какое разрешение камеры выбрать на смартфоне

О чем нам говорят характеристики камер смартфонов. Или как выбрать камерофон?

Выбор смартфона — дело важное и очень непростое! Ведь помимо самого телефона, вы выбираете плеер, камеру, «читалку», игровую консоль, GPS-навигатор и многое другое. Конечно, если бюджет не играет для вас никакой роли, выбрав самый дорогой смартфон, вы, в большинстве случаев, получите лучшее устройство по всем параметрам.

Но что делать, когда бюджет ограничен и не хочется ошибиться с выбором? Как вариант можно спросить совет на форуме или довериться консультанту магазина (что будет большой ошибкой, так как консультанты заинтересованы в том, чтобы помочь магазину, а не вам). А можно разобраться самому. Именно этим путем мы и пойдем!

Затронуть все характеристики смартфона в одной статье — задача невыполнимая, поэтому, сконцентрируем внимание лишь на одном (но очень важном) параметре любого современного смартфона — камере.

На какие характеристики следует обращать внимание?

Если мы откроем страничку любого смартфона в интернет-магазине и посмотрим на графу камера, то увидим примерно следующее (конечно, не везде указаны полные характеристики):

Что значат все эти слова? Как по ним оценить качество камеры? Давайте разбираться.

Что такое разрешение камеры мобильного телефона?

Разрешение камеры — это базовое понятие в мобильной фотографии. Зачастую, многие производители (особенно недорогих смартфонов) указывают лишь эту информацию.

Разрешение говорит о том, насколько четким получится снимок. Чем выше разрешение — тем больше визуальной информации способна запечатлеть камера. Вот пример двух снимков с разным разрешением (при увеличении на 100%):

Разрешение измеряется в пикселях (точках). Но так как их очень много, то за единицу берется миллион пикселей, то есть 1 мегапиксель (Мп). Соответственно, чем больше мегапикселей — тем больше деталей будет на фото (вы можете увеличивать фотографию и при этом четкость изображения и количество деталей будет только возрастать).

Обратной стороной медали является размер матрицы (поверхность, на которой и размещаются светочувствительные элементы — пиксели). Увеличивать количество мегапикселей можно либо за счет увеличения размера матрицы, либо за счет сокращения размера самого пикселя, что пагубно сказывается на качестве фотографии. Более подробно поговорим об этом чуть ниже.

Вывод

Не стоит брать камеру, у которой менее 10 Мп. К примеру, компания HTC в свое время экспериментировала с размерами пикселей, выпустив в 2013 году смартфон HTC One с камерой на 4 Мп (в то время, как повсюду использовались матрицы размером 8-13 Мп). Не смотря на ряд преимуществ, камера была провальная и стала основным недостатком устройства.

Также не следует брать камеру с очень большим количеством мегапикселей, особенно если смартфон — бюджетный. В этом случае вместо прироста качества и детализации вы получите обратный эффект. Дело в том, что очень плотное размещение пикселей (особенно, если они маленького размера) будет давать много цифрового шума и программное обеспечение камеры будет этот шум подавлять, параллельно убирая детализацию.

12 мегапикселей — золотая средина современных качественных камер. Исключение могут составлять камеры с поддержкой биннинга пикселей (такие технологии, как Quad Bayer или Tetracell).

Что такое матрица в смартфоне и на что следует обратить внимание?

Матрица (или сенсор), как уже было упомянуто чуть выше, — это специальная схема, на которой расположены светочувствительные элементы, называемые пикселями. Свет, проходя через линзы объектива и RGB-фильтры, попадает на эти фотодиоды и преобразовывается в электрические сигналы.

Вот как выглядит, к примеру, матрица Samsung ISOCELL 3T2 на 20 Мп (размером в 1/3.4″):

Чем больше размер матрицы — тем она лучше и дороже ее стоимость. В качестве размера указывается диагональ матрицы в дюймах, например: 1/3.6″ или 1/2.3″. К примеру, размер матрицы на смартфоне Samsung Galaxy S10+ составляет 1/2.55″, а на Xiaomi Mi A2 — 1/2.9″ (то есть, на Samsung установлена более крупная матрица, что при идентичном разрешении гораздо лучше).

С размером матрицы неразрывно связан и размер пикселя. Поэтому всегда следует рассматривать все три параметра (размер матрицы, размер пикселя и количество мегапикселей) в связке. Лучше не брать камеру с размером пикселя

Таким образом, уже только по этим параметрам можно хорошо увидеть, насколько одна камера превосходит другую. Матрица размером 1/1.7″ способна выдать гораздо более качественный снимок (особенно в сложных условиях или при детальном рассмотрении).

С размером матрицы и пикселей связано очень много мифов и заблуждений. Даже некоторые профессиональные фотографы считают, что размер матрицы влияет на красивое размытие фона или на ощущение объема на снимках.

Другие уверены, что маленький пиксель всегда хуже большого, что также совершенно неверно. Если вы хотите разобраться в этих вопросах подробнее, тогда обязательно почитайте нашу новую статью о матрицах и пикселях в современных мобильных камерах (здесь также рассказано, как вообще понимать размер матрицы и что такое эти 1/1.7″ или 1/2.9″).

Типы и количество объективов

Прошли те времена, когда на смартфоне устанавливалась одна основная камера и одна фронтальная для селфи. На том же Samsung Galaxy S10+ установлено целых 5 камер, а на Nokia 9 PureView и того больше! Нужны ли все эти камеры или это очередной маркетинговый трюк?

Если отвечать кратко — да, нужны! И чем больше — тем лучше. Всего есть две причины для установки нескольких камер на одном смартфоне:

Вот пример двух фотографий, снятых с одного и того же места на разные объективы смартфона (телевик и широкоугольный):

Добиться такого эффекта лишь одной камерой попросту невозможно.

Вывод

Наличие нескольких камер с разными объективами и\или разными сенсорами позволит вам получать более интересные и качественные фотографии. Бывают нередко случаи, когда сделать хороший кадр возможно исключительно на широкоугольный объектив (когда нужно захватить больше информации и нет возможности сделать снимок издалека) или телеобъектив (когда приблизиться к объекту съемки также нет возможности).

Что такое диафрагма (или апертура) камеры смартфона?

Свет попадает на матрицу камеры через небольшое отверстие объектива. Диафрагма как раз и сообщает нам о размере этого отверстия:

Лучше всего можно понять, как работает диафрагма, сравнив камеру смартфона с человеческим глазом. Свет попадает на сетчатку глаза (матрица камеры) через зрачок (объектив камеры). Чем ярче свет, тем сильнее сужается зрачок (диафрагма прикрывается) и наоборот, чем темнее вокруг — тем крупнее становится зрачок (диафрагма открывается).

Таким способом глаз контролирует количество света, попадающего на сетчатку, позволяя нам хорошо видеть как при ярком свете, так и при недостаточной освещенности.

За редким исключением диафрагма мобильных камер, в отличие от зеркальных фотоаппаратов, статична (то есть, размер отверстия не изменяется). Поэтому, желательно выбирать камеру с максимальной диафрагмой или, говоря другими словами, с наибольшим размером отверстия.

Указывается этот параметр в виде буквы f и числа: f/2.4 или f/1.9 (это так называемое диафрагменное число).

Чем меньше число после буквы f/ — тем больше отверстие в объективе, а значит и больше его светосила. Еще одним плюсом большой диафрагмы является эффект боке (красивое размытие фона). При идентичных прочих параметрах, камера с диафрагмой f/1.8 более предпочтительней камеры с диафрагмой f/2.8.

Вывод

Именно размер отверстия объектива, через который свет проникает в камеру (входной зрачок) — один из важнейших параметров камеры. Он влияет на количество шумов, производительность камеры при недостаточном освещении. Более того, размер диафрагмы — это единственный параметр камеры, влияющий на степень размытия фона (на глубину резкости).

Но проблема заключается в том, что диафрагменное число (f/2.8 или f/1.8) — это относительный параметр. То есть, может быть так, что размер отверстия f/1.8 на одном смартфоне будет крупнее, чем отверстие f/1.6 на другом.

Обо всем этом мы подробно рассказывали в статье о диафрагме мобильной камеры.

Что такое HDR-режим и зачем он нужен в современном смартфоне?

Одной из главных проблем любого компактного фотоаппарата является слишком маленький динамический диапазон камеры. Говоря простым языком, камера не способна передать все полутона от самого яркого до самого темного участка фотографии.

К примеру, если мы захотим запечатлеть Эйфелевую башню на фоне неба, тогда камера смартфона не сможет одновременно хорошо показать и башню и текстуру неба — где-то будет пересвет изображения, а где-то — завалы в тенях:

HDR-режим способен исправить эту ситуацию. Если в смартфоне поддерживается данная технология, в момент съемки практически одновременно будет сделано несколько снимков (один — чтобы увидеть текстуру неба, второй — деревья и саму башню), после чего программное обеспечение объединит полученную информацию в одну красочную фотографию.

Оптическая стабилизация изображения (OIS)

Когда в момент съемки вы держите смартфон в руках (вместо использования штатива или подставки), достаточно даже мельчайшего движения для того, чтобы «смазать» кадр. Если в солнечную погоду это не особо влияет на качество фото (так как скорость съемки очень высокая), то при недостаточной освещенности, когда камере смартфона может потребоваться, скажем, пол секунды, чтобы захватить достаточно света, картинка получится нечеткой.

При съемке видео без стабилизации изображение будет «дерганным» вне зависимости от количества света

Решением этой проблемы является наличие в камере технологии оптической стабилизации (OIS — optical image stabilization). Это позволяет не только снимать более плавные видео, но и увеличивает четкость фотографии при недостаточном освещении. Зачастую, принцип работы оптической стабилизации заключается в использовании подвижных линз или сенсора. Движение смартфона компенсируется движением линз\сенсора внутри камеры в противоположную сторону.

Есть более дешевый и менее эффективный вариант — цифровая стабилизация, но относится она лишь к записи видео. В любом случае, цифровая стабилизация не является заменой оптической и при выборе камеры необходимо убедиться в наличии именно оптической стабилизации изображения.

Процессор

Скорее всего, последнее, что вы ожидали увидеть в этом списке — это процессор смартфона. Какое отношение он вообще имеет к фотографии? На самом деле, матрица, объектив, мегапиксели — все это очень важно, однако одну из ключевых ролей в современной мобильной фотографии играют алгоритмы.

Высокий динамический диапазон, красивое размытие фона при портретном режиме (боке), хорошее качество при ночной съемке и высокая детализация — все это является заслугой вычислительной фотографии и нейронных сетей.

Поэтому даже две идентичные по характеристикам камеры на разных смартфонах могут давать совершенно разный результат. Соответственно, чем более мощный процессор используется в смартфоне, тем более интересные алгоритмы могут быть применены во время работы камеры.

Общие выводы

Многие важные технологии, улучшающие качество фото и видео, присутствуют практически во всех современных смартфонах. Если еще во времена первых iPhone наличие того же автофокуса было экзотикой, то сегодня даже в бюджетных аппаратах используется оптическая стабилизация и многие другие недоступные ранее возможности.

В любом случае, вне зависимости от характеристик камеры, перед покупкой всегда следует посмотреть примеры снимков в интернете.

Также можно обратить внимание на поддерживаемые форматы записи видео. Некоторые камеры позволяют снимать в разрешении 4K с частотой 60 кадров в секунду. Изображение при такой частоте кадров очень четкое, даже самое быстрое движение в кадре не будет смазываться.

И последнее замечание. Если камера делает прекрасные фотографии, это совершенно не значит, что она будет также хорошо снимать и видео. Есть много примеров неплохих камерофонов, которые довольно плохо справляются со съемкой видео. Поэтому обязательно проверяйте на YouTube примеры съемки перед покупкой.

P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на первый научно-популярный сайт о мобильных технологиях — Deep-Review, чтобы не пропустить очень интересные материалы, которые мы сейчас готовим!

Как бы вы оценили эту статью?

Нажмите на звездочку для оценки

Внизу страницы есть комментарии.

Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!

Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?

Источник

С каким разрешением лучше снимать видео и важна ли частота кадров

Многие покупатели при выборе смартфона обращают внимание на разрешение камеры. В каждой статье, касающейся камер, я говорю, что это не главное, и в этот раз совсем не хочется снова на этом подробно останавливаться. Поэтому мы лучше поговорим о другом. А именно о том, в каком разрешении и с какой частотой кадров стоит снимать видео на ваш Android смартфон. Важно ли это хоть с какой-то точки зрения или все это больше маркетинг, чем практическая необходимость. Заодно обсудим, стоит ли пользоваться сторонними приложениями для съемки видео или лучше довериться проверенным инструментам. Не все об этом задумываются, но вопросы типа ”30 fps или 60 fps?” я слышу регулярно. Вот и давайте ответим на них раз и навсегда.

Снимать видео на смартфон не сложно. Главное, держать его горизонтально и внести правильные настройки.

Что такое частота кадров

Я уже давно заметил, что самое большое влияние на качество видео и его восприятие, при прочих равных, оказывает именно частота кадров. Видео остается таким же, но кажется, что как будто идет быстрее, а картинка становится какой-то очень шустрой. Выглядит это, как попользоваться тормозным смартфоном, а потом взять новый флагман. Скажу даже больше, с тех пор, как я стал пользоваться высокой частотой кадров при съемке, я просто не могу смотреть видео с меньшей частотой. Исключения составляет пожалуй только киношные 24 кадра в секунду — там какой-то особенный шарм.

Xiaomi рассказала, как работает ее камера под экраном смартфона. Когда ждать?

Так что такое частота кадров? Все просто — это то, сколько картинок камера делает за одну секунду и объединяет их в видео. Сейчас для смартфонов основными типами являются 30 fps (frame per second — кадры в секунду) и 60 fps. Как я уже сказал, при более высоком значении картинка становится более качественной, четкой и детализированной. Конечно, это относится только к хорошим камерам, так как некоторые дешевые могут ”дорисовывать кадр”, искусственно увеличивая их количество в два раза.

В принципе, с частотой кадров все понятно.

Так же надо помнить, что частота кадров увеличивает объем видео и делает его более требовательным к ресурсам. Если вы загрузите его на YouTube, для просмотра надо будет иметь более высокую скорость соединения. Если будете смотреть на компьютере или телефоне, оно будет больше нагружать систему. Если вы его кому-то передадите на совсем бюджетное устройство, оно может очень сильно тормозить.

Есть еще варианты большей частоты кадров, вроде 120 fps, 240 fps и даже больше, и тут мы уже говорим о замедленном видео. Воспроизводиться оно будет с частотой 30 кадров в секунду, значит, соответсвенно вы получите 4-кратное и 8-кратное замедление. Просто делим цифру на 30 и получаем кратность.

Почему Google Pixel со старой камерой снимает лучше новых флагманов

Как я уже сказал, для себя я выбрал 60 кадров в секунду. Если место на вашем смартфоне позволяет или вы не часто снимаете, при этом у вас хороший смартфон, выбирайте такой вариант — не прогадаете.

В каком разрешении снимать видео

Я для съемки видео почти всегда использую разрешение FullHD — 1920 на 1080 точек. Не вижу смысла снимать что-то ”ежедневное” в 4K и больше. Места такое видео будет занимать примерно в 4 раза больше, а толку в этом нет. Если вы будете просматривать материал на смартфоне, то разница не будет окупать потраченный объем памяти.

Съемка в 4K хороша для последующего монтажа и то, если у вас хорошая камера. Дешевые смартфоны часто козыряют таким разрешением, но на деле картинка получается хуже, чем при съемке в FullHD.

Меньшее разрешение имеет смысл только, если у вас устройство с HD экраном (720 на 1280 точек) и вы не планируете никуда и никогда переносить это видео. Если будете смотреть его только на экране смартфона, то такой вариант может быть очень кстати. Заодно и место сэкономите, и ресурсы системы.

Наглядное сравнение разрешений, но рекламное. Вы все равно увидите все, просто картинка будет больше растянута.

Некоторые современные смартфоны, вроде новых поколений Samsung Galaxy, позволяют снимать видео с разрешением 8K. Не ведитесь на этот маркетинг! Я сравнивал картинку с 4K. Она получается чуть более детализированная, но качество ее все равно страдает. Тем более, что картинка строится не на реальных данных с сенсора, а на расчетных.

А еще такое видео занимает больше места, чем 4K, и тем более FullHD. Правда, если следовать логике, то увеличение разрешения с 4K до 8К должно увеличить размер файла примерно в четыре раза, так как примерно настолько становится больше площадь картинки при том же размере каждой точки. Вот только на практике этого не получается. Минута видео в 8K действительно занимает намного больше места, чем минута видео в 4K, но не в четыре раза. Все из-за битрейта.

Что такое битрейт видео

Если не усложнять и не переводить одни величины в другие, то можно просто сказать, что битрейт — это то, сколько ”весит” секунда потока видео. Чем он больше, тем лучше, и топовые камеры снимают с таким битрейтом, что картинка содержит в себе столько информации, сколько и хороший RAW-снимок. А это уже означает, что его очень легко монтировать и делать цветокоррекцию.

Также при высоком битрейте качество картинки само по себе будет выше. На ней будет меньше шумов, она будет более яркая и в целом будет смотреться нмного лучше. Вот только и места такое видео будет занимать больше.

С таким битрейтом, как в Голивуде, вы все равно снимать не будете, но чем он больше, тем лучше.

Сколько занимает одна минута видео в FullHD или 4K

Такой вопрос изначально некорректен. Все дело именно в битрейте. Сделать большое количество точек не так сложно, главное, чтобы при этом не проседал битрейт, иначе поток видео не будет нести в себе столько информации и качество предсказуемо будет ниже. Так видео в 4K может занимать столько же места, сколько и FullHD, но его качество будет намного ниже. Такое часто бывает в недорогих телефонах. Для высокого битрейта нужна скоростная память и вычислительная мощность, которой у бюджетников нет.

Именно поэтому минута видео в 8К не занимает в 4 раза больше места, чем минута видео в 4K. Просто 4К в нормальных телефонах уже близок в критическим значениям скорости встроенной памяти, а на 8К приходится экономить. В итоге, улучшение качества как бы есть, но как бы его и нет. С этим разобрались и закрыли, но что там с приложениями.

Почему камера Redmi Note 9 плохо снимает и что делать

Стоит ли пользоваться приложениями для съемки видео

Опять же, все зависит от смартфона. Если у вас топовый флагман от Samsung, Huawei, Xiaomi, Apple или других брендов, то я бы не стал заморачиваться. Если вы пользуетесь чем-то более простым, то можно попробовать некоторые варианты. Единого совета нет, так как некоторые приложения отлично работают на одном смартфоне и плохо на другом. В итоге, надо пробовать.

Хорошая камера — залог успеха съемки. Вот только ПО тоже должно ей соответствовать.

Свет проходит через оптику камеры и она должна быть хорошей. Дальше он попадает на матрицу и она должна его хорошо зафиксировать. Но это только половина дела. Куда важнее правильно обработать сигнал. Хорошие производители не экономят на ПО камеры и у них получается отличная картинка. Производители, которые себя не уважают, экономят на этом, и в их случае лучше пользовать сторонними, может быть даже платными, вариантами.

В любом случае, главное понимать, для чего вы снимаете, и на основании приведенных советов выбрать для себя правильный вариант. Если вам есть, чем поделиться, оставляйте свои комментарии ниже или в нашем Telegram-чате.

Источник

Учи матчасть. Выбираем смартфон по камере

В серии материалов мы подробно разбираем техническую сторону смартфонов. Мы уже писали про процессоры и дисплеи. Сегодня речь пойдет о камерах. Ведь смартфоны уже давно являются той самой «лучшей камерой», которая всегда с собой. Камера смартфона уже давно стала основной причиной для обновления. Мы поговорим о технических характеристиках камер и развеем конфузы вокруг светосилы, диагонали сенсора и автофокусировки, а еще расскажем, что такое HDR, OIS и DPAF.

Гонка мегапикселей продолжается

Компактные камеры PowerShot, Cybershot, Coolpix и прочие мыльницы остались в прошлом-позапрошлом десятилетии. Но это не значит, что старые уловки маркетологов не работают. Работают еще лучше, чем раньше. И камеры телефонов перевалили за 100 мегапикселей.

Пиксели — маленькие квадратные точки, из которых состоит любое цифровое изображение. Это его строительные блоки. Они располагаются в строках и столбцах, как на шахматной доске, только в сильно уменьшенном формате. Если камера снимает в разрешении 12 мегапикселей, это значит, что конечное изображение будет построено из 12 млн пикселей, или же разрешение картинки составит 12 мегапикселей. Например, соотношение сторон 4:3 позволяет уместить те самые 12 млн пикселей в табличке 4000 на 3000. Более высокое разрешение означает более четкую картинку. Ну, или что-то вроде этого.

Мы любим большие цифры, но еще больше их любят маркетологи. Еще в эпоху компактных цифровых камер мегапиксельные гонки сводили с ума подкованную часть аудитории. Не стоит вестись на большое разрешение камеры в мегапикселях: оно не гарантирует лучшего качества снимков. Роль также играет очень много других факторов. О них ниже.

Размер сенсора

Высокое качество изображения по результатам многих исследований — одна из основных причин, по которым фотография считается хорошей и нравится другим людям. Физический размер сенсора вносит в качество картинки основной вклад. Сегодняшний цифровой сенсор — по сути, вчерашняя пленка, но не требующая замены и проявки. Когда телефон делает снимок, свет проходит через объектив и попадает на светочувствительную матрицу. Смартфон захватывает этот световой сигнал и превращает его в изображение.

Чем больше размер сенсора, тем больше света на него попадает. Чем больше света на него попадает, тем лучше качество изображения.

Размер сенсора указывает на его физические габариты, но в цифрах габаритов сенсора легко запутаться. Традиционно производители указывают размер сенсора в долях дюйма, что обозначается знаком ″ в конце дроби. Какое-то время стандартом был сенсор 1/3″. Не влезая в детали, чем ближе дробь к полному дюйму (1″), тем больше сенсор.

Например, Samsung и Xiaomi уже пробуют использовать гораздо бо́льшие (соответственно, 1/1.33″) сенсоры в своих флагманах, близок к ним и Huawei P40 Pro с 1/1.54″. В iPhone 11 Pro используется меньший сенсор — 1/2.55″.

Чем больше размер сенсора, тем труднее уместить его в компактный корпус телефона вместе с оптикой. Современные телефоны уже близки к этому пределу.

По площади сенсора смартфоны даже в лучших случаях в десятки раз уступают зеркальным полноформатным камерам.

Размер пикселей сенсора

Этот параметр упоминается не очень часто, но также является важным в определении того, хороша или плоха мобильная камера.

Размер пикселя соотносится с физическим размером каждого отдельного пикселя на матрице. Их измеряют в микрометрах, или микронах, используя греческие буквы µm или просто µ. 1 миллиметр равен 1000 микрометрам. Чем больше пикселей умещает производитель в сенсор, тем меньше они будут. Это на самом деле не очень хорошо, потому что тут начинают играть квантовые эффекты и пиксели становятся более подверженными цифровому шуму, особенно при слабом освещении.

Более крупные пиксели, в свою очередь, могут собирать больше ценной световой информации и, таким образом, демонстрировать более качественную картинку при слабом освещении.

Сенсор с размером пикселя 1,7 микрометра будет значительно лучше при слабом свете, чем маленький пиксель размером 1,0 микрометра. Другими словами, сенсор 1/2.5″ с 12 мегапикселями на борту имеет более крупные пиксели, чем такой же сенсор, в который втиснули 20 мегапикселей. Это значит, что 12-мегапиксельный сенсор, скорее всего, обставит 20-мегапиксельный по качеству при слабом освещении. Однако 20-мегапиксельный сенсор даст больше разрешения при хорошем освещении.

Размер пикселя — это характеристика светочувствительной матрицы. Производители используют различные модели сенсоров в разных телефонах. Технологии производства полупроводниковых сенсоров постоянно улучшаются такими производителями, как Sony, OmniVision, Samsung и другие. Поэтому смартфоны каждого нового поколения при, казалось бы, прочих равных будут снимать лучше только благодаря новым матрицам.

Во флагманских моделях смартфонов можно найти самые современные сенсоры последних поколений c размером пикселей от 1,4 до 2,44 микрометра. На простых смартфонах размер пикселей может быть маленьким, около 0,8 микрона.

Хотя смартфоны с камерами на 64 мегапикселя и больше тоже неизбежно получают пиксели в 0,8 микрона. Но тут есть уловка: биннинг пикселей 4:1, объединяющий квадратик 2×2 из четырех 0,8-микронных пикселей в один большой 1,6-миллиметровый пиксель. В случае флагмана Samsung S20 Ultra биннинг на его 108-мегапиксельной матрице идет уже в соотношении 9:1 (квадрат 3×3), и мы получаем «суперпиксель» размером 2,4 микрона. Но даже эти пиксели меркнут перед размером пикселя полноформатной зеркальной камеры: там он составляет 8,4 микрона и может быть даже больше. Именно поэтому тепловые эффекты любой электроники будут еще более заметны на маленьких пикселях при попытке усилить сигнал, тогда как на больших пикселях вклад шумов в соотношение будет невелик.

Объектив и его фокусное расстояние

Световое излучение и весь видимый свет распространяются прямолинейно. Когда свет проходит через линзу, лучи в какой-то момент сходятся в одной точке. В обычных камерах расстояние от точки схождения лучей до сенсора называется фокусным расстоянием и изменяется в миллиметрах.

Разные объективы отличаются числом линз, оптической схемой и обладают разными фокусными расстояниями. Фокусное расстояние в Samsung Galaxy S10, например, составляет 26 миллиметров в эквиваленте, что типично для широкоугольной оптики. Она имеет широкий угол обзор, а значит, в одной фотографии камера захватит больше пространства.

Бо́льшие фокусные расстояния означают уменьшенный угол обзора и большее увеличение — это характерно для так называемых телеобъективов. В Samsung Galaxy S10, к примеру, фокусное расстояние телеобъектива в два раза больше широкоугольного модуля и составляет 52 миллиметра в эквиваленте. Это значит, что Samsung S10 обладает 2-кратным оптическим зумом.

Ультраширокоугольные объективы отличаются еще бо́льшим углом обзора и еще меньшим фокусным расстоянием. Например, в случае ультраширокоугольной камеры Samsung S10 оно составит всего 12 миллиметров в эквиваленте.

Не все смартфоны выпускаются с тремя камерами с разной оптикой. Большинство из них имеют одну, максимум две камеры.

Фокусное расстояние и углы обзора камер отличаются у разных моделей смартфонов и производителей.

Обратите внимание, что фокусное расстояние камеры смартфона (например, 26 миллиметров) не является физическим расстоянием от точки схождения лучей до матрицы камеры смартфона. Смартфоны слишком маленькие для таких расстояний (иначе они не поместились бы даже в нашей руке), и это всего лишь визуальный эквивалент популярных 35-миллиметровых камер пленочной эпохи.

Объектив и его зум

Обычно во флагманском смартфоне сейчас три камеры: телефотообъектив, широкоугольная и ультраширокоугольная линза. Все эти объективы отличаются фокусным расстоянием и углом обзора. Когда вы зумируете на телефоне, он автоматически переключается между линзами, которые дадут нужную картинку. Ведь реализовывать на практике один объектив с зумом было бы глупо: он был бы темнее, не выдержал бы и единого падения, требовал бы скрупулезного ремонта.

Если вы захотите «отзумить» с основной камеры, телефон переключится на ультраширокоугольную. Если захотите «зазумить», телефон автоматически переключится на телеобъектив. Насколько сильно вы можете увеличить картинку, определяется телеобъективом камеры.

Оптический зум сохраняет качество картинки. Цифровой зум в последние годы стал сильно лучше, но все равно это не реальность, а цифровая симуляция оптического зума. В худшем случае детали будут просто размазаны, в лучшем — дорисованы алгоритмами. Камера просто обрежет картинку и затем растянет ее до размера изначального кадра.

Цифровой зум, по сути, единственная причина, по которой производители запаковывают в свои телефоны столько много мегапикселей. Он дает нам иллюзию увеличения.

Производитель и указание знаменитых брендов, таких как Zeiss и Leica, по сути, не говорит ни о чем, кроме кооперации брендов на уровне маркетинга и идей.

Объективы смартфонов могут производиться из пластика китайских вендоров и по чертежам немцев, а основной упор в коллаборации и вовсе может быть сделан на алгоритмы обработки сигнала и получение фирменных цвета и текстуры изображений модных камер.

Объектив и его светосила

Как правило, светосила — это изменяемая характеристика объектива. Она касается диафрагмы — круглого отверстия, которое может меняться в диаметре и тем самым уменьшать/увеличивать световой поток, который проходит к сенсору. Чем шире диафрагма, тем больше света попадет на сенсор, чем у́же, тем, соответственно, меньше света доходит до сенсора.

Степень открытости диафрагмы (опустим математические выкладки) измеряется в F-стопах. Низкий F-стоп (например, f/2) означает более открытую диафрагму. Чем больше цифра в F-стопе (например, f/8), тем у́же отверстие и тем меньше света проходит через объектив к сенсору.

В начале мы написали «как правило». Ведь в смартфонах, в отличие от обычных камер, диафрагма обычно фиксирована, и светосила отличается от телефона к телефону. Некоторые телефоны получают камеры со светосилой f/1.7, некоторые получают f/2.2 или даже f/1.4.

Причина, по которой смартфоны получают светосильные объективы, проста: критически важно, чтобы на микроскопическую оптику камеры и светочувствительный сенсор попадало как можно больше света. Это же позволяет ему лучше «видеть» в неблагоприятных условиях съемки.

Однако некоторые смартфоны получают фотомодели со сменной диафрагмой: например, Samsung S10 умеет снимать как при f/1.5, так и при f/2.4. При некоторых условиях (избыток освещения) закрытая диафрагма может уменьшать виньетирование по краям кадра, а также увеличивать резкость изображения. Можете проверить этот эффект сами, просто посмотрев через отверстие в ремешке своих часов.

Объектив как на подводной лодке — с перископом

Последние смартфоны Samsung и Huawei получили модули с большим оптическим зумом.

Этого удалось добиться только благодаря конструкции перископа, как в подводной лодке. Самая длинная часть оптической схемы таких камер лежит перпендикулярно внешней линзе внутри корпуса смартфона, потому что в прямую линию она бы просто не уместилась в худеньком корпусе современного телефона. Лучи на 90 градусов поворачивает или призма, или зеркало. Именно перископ позволил Samsung S20 и Huawei P30 Pro добиться оптического зума.

Автофокус

Автофокус описывает способность камеры смартфона добиться резкого изображения на любых расстояниях до объекта съемки.

Автофокусировка по контрасту (CDAF)

Это наиболее популярный тип фокусировки, и он используется в большинстве камер смартфонов — настолько часто, что его просто указывают как «автофокус». Но это не самая совершенная технология.

C автофокусом по контрасту камера смартфона перемещает объектив вперед-назад, пока не найдет точку, в которой изображение отличается наивысшей контрастностью.

То есть то положение, когда границы между объектами в кадре наиболее резкие, и будет самым контрастным изображением. И хотя этот метод дает отличные результаты по точности, он может быть медленным и с трудом наводиться на резкость при слабом освещении или на однородных объектах.

Видели, когда резкость картинки на телефоне «рыскала» туда-сюда и отказывалась давать резкую картинку? Это наш друг автофокус по контрасту не смог справиться со сценой.

Лазерный автофокус

Это не такая популярная технология фокусировки, но она все чаще используется в современных смартфонах. Телефон освещает сцену пучком инфракрасных лучей и замеряет время, которое потребовалось им, чтобы отразиться обратно в камеру. По времени она определяет расстояние до объекта. Исходя из этого простого расчета, камера фокусируется на рассчитанную дистанцию и гарантированно попадает в резкость.

Лазерный автофокус отличается высокой скоростью и может работать в темноте. К сожалению, ИК-излучатель используется довольно слабый, и на длинные дистанции он не добивает, максимум на 1,5 метра. Наиболее эффективно он работает при макросъемке и съемке на близких дистанциях.

Фазовая автофокусировка (PDAF)

Топовые производители смартфонов используют эту систему автофокусировки в своих флагманских устройствах из-за скорости и эффективности. На эту же систему автофокусировки полагаются производители в топовых репортажных зеркальных камерах.

С фазовой автофокусировкой небольшое количество реальных пикселей на сенсоре смартфона (2—5%) убрано и замещено на фазодетектные фотодиоды — особые пиксели, созданные специально для нужд автофокусировки. Используя сигнал с этих микродатчиков, алгоритм и может рассчитать, резкое ли изображение, и сразу знает, на какую дистанцию нужно сфокусироваться. То есть фокусировка может корректироваться из текущего положения объектива на лету и без «рысканья». Впрочем, на однородных поверхностях у фокусировки по фазам тоже могут быть затруднения.

Фокусировка Dual Pixel (DPAF)

Эта технология была первой придумана Canon и разбивала все пиксели на подпиксели, которые работали в парах и обеспечивали упомянутую выше фазовую фокусировку. Но по сути это улучшение технологии фазовой автофокусировки. Если в том случае используется не более 5% площади пикселей для фокусировки, то в случае Dual Pixel для автофокусировки можно использовать все 100% из-за специальной микроархитектуры пикселей. Это означает высокую скорость и точность фокусировки, потому что как только хотя бы одна пара из миллионов пикселей уверенно подтвердит наводку на резкость, остальные подхватят.

Оптическая стабилизация

Оптическая стабилизация, или Optical Image Stabilization (OIS), указывается в характеристиках многих топовых смартфонов. Другие телефоны могут иметь в описании камеры аббревиатуру EIS, что означает Electronic Image Stabilization — электронная стабилизация изображения.

OIS — довольно устоявшаяся технология, которая зарекомендовала себя еще в эпоху до смартфонов, но набирает популярность и в мобильниках. По сути, оптическая стабилизация — это компенсационный сдвиг отдельных линз или сенсора в противовес естественному сотрясению камеры в ваших руках. Это такой миниатюрный амортизатор, чтобы сохранить камеру максимально неподвижной в краткое мгновение съемки.

Стабилизатор помогает побороть размытость снимков и сделать фотографии более резкими. Минусы — это дополнительные тонкости производства и дополнительно занятое место в корпусе смартфона.

Электронная стабилизация изображения — не механическая, а программная функция. Этот способ задействует информацию со встроенного в любой смартфон гироскопического сенсора или путем отслеживания определенных точек на изображении/видео. После этого изображение анализируется, а ненужные сдвиги компенсируются или обрезаются по записям гироскопа. Электронная стабилизация особенно хорошо зарекомендовала себя при съемке видео, при съемке же фотографий ее преимущества сомнительны и идут рука об руку вместе с потерей качества.

Сенсор глубины (Depth Sensor, ToF Camera, ToF 3D Camera)

Сенсор глубины — маленький помощник многокамерных смартфонов, благодаря которому они могут снимать с небольшой глубиной резкости кадра и размытым фоном.

Основная камера работает вместе с датчиком глубины, который создает карту объема пространства. Так как обе камеры смотрят на сцену с немного разными перспективами, система может вычислить расстояние между объектами на картинке и отделить объекты переднего плана от фона. Она также используется при распознавании лиц (и для разблокировки лицом) и для автофокуса в слабом свете.

ToF-камера, или Time-of-Flight, работает по тому же принципу, что и лазерный автофокус. ToF-камера использует инфракрасную сетку точек, чтобы собрать данные об объеме сцены и расстоянии до объектов. А расстояние она замеряет по времени, которое нужно свету, чтобы отразиться от объектов сцены и вернуться в объектив.

HDR позволяет снимать изображения с широким динамическим диапазоном, то есть равномерной детализацией в очень темных и очень ярких участках кадра. С включенным HDR камера делает несколько снимков с разной яркостью.

После этого изображения собираются в конечную картинку, но из них берутся лишь части с наилучшей детализацией: отдельно светлые участки, отдельно темные, отдельно средние тона.

Вспышка

В смартфонах используются разные типы вспышек. Наиболее популярная — светодиодная вспышка, или LED. Эта вспышка использует высокоэффективные светодиоды, которые также могут работать в роли постоянного источника света при съемке видео.

Dual LED — вспышки используют два светодиода с разной цветовой температурой. В этом случае телефон определяет необходимую цветовую температуру или тон (теплее/холоднее) в зависимости от баланса белого в кадре, чтобы дать более естественный по атмосфере кадра цвет. Другие варианты LED-вспышек могут включать и четыре светодиода. Удивительно, но принципами работы True Tone — вспышки Apple не позволяет управлять даже разработчикам App Store.

Иногда можно встретить ксеноновые вспышки, они более мощные и с лучшими спектральными характеристиками света, но требуют больше энергии и не могут использоваться в качестве фонарика или при съемке видео.

Видео

Разрешение видео указывает на число пикселей, которое дисплей может демонстрировать по каждой стороне:

Число типа @24p указывает на число кадров в секунду, которое возможно при этом разрешении съемки. Например, 4K@24p означает, что видеозапись будет идти в 4K с частотой 24 кадра в секунду. Чем больше кадров в секунду указывается производителем, тем более плавным будет видеоряд. Сейчас смартфоны без проблем снимают видео частотой 60 к/c.

Высокая частота кадров, например 960 к/c, идеально подходит для замедленных видео. На такой частоте можно рассматривать в деталях самые быстротечные, забавные и нелепые процессы.

Процессор обработки сигнала (ISP) и невидимые алгоритмы вычислительной фотографии

Чтобы компенсировать свои недостатки, камеры телефона полагаются на вычислительную фотографию, то есть алгоритмы и хитрости обработки сигнала могут вносить более существенный вклад в качество картинки, чем физическая начинка. Создание изображения не заканчивается на сенсоре и объективе, оно там только начинается.

Хорошим примером этого можно считать ночной режим съемки, набирающий сейчас популярность во флагманах. Смартфоны не очень хорошо (как вы поняли, ужасно) подходят для съемки при слабом свете: сенсоры небольшие, пиксели ужасно маленькие. Так как с этим ничего не поделаешь без превращения телефона в громадину, смартфонам приходится хитрить, благо вычислительные мощности современных телефонов кладут на лопатки некоторые компьютеры.

За качество изображения отвечает специальный процессор обработки сигнала (ISP) — мозг мобильной камеры. Он перехватывает на себя весь поток массива данных с сенсора. Прежде чем мы получим конечную картинку, он проведет триллионы манипуляций.

Они включают демозаику байеровской структуры сенсора, «вычисление» цвета пикселей, подавление шумов, коррекцию теней и светов, выделение однородных зон и дополнительную очистку их от шума, исправление искажений оптики, ретушь телесных тонов, создание HDR, особые алгоритмы съемки в ночном режиме, электронную стабилизацию, цветокоррекцию, сжатие и много чего еще. Также нейронные алгоритмы ISP натренированы огромной базой данных и сверяют цвета картинки с наиболее оптимальными.

В отличие от механического затвора, электронный затвор камеры может кодироваться на самые невероятные комбинации для сбора серии кадров: брекетинг экспозиции, по времени, движению и много чего еще доступно нам благодаря светлым умам инженеров.

В этом плане наиболее продвинулись инженеры Google и Apple, но не перестают удивлять Samsung и Huawei. К радости всех мобильных фотографов, жесткая конкуренция продолжается. Но конкретных метрик тут нет: читайте отзывы, снимайте сами и смотрите, насколько камера понимает ваши мысли при съемке. Если кажется, что смартфон понимает вас без слов даже в сложных условиях, берите смело и снимайте на радость.

Источник