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.

Вот такая Apple: Apple обвинили в экономии на камерах новых iPhone

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.

Тоже интересно: По мнению аналитиков Apple работает над складными iPhone и iPad

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.

Хороший вопрос: Для чего нужна тройная камера в iPhone

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!