблюдать какой путь проделала мобильная фотография за последние лет десять. Я сравнил фотографию, которую я сделал в 2008 году с фотографией на актуальный смартфон. И WOW. Как небольшие по размеру камеры телефонов, а затем смартфонов достигли такого уровня качества?

Сегодня попробуем разобраться какой путь прошла мобильная фотография за эти годы…

Краткая история

Главной предпосылкой к появлению камер в телефонах стало изобретение и распространение цифровых камер. Вряд-ли кто-нибудь стал бы помещать в телефон фотоплёнку, хотя выглядело бы интересно. Первая цифровая камера появилась ещё в 1975 году. Она имела разрешение всего в одну сотую мегапикселя, была чёрно-белой, а фотографии записывались на кассету. Несмотря на это, сама технология получения снимка у этой камеры была такая же, как и на современных фотоаппаратах и, отчасти, телефонах.

Любая любая цифровая камера, состоит из двух основных частей: сенсора и системы линз. Сенсор улавливает свет, который на нём фокусирует система линз, и затем из полученного света получается картинка, это если вкратце.

Собственно, камера в телефоне это и есть цифровая камера, просто уменьшенная до таких размеров, чтобы помещаться в вашем смартфоне, при этом ещё и в количестве нескольких штук. Но есть существенное отличие — это размер сенсора. Почему это важно? Качество снимка зависит от количества информации, поступающей на сенсор. А эта информация — свет, попадающий на матрицу. Поэтому меньше сенсор, тем меньше света, тем в итоге хуже фото.

Но как же камерам смартфонов удается выдавать сопоставимое качество? Давайте разберемся. Для этого, начать стоит с того, как вообще устроена камера смартфона.

Сенсор камеры. Матрица. Вы находитесь здесь…

Сенсор камеры – самая важная её часть. Главный элемент сенсора – светочувствительная матрица. Она состоит из миллионов ячеек, которые улавливают свет. «Мегапиксели» в камере – это как раз количество таких ячеек. Например, 64 мегапикселя означают, что матрица состоит из 64 миллионов светочувствительных ячеек. Когда вы открываете приложение камеры на смартфоне, все эти ячейки начинают собирать в себя фотоны света и по их количеству на каждой ячейке и формируется картинка. Каким образом? Ответ на этот вопрос зависит от типа матрицы, их всего два CCD и CMOS-матрицы.

Разница заключается в том, что в CCD-матрицах для преобразования света в напряжение и из него в данные используется отдельная схема-преобразователь. При воздействии света на ячейку, в ней образуются электроны, и они поочерёдно поступают в преобразователь, который «превращает» электроны в выходное напряжение, такие матрицы были придуманы первыми, а сейчас используются только в очень дорогих камерах из-за своей дороговизны. В CMOS-матрицах все необходимые преобразования происходят в самой ячейке, то есть на выходе ячейка сразу выдаёт напряжение, без необходимости во внешних схемах, такие матрицы дешевле, быстрее и меньше, поэтому и получили гораздо более широкое распространение.

Хорошо, но как из выходного напряжения получается картинка? Напряжение – пропорционально тому, сколько света захватила каждая ячейка, то есть яркость каждого пикселя. Но только яркость, сами по себе матрицы умеют формировать только чёрно-белое изображение.

Фильтр Байера

Для появления в фотографиях цвета над каждой ячейкой помещают цветной фильтр, который улавливает определённый цвет: красный, синий или зелёный. Совокупность таких фильтров формирует над матрицей ещё один слой – матричный светофильтр. Самый известный – фильтр Байера, ещё его называют RGGB. Этот фильтр состоит из 25 % красных элементов, 25 % синих и 50 % зелёных элементов. Такой дисбаланс цветов вызван тем, что человеческий глаз более чувствителен к зелёному цвету, чем к красному и синему вместе взятым. То есть получается, что каждый пиксель улавливает лишь один цвет? И из этого же следует, что два остальных цвета фильтром отсекается, значит сохраняется лишь одна треть от всей цветовой информации. «Полноцветным» является блок 2 на 2 пикселя, в таком блоке один красный пиксель, один синий пиксель и два зеленых пикселя. Тем не менее, этого хватает для получения цветной картинки, для этого используются значения из соседних ячеек.

Но интересно, что RGGB это не единственный тип светофильтров, хотя и наиболее распространённый. Помимо него существуют уже почти неиспользуемый CYYM, в котором на каждый блок один бирюзовый, два жёлтых и один пурпурный, а также RYYB, где зелёный цвет заменили на жёлтый, он появился в 2019 году. Альтернативные светофильтры не стали стандартом индустрии, хотя и используются некоторыми производителями. Это обусловлено тем, что все существующие алгоритмы и технологии работы с изображениями рассчитаны на зелёный, синий и красный цвета, а в случае использования других цветовых компонентов требуются более сложные алгоритмы демозаики. С другой стороны, жёлтые фильтры позволяют матрице захватывать больше света, а значит и в условиях недостаточного освещения фотографии должны получаться лучше.

Хотя, главное ограничение в этом плане – отнюдь не светофильтр, а размер пикселя. В камерах смартфонов зачастую не превышает полутора микрометров, он физически не может уловить такое количество света, как «большие» камеры с пятикратно большими пикселями. Для того, чтобы это компенсировать была придумана технология Quad Bayer. В ней при значительном увеличении разрешения камер, например, до 48 мегапикселей размер фильтра Байера остаётся как при двенадцати мегапикселях, то есть цветофильтр покрывает сразу 4 пикселя, блок 2×2 пикселя становится одноцветным, а разрешение фотографий не увеличивают. Такая технология используется во всех актуальных смартфонах vivo, в том числе и в vivo V25 Pro.

Это позволяет улучшить динамический диапазон фотографий. Каким образом? Вообще, широкого динамического диапазона на фотографиях можно достигнуть двумя способами: большим размером сенсора или увеличением выдержки. Первый вариант не подходит из-за небольшого размера камеры смартфона, а вот второй может и получиться, но только для совсем небольшого отрезка времени, чтобы не смазать кадр при съёмке с рук. Трюк заключается в том, что одновременно половина фотодиодов под одним фильтром работает с короткой выдержкой, а вторая половина — с длинной. Получается, под каждым цветным фильтром два диода собирают всю информацию на ярких участках, а два других — на темных, и при этом общее время выдержки увеличивается незначительно.

С другой стороны, пиксели становятся ещё меньше, что приводит возникновению шумов и различных дефектов, которые необходимо исправлять при постобработке, то есть возрастают требования к вычислительной мощности смартфона.

Как раз отличной камерой, и мощным железом может похвастаться смартфон vivo V25 Pro. Это флагман новой серии V25, которая недавно вышла в продажу в Россию. vivo давно присутствует на рынке, и мы с вами прекрасно знакомы с этим брендом — компания занимает лидирующие позиции в создании инновационных продуктов, в частности, специалисты vivo уделяют большое внимание именно развитию фото- и видеосъемки в смартфонах.

Так, например, первым в мире смартфоном с фронтальной светодиодной вспышкой полного спектра был vivo X shot, представленный компанией в 2014 году.

vivo X7, вышедший в 2017 году, был оснащен передовой технологией мягкого света, разработанной компанией (имитируя свет на съемочной площадке, технология способна придать сияющий цвет лица людям, делающим селфи). Также в 2016 году в сериях vivo X9 и X9s внедрили режим двойной камеры для фронтальной фотосъемки.

Но о компании говорить можно долго, так что давайте вернемся и посмотрим, что нам предлагает новинка V25 Серии — vivo V25 Pro. Смотрите сами, тут крутая 64 мегапиксельная камера, к тому же с гибридной стабилизацией, комбинация оптической стабилизации и электронной сделает снимки с рук максимально чёткими.

Фотографии можно делать как в разрешении 16 мегапикселей, так и задействовать полное разрешение камеры для получения очень детальных снимков при дневном освещении.

Любителям портретной съёмки понравится качественное боке, да ещё и с возможностью менять после съемки блики, можно выбрать из нескольких вариантов, таких как сердца, бабочки или “вишня в цвету”, а для создания динамики на снимках можно использовать эффект размытия в движении.

А тем, кто считает ночь своей стихией пригодится продвинутый ночной режим, который при любом освещении поможет создать яркий снимок, вот например такой или вот такой.
Помимо продвинутых основных камер, в смартфоне установлена 32 мегапиксельная фронтальная камера с автофокусом по глазам, что позволит всегда делать чёткими не только селфи-фото, но и селфи-видео, оцените качество картинки и заодно звука.

Кстати, насчёт видео, гибридная стабилизация сделает кадр плавным даже при сильной тряске.

Все эти продвинутые алгоритмы съёмки работают быстро благодаря новому производительному восьмиядерному чипу MediaTek Dimensity 1300 и 12 гигабайтам оперативной памяти с возможностью расширения ещё на 8 Гб. А чтобы избежать перегрева и троттлинга в смартфоне используется современная система охлаждения. Кроме того, в смартфоне установлен большой аккумулятор ёмкостью 4830 мАч, который с помощью 66-ваттной быстрой зарядки можно зарядить до 42% всего за 15 минут.

Сильной стороной vivo V25 Pro является не только “железо”, но и дизайн, фотохромное антибликовое стекло с бархатистой поверхностью на задней панели благодаря слою кристаллов меняет свой цвет под разными углами, от небесно-голубого до тёмно-синего, это точно подчеркнёт чувство стиля владельца смартфона. Кстати, для первых покупателей V25 Pro беспроводные наушники в подарок.

Стабилизация

Есть ещё один способ улучшить качество снимков при недостаточной освещённости – увеличить выдержку. Это время, за которое камера фиксирует изображение. Тут всё просто: чем больше выдержка, тем больше света попадёт на матрицу. Но для этого камера должна быть абсолютно неподвижна, иначе изображение получится смазанным. При съёмке с рук добиться такого едва ли возможно, поэтому в смартфонах средневысокого ценового сегмента используется оптическая стабилизация изображения (OIS). Работает она так, гироскоп и акселерометр постоянно определяют сдвиги камеры в пространстве и электрические приводы компенсируют эти движения, стабилизируя модуль камеры.

Кстати, первым смартфоном в индустрии с пятитиосевой gimbal стабилизацией стал vivo X50 Pro. Созданный по образцу полноразмерного профессионального стабилизатора, встроенный модуль в X50 Pro обеспечивает повышенную устойчивость основной камеры, двигаясь в направлении, противоположном тряске.

Эта система также расширяет угол поворота и зону защиты от сотрясений по сравнению с оптической стабилизацией (OIS), что приводит к сверхчетким изображениям. Но так как OIS это всё-таки механизм, ещё и небольшого размера, стоит производителям смартфонов такое удовольствие недёшево, поэтому в смартфонах невысокого ценового класса оптическую стабилизацию не встретишь. В этом сегменте используется электронная стабилизация (или EIS), при ней все движения камеры компенсируются процессором при обработке изображения. Некоторые смартфоны, например наш vivo, могут использовать и оптическую и электронную стабилизацию одновременно.

Размер сенсора

А почему бы не сделать смартфон с размером сенсора, как на фотокамерах? Раз уж все остальные методы не решают проблемы со съёмкой при нехватке света и низкой выдержке, так ещё бы и подрос бы динамический диапазон за счёт большего размера пикселей. Дело тут в том, что внутри смартфона очень мало места. И чтобы в него поместился большой модуль камеры, необходимо либо уменьшать размеры остальных компонентов, а уменьшить зачастую можно только аккумулятор, либо значительно увеличивать толщину и вес смартфона. А главное — для покрытия большой матрицы нужна выпирающая оптика.

Второй подход используется чаще, но такие смартфоны получаются совсем нишевыми, далеко не все готовы ради хорошей камеры носить с собой тяжёлый смартфон с огромной выпирающей камерой. Поэтому оптимизации нужно искать где-то ещё, например, в линзах.

Линзы

А ведь любой, даже самый продвинутый сенсор будет бесполезен без системы линз, и именно она занимает больше всего места в модуле камеры смартфона. Неужели нельзя обойтись вообще без линз? К сожалению, нет. В любом модуле камеры есть три типа линз:

• Собирающая
• Фокусирующая
• Корректирующая

Самая основная, это собирающая – чтобы маленький сенсор «захватил» большую сцену, её необходимо «сжать» до размеров этого самого сенсора. Для этого нужна выпуклая собирающая линза, она собирает пучок световых лучей в одну точку. В целом, для получения снимка достаточно всего одной такой линзы, но качество такого снимка будет невысоким из-за расфокуса и искажений, или аберраций.

То есть ещё необходима фокусирующая линза, в отличие от других линз, она может перемещаться внутри объектива, чтобы достичь необходимой резкости изображения. Для определения нужного положения фокусирующей линзы используются различные технологии автофокуса, на эту тему у нас было отдельное видео на канале, поэтому не будем на этом останавливаться.

Для устранения искажений применяются применяются различные корректирующие линзы. Например, для уменьшения эффекта хроматической аберрации. Он возникает из-за того, что у каждого цвета своя длина волны и поэтому некоторые цвета могут быть в расфокусе, так как они не сходятся в одной точке. Из-за этого снижается чёткость изображения и появляются цветные контуры. Для борьбы с этим эффектом в каждой системе линз есть ахроматическая линза, которая соединяет цветовые лучи в одной точке.

В «больших» фотоаппаратах все эти линзы представляют собой отдельные стеклянные элементы, которые можно заметить или подстроить под себя. А в смартфонах для экономии места линза, по сути, одна, просто склеенная из нескольких пластиковых элементов, обычно от 5 до 7. Выбор пластика в качестве материала обусловлен тем, что при таких маленьких размерах, с пластиком работать проще, а ещё пластиковая линза не разобьётся от падения.

Фокусное расстояние

Ещё именно линзы определяют фокусное расстояние, это расстояние от точки схождения лучей внутри объектива до сенсора камеры, если несколько упростить, то это на каком расстоянии от линз находится сенсор камеры. Фокусное расстояние определяет угол обзора камеры, то есть насколько «широко» камера видит сцену. Чем меньше фокусное расстояние, тем больше угол обзора, но вместе с увеличением угла обзора возникает бочкообразная дисторсия, также называемая «рыбий глаз», она возникает из-за того, что линзами захватывается много информации, но поместить её необходимо на небольшой сенсор камеры. А объективы, то есть системы линз, с большим фокусным расстояниями используются для получения зума, так как из-за малого угла обзора создаётся иллюзия, что изображение приближено.

Двойные-тройные камеры

На фотоаппарате в плане объективов всё просто, под каждую задачу меняешь объектив и всё, одна камера становится максимально универсальной. На смартфоне такой вариант невозможен в силу того, что линзы невзаимозаменяемые, из-за своего малого размера и высокой плотности компонентов внутри смартфона. Поэтому для расширения функционала камеры начали… добавлять новые камеры. Вообще, эта идея не новая.

Первые смартфоны с двумя камерами появились чуть больше 10-ти лет назад, но там две камеры использовались для создания 3D-эффекта. А вот использование двух разных модулей под разные задачи стало трендом лишь в последние 5 лет.

Кстати, двойная камера может быть не только тыльной, но и фронтальной. Например, смартфон vivo V5 plus был первым в мире смартфоном с двойной фронтальной камерой, а через пару лет vivo V17 Pro стал первым смартфоном с двойной “выдвигающейся” селфи-камерой.

Сейчас дополнительные камеры устанавливают практически все производители в смартфоны всех ценовых сегментов.

Например, в уже упомянутом vivo V25 pro три модуля камеры:

• Основной объектив, со средним углом обзора и самой высокой светочувствительностью.
• Сверхширокоугольный объектив, он же «сверхширик», малое фокусное расстояние даёт ему большой угол обзора. Такой камерой можно захватывать сцену максимально широко и получать интересные снимки, например вот такой или такой.
• И макрообъектив, также может нести функцию замера глубины, нужен либо для создания макроснимков, либо для определения и отделения фона при портретной съёмке.

Помимо этих модулей, в смартфонах также часто устанавливают телеобъектив. Он же «телевик», у него фокусное расстояние кратно меньше таковому у основного объектива, эта разница как раз и является зум-фактором. Например, если у основного объектива фокусное расстояние 24 мм, а у телевика 77 мм, то мы, округляя, получаем трёхкратный оптический зум.

С недавнего времени в смартфонах появились так называемые перископные телеобъективы, они дают больший оптический зум, по сравнению с обычным телеобъективом, из-за большего фокусного расстояния, вплоть до 100 мм, но в чём между ними разница? Фокусное расстояние – это всё-таки физическая величина, а значит, что в смартфоне должно быть место под это расстояние, а ещё под линзы и сенсор камеры. Поэтому, когда увеличение фокусного расстояния «упёрлось» в толщину смартфона, инженеры придумали повернуть камеру параллельно корпусу смартфона, уместить таким образом всю оптику, а затем зеркалом «вернуть» обзор камеры в нужную плоскость. Первые смартфоны с перископными объективами появились в 2019-м году, и с тех пор, всё больше производителей перенимают эту технологию.

У vivo тоже есть смартфоны с таким объективом, например, vivo X70 Pro+, у которого помимо обычного телеобъектива с двухкратным увеличением, есть ещё и перископный объектив, дающий пятикратное приближение.

Но даже у самых продвинутых «вспомогательных» модулей камер есть большой недостаток, это невысокое качество съёмки при недостаточном освещении. Дело в том, таким модулям нужны дополнительные линзы для увеличения угла обзора, или для зума, и каждая линза уменьшает количество света, которое попадает на матрицу. Из-за этого светосила объектива становится меньше, а итоговая картинка темнее.

Заключение

Получается, что ключевое отличие мобильных камер от “больших” фотоаппаратов это значительное использование программных алгоритмов, они комбинируют снимки с разных объективов для создания портретного размытия, улучшают качество ночных снимков, и, что самое главное, дают возможность пользователю просто достать смартфон, открыть камеру и сделать снимок, без необходимости настройки параметров под каждую конкретную сцену. И именно алгоритмы будут улучшать качество съемки на смартфон, потому что вряд-ли нас ожидают существенные улучшение в оптике, или в сенсорах камер, их размер всё-таки существенно ограничен, и всё улучшение упирается в законы физики, а их пока никому обмануть не удалось. А вот алгоритмы можно улучшать практически бесконечно, и нейросети прекрасно этому способствуют, такие дела.

Как устроена камера телефона?

Автор : Валерий Якубин

Время чтения: 2,5 минуты

Содержание

	Матрица
	Оптическая система
	Система автоматической фокусировки
	Стабилизация и баланс белого
	Выход из строя и ремонт

Камера любого современного смартфона – сложное устройство, состоящее из множества компонентов. Даже самые дешевые телефоны имеют встроенную камеру, которая содержит матрицу, систему фокусировки и огромное количество подвижных элементов, необходимых для получения качественных изображений. При этом все компоненты помещены в небольшой камерный блок, установленный в компактный корпус смартфона.

В основу устройства камер был положен принцип функционирования человеческого глаза. Рассмотрим основные составные части камеры, от которых напрямую зависит качество снимков.

Матрица

Это основополагающий компонент, который содержит огромное количество светочувствительных частиц. Четкость получаемых изображений обусловлена их количеством. Однако, некоторые производители стремятся снизить себестоимость камеры для своих устройств, устанавливая некачественную оптику или уменьшая габариты матрицы.

Все светочувствительные частицы собраны в блоки. Они воспринимают только 3 цвета: красный, синий и зеленый. С этой целью на поверхности матрицы устанавливают специальные фильтры, пропускающие волны определенной длины (одного из указанных выше цветов).

Каждый элемент соответствует точке. Несколько точек образуют изображение. Фильтры позволяют определить цвет точки. Дальнейшая обработка изображения выполняется специальным микроконтроллером.

На качество итоговой картинки влияет как количество светочувствительных элементов, так и их размер. Чем больше размер точки, тем меньше вероятность возникновения так называемых «шумов ». Они проявляются во время съемки в условиях плохой освещенности и в темное время суток. Такой параметр, как количество мегапикселей, характеризует количество светочувствительных элементов. Например, 12 Мп соответствует 12 млн точек, воспринимающих свет.

Одним из важных параметров, влияющих на качество снимков, является расстояние между пикселями.

Чем более плотно установлены светочувствительные элементы, тем ниже качество получаемых фото и больше «шумов » на снимках. Поэтому, число мегапикселей – далеко не самый важный критерий, по которому выбирают камеру.

Оптическая система

Четкость снимков зависит от качества используемой оптики (линз ). Объектив является одной из самых сложных систем камеры. Он предназначен для формирования оптического изображения, которое впоследствии преобразуется матрицей и микропроцессором. К объективу предъявляют серьезные требования, поскольку малейшие отклонения от установленных размеров приводят к серьезным искажениям получаемых изображений. Он может состоять из различного числа линз (как правило, от 4 до 8, в некоторых случаях – большее 8).

Основным параметром объектива является диафрагменное число, которое характеризует светосилу, то есть способность камеры делать четкие снимки в условиях плохой освещенности. В старых и бюджетных смартфонах устанавливают объективы с диафрагменным числом равным f/2.0 и даже f/2.2. Это очень слабые показатели. Такие камеры практически непригодны для съемок в темных помещениях. Следует выбирать устройства с f/1.75 и менее (чем меньше, тем лучше).

Качество снимком резко снижается при наличии даже небольшого дефекта на объективе, например, мелкой царапины. В целях защиты, производители качественных смартфонов устанавливают защитные сапфировые стекла.

Система автоматической фокусировки

В старых телефонах и смартфонах данная функция отсутствовала. Автофокус позволяет установить фокус и сделать более резким все изображение или определенную часть (фокусировка на определенный объект).

Существует три типа автофокуса:

• Контрастный — система поиска оптимального фокуса на всю обозримую картину или определенную часть изображения.
• Лазерный – система определения расстояния до объекта для оптимальной фокусировки. Дополняет функционал других систем фокусировки.
• Фазовый – настройка фокуса за счет информации, получаемой с дополнительных датчиков камеры.

Камеры современных смартфонов комбинирую перечисленные типы автофокуса для получения качественных снимков с высокой резкостью.

Стабилизация и баланс белого

Благодаря специальному механизму, ориентирующемуся на показатели гироскопа, некоторые современные камеры способны менять положение своего модуля, за счет чего выполняется компенсация тряски рук во время создания снимков в движении. Для видеосъемки обычно используется механизм программной стабилизации. Самые продвинутые устройства комбинируют программный алгоритм с механикой.

На качество снимков влияет степень освещенности.

Например, снимки, сделанные в ясную погоду на улице и в темном помещении, могут иметь различное качество. Для настройки восприятия объектов в зависимости от степени освещенности камеры содержат дополнительный датчик.

Выход из строя и ремонт

Как видно, камеры телефонов содержат огромное количество составных частей. Выход из строя любого модуля может стать причиной существенного ухудшения качества получаемых снимков.

Основные признаки поломки камеры:

• Отсутствие части или всего изображения;
• Появление сильных «шумов » матрицы;
• Выход из строя датчиков освещенности;
• Не работает система автофокусировки;
• Искаженное восприятие цветов и прочие.

Из-за сложности и миниатюрности компонентов камеры, зачастую при выходе из строя производят их замену. Иногда имеющиеся проблемы имеют только программный характер. Точную причину сможет установить только опытный специалист после проведения тщательной диагностики.