Смартфон изнутри: Камера. Часть 1 — матрица, объектив

Сегодня мы будем разбираться в устройстве камеры. И не какой-нибудь особой, а самой популярной – камере смартфона. У каждого производителя можно встретить сухие описания их характеристик – 13 мегапикселей, f/1.8 относительное отверстие, оптика Leica или Zeiss, оптический зум. А что все это нам дает? Как сравнить камеры между собой? Какую выбрать?

Чтобы дать понятный ответ на эти вопросы, необходимо вкратце разобраться как устроены камеры в смартфонах – и сегодня мы будем изучать камеру изнутри.

Содержание:

• Схожесть с обычными фотоаппаратами
• Объектив
• Много линз – это хорошо
• Количество – еще не главное
• Что такое f/1.8
• Как это все работает в комплексе

Схожесть с обычными фотоаппаратами

Камера смартфона, по своей сути, практически ничем не отличается от устройства обычного фотоаппарата будь то «мыльница» или беззеркальная камера. В ней есть блок линз – объектив, матрица, и сопутствующая электроника. Качество каждого элемента играет ключевое значение, потому как, в отличие от привычных фотоаппаратов, камера смартфона меньше ногтя по своим размерам.

Произнося фразу «13 мегапикселей» мы, чаще всего, не задумываемся, что это означает 13 миллионов пикселей, то есть точек, которые находятся на матрице и, которые она способна улавливать. А совсем недавно стали доступны модели смартфонов, камеры которых вмещают 48 миллионов точек! Только представьте! Для сравнения – этот фотоаппарат, тоже имеет практически аналогичное разрешение матрицы, но его цена существенно отличается, и это стоимость без объектива. Почему так?

Все сводится к технологиям, физике, возможностям используемой электроники. Сам физический размер матрицы очень важен и, когда он размером почти со спичечный коробок (как в зеркальной фотокамере), то света улавливает он значительно больше и каждый пиксель способен передавать более точную информацию. Матрица смартфона же, даже на 13 Мп, имеет значительно более компактную матрицу, в десятки раз меньше, и, соответственно, чтобы сделать один и тот же кадр на телефон и фотоаппарат, смартфону требуется больше времени и вычислительной мощности, чтобы воссоздать аналогичное изображение. В дневное время – это почти не проблема, а вот вечером – появляется «шум».

Производители камер для смартфонов используют все передовые технологии, чтобы сделать процесс съемки проще и удобней для пользователей, но по вышеупомянутым причинам сравниться с зеркальными камерами смартфоны могут разве что в дневное время. Ночью же смартфоны стали использовать новые приемы, вроде искусственного интеллекта с нейронными сетями, чтобы уменьшить количество паразитных шумов на фотографиях.

Стоит учитывать, что «гонка мегапикселей», которая вновь началась у производителей телефонов, может негативно сказываться на качестве, поэтому не всегда стоит гнаться за такими заоблачными характеристиками. На практике, даже 12-13 мегапикселей вполне достаточно для получения красивого и детализированного кадра. Исключениями являются условия съемки – если вы планируете снимать в дневное время, то многие смартфоны с большим разрешением матрицы также справятся с задачей очень хорошо.

Дальновидные производители смартфонов уже давно уделяют внимание не только мегапикселям, а и размерам матрицы, чтобы ее физический размер становился больше, по мере роста разрешающей способности. Однако, матрица, это еще не все, что влияет на качество фотографии.

 Объектив

Второй ключевой составляющей хорошей камеры является ее объектив. Покупая фотоаппарат со съемными объективами, фотограф задумывается над качеством оптики, которую он будет устанавливать. Владельцам же смартфонов, увы, такой выбор не предоставляют, хотя, может это и к лучшему – ведь стоимость хорошей оптики может быть аналогична стоимости камеры, а <a href=»https://comfy.ua/ob-ektiv-k-fotokamere-sony-18-110mm-f-4-0-g-power-zoom-e-mount-selp18110g-syx.html»>иногда даже больше</a>. Было бы обидно, если бы покупатели брали хороший смартфон и покупали объектив, как говорится, «на сдачу», как это часто происходит с зеркальными камерами. Однако, можете быть уверены – все именитые бренды уделяют должное внимание разработке качественной оптики для своих камерофонов.

Много линз – это хорошо

Для того, чтобы объектив проецировал качественное изображение на плоскую матрицу, не вызывая искажений и наиболее правильно передавая все пропорции и цвета, ему необходимо иметь несколько разнообразных линз. Каждая из них выполняет свою роль – она может быть (и должна быть) различной формы, с разной преломляющей способностью, выполнена из разного сорта стекла, а некоторые из линз могут быть еще и подвижными.

В объективах для фотокамер встречаются модели, в составе которых 15 и более видов линз, и у каждой своя уникальная задача. Для смартфонов, в качественных модификациях камер, используется около 6 линз, которых вполне достаточно для создания правильного изображения.

 Количество – еще не главное

Однако, и количество линз не является ключевым, при создании лучшего объектива. Все дело в том, что при формировании изображения внутри объектива возникают такие негативные виды искажений как хроматическая и сферическая аберрации, дисторсия, дифракция. Все это термины из раздела «Оптика» в физике и разбираться в каждом из них не имеет смысла – главное понимать, что для их устранения необходимы линзы наивысшего качества и правильно скомпонованные. Именно поэтому, все чаще, производители смартфонов прибегают к помощи мировых лидеров в области производства линз – Zeiss, Leica и другим.

 Что такое f/1.8

Количество света, поступающее на матрицу, регулируется специальным механизмом, называемым диафрагма. Величина относительного отверстия, создаваемого диафрагмой и есть это значение f/X. Чем цифра меньше, тем относительное отверстие больше, и пропускает больше света. Но, очень много света – тоже чревато последствиями, особенно в дневное время. И, если человеческий глаз, умеет очень сильно сужать зрачок в дневное время и открывать его в ночное время, расширяя, то камеры не столь совершенны. Сенсоры (матрицы) не столько чувствительны как глаза, а поэтому в камеры устанавливают наиболее чувствительные к свету модели, что пагубно днем и диафрагму приходится закрывать (до значений f/2.5 или больше).

В целом, если в смартфоне установлена качественная матрица, с хорошей оптикой и относительным отверстием f/1.8 – то это уже может быть вполне хорошая модель, которая покажет отличный результат. Конечно же, здесь также важно, насколько современная матрица, мощный процессор, программное обеспечение смартфона – все это тоже влияет на результат.

Сегодня же можно встретить смартфоны, со значениями диафрагмы в их объективах f/1.5, что очень примечательно. Это означает, что объектив камеры смартфона пропускает очень много света и этого света достаточно в темное время суток, для получения хорошего снимка. Но, его очень много в дневное время и матрица, буквально, не может справиться с таким ярким изображением. Для этого применяется диафрагма, которая прикрывает относительное отверстие до меньшего значения и, тем самым, позволяет сделать качественный кадр, не испортив матрицу.

Последний рубеж и механизм, который определяет количество света, поступающего на сенсор, это затвор. В смартфонах он условно называется механизмом, потому как электронный и чаще всего не имеет механических составляющих. Однако, если помните старые пленочные камеры или те же зеркальные – принцип работы у них схожий. Шторка или несколько шторок полностью закрывают поток света из объектива и открывают его на время, называемое выдержкой. Если это солнечный день – выдержка составляет тысячные доли секунды. Если это ночь – то может достигать половины секунды и даже больше.

Как это все работает в комплексе 

А теперь, давайте попробуем воссоздать процесс одного снимка, чтобы было понятно, как это происходит.

Вы, глядя на экран смартфона и выбирая красивый ракурс перед нажатием клавиши, уже можете наблюдать работу вашей оптики, матрицы. Ведь это изображение и есть результат проекции изображения через объектив пучка света, который потом, правильно распределяется на плоской матрице, с минимальными искажениями. Дополнительная нагрузка на смартфон, еще до нажатия клавиши спуска затвора, это просчитать количество света, поступающего в камеру, исходя из этого открыть или закрыть диафрагму, выставить выдержку, чувствительность (ISO).

Затем, нажимая на клавишу спуска, свет проходит через все линзы, через отверстие диафрагмы, преломляется, распределяется по матрице. Матрица, улавливает каждым пикселем определенные цвета видимого спектра и передает эту информацию в процессор, который преобразует ее в изображение. Это самое краткое и, на наш взгляд, понятное описание, которое можно дать процессу съемки на смартфон.

Как мы и упоминали в начале – каждый элемент имеет ключевое значение. Без высококачественного материала оптики, не будет правильного изображения с минимальными искажениями, без грамотной компоновки линз не получится хорошего объектива, который будет способен выполнять поставленные на него задачи. Без качественной матрицы, большой и современной, не получится четко отобразить мельчайшие детали на фотографии. А без производительного процессора не получится быстро собрать эту информацию воедино, одновременно уменьшив количество «шумов» на программном уровне. Каждый компонент имеет значение и важен, потому как замени вы лишь один на более «дешевый», и все остальные не смогут вытянуть картинку только на своих возможностях.

Собственно говоря, для этого и необходимы обзоры смартфонов и качества их камер, которые мы регулярно создаем для вас. Ведь одни и те же значения в 13 Мп и f/1.8 могут иметь совершенно разный результат в реальности. И теперь, вы знаете почему.

В следующем обзоре мы расскажем о других важных функциях камеры, которые необходимы современному смартфону.