Смартфон зсередини: Камера. Частина 1 – матриця, об’єктив

Сьогодні ми будемо розбиратися в тому, як зроблені і з чого складаються камери. І не якісь там особливі, а найпопулярніші – камери смартфона. У кожного виробника можна зустріти сухий опис їх характеристик – 13 мегапікселів, f / 1.8 відносний отвір, оптика Leica або Zeiss, оптичний зум. А що все це нам дає? Як порівняти камери між собою? Яку вибрати?

Щоб дати зрозумілу відповідь на ці питання, необхідно коротко розібратися як влаштовані камери в смартфонах – і сьогодні ми будемо вивчати камеру зсередини.

Зміст:

• Схожість зі звичайними фотоапаратами
• Об’єктив
• Багато лінз – це добре
• Кількість – ще не головне
• Що таке f / 1.8
• Як це все працює в комплексі

Схожість зі звичайними фотоапаратами

Камера смартфона, за своєю суттю, практично нічим не відрізняється від  звичайного фотоапарата  чи то «мильниці» чи бездзеркальної камери. У ній є блок лінз – об’єктив, матриця, і супутня електроніка. Якість кожного елемента грає ключове значення, тому що, на відміну від звичних фотоапаратів, камера смартфона менше нігтя за своїми розмірами.

Промовляючи фразу «13 мегапікселів» ми, найчастіше, не замислюємося, що це означає 13 мільйонів пікселів, тобто точок, які знаходяться на матриці і, які вона здатна вловлювати. А зовсім недавно стали доступні моделі смартфонів, камери яких вміщають 48 мільйонів точок! Тільки уявіть! Для порівняння – цей фотоапарат, теж має практично аналогічну роздільну здатність матриці, але його ціна істотно відрізняється, і це вартість без об’єктива. Чому так?

Все зводиться до технологій, фізики, можливостям використовуваної електроніки. Сам фізичний розмір матриці дуже важливий і, коли він розміром майже із сірникову коробку (як в дзеркальній фотокамері), то світла вловлює він значно більше і кожен піксель здатний передавати більш точну інформацію. Матриця смартфона ж, навіть на 13 Мп, має значно більш компактну матрицю, в десятки разів менше, і, відповідно, щоб зробити один і той же кадр на телефон і фотоапарат, смартфону потрібно більше часу і обчислювальної потужності, щоб відтворити аналогічне зображення. У денний час – це майже не проблема, а от увечері – з’являється «шум».

Виробники камер для смартфонів використовують всі передові технології, щоб зробити процес зйомки простіше і зручніше для користувачів, але з вищезазначених причин зрівнятися з дзеркальними камерами смартфони можуть хіба що в денний час. Вночі ж смартфони стали використовувати нові прийоми, на зразок штучного інтелекту з нейронними мережами, щоб зменшити кількість паразитних шумів на фотографіях.

Варто враховувати, що «гонка мегапікселів», яка знову почалася у виробників телефонів, може негативно позначатися на якості, тому не завжди варто гнатися за такими захмарними характеристиками. На практиці, навіть 12-13 мегапікселів цілком достатньо для отримання красивого і детального кадру. Винятками є умови зйомки – якщо ви плануєте знімати в денний час, то багато смартфонів з великою роздільною здатністю матриці також впораються з завданням дуже добре.

Далекоглядні виробники смартфонів вже давно приділяють увагу не тільки мегапікселям, а й розмірам матриці, щоб її фізичний розмір ставав більше, у міру зростання роздільної здатності. Однак, матриця, це ще не все, що впливає на якість фотографії.

Об’єктив

Другою ключовою складовою хорошої камери є її об’єктив. Купуючи фотоапарат зі знімними об’єктивами, фотограф замислюється над якістю оптики, яку він буде встановлювати. Власникам же смартфонів, на жаль, такий вибір не пропонують, хоча, може це й на краще – адже вартість хорошої оптики може бути аналогічна вартості камери, а іноді навіть більше. Було б прикро, якби покупці брали хороший смартфон і купували об’єктив, як то кажуть, «на здачу», як це часто відбувається з дзеркальними камерами. Однак, можете бути впевнені – всі імениті бренди приділяють належну увагу розробці якісної оптики для своїх камерофонів.

Багато лінз – це добре

Для того, щоб об’єктив проектував якісне зображення на плоску матрицю, не викликаючи спотворень і найбільш правильно передаючи всі пропорції і кольори, йому необхідно мати кілька різноманітних лінз. Кожна з них виконує свою роль – вона може бути (і повинна бути) різної форми, з різною заломлюючою здатністю, виконана з різного сорту скла, а деякі з лінз можуть бути ще й рухливими.

У об’єктивах для фотокамер зустрічаються моделі, в складі яких 15 і більше видів лінз, і у кожної своє унікальне завдання. Для смартфонів, в якісних модифікаціях камер, використовується близько 6 лінз, яких цілком достатньо для створення правильного зображення.

Кількість – ще не головне

Однак, і кількість лінз не є ключовою, при створенні кращого об’єктива. Вся справа в тому, що при формуванні зображення в об’єктиві виникають такі негативні види спотворень, як хроматична і сферична аберації, дисторсія, дифракція. Все це терміни з розділу «Оптика» у фізиці і розбиратися в кожному з них не має сенсу – головне розуміти, що для їх усунення необхідні лінзи найвищої якості і правильно скомпоновані. Саме тому, все частіше, виробники смартфонів вдаються до допомоги світових лідерів в області виробництва лінз – Zeiss, Leica та іншим.

Що таке f / 1.8

Кількість світла, що надходить на матрицю, регулюється спеціальним механізмом, званим діафрагма. Величина відносного отвору, створюваного діафрагмою і є це значення f / X. Чим цифра менше, тим відносний отвір більше, і пропускає більше світла. Але, дуже багато світла – теж загрожує наслідками, особливо в денний час. І, якщо людське око, вміє дуже сильно звужувати зіницю в денний час і відкривати її в нічний час, розширюючи, то камери не настільки досконалі. Сенсори (матриці) не так чутливі як очі, а тому в камери встановлюють найбільш чутливі до світла моделі, що згубно вдень ​​і діафрагму доводиться закривати (до значень f / 2.5 або більше).

В цілому, якщо в смартфоні встановлена ​​якісна матриця, з хорошою оптикою і відносним отвором f / 1.8 – то це вже може бути цілком хороша модель, яка покаже відмінний результат. Звичайно ж, тут також важливо, наскільки сучасна матриця, потужний процесор, програмне забезпечення смартфона – все це теж впливає на результат.

Сьогодні ж можна зустріти смартфони, зі значеннями діафрагми в їх об’єктивах f / 1.5, що дуже примітно. Це означає, що об’єктив камери смартфона пропускає дуже багато світла і цього світла достатньо в темний час доби, для отримання хорошого знімка. Але, його дуже багато в денний час і матриця, буквально, не може впоратися з таким яскравим зображенням. Для цього застосовується діафрагма, яка прикриває відносний отвір до меншого значення і, тим самим, дозволяє зробити якісний кадр, не зіпсувавши матрицю.

Останній рубіж і механізм, який визначає кількість світла, що надходить на сенсор, це затвор. У смартфонах він умовно називається механізмом, тому як електронний і найчастіше не має механічних складових. Однак, якщо пам’ятаєте старі плівкові камери або ті ж дзеркальні – принцип роботи у них схожий. Шторка або кілька шторок повністю закривають потік світла з об’єктива і відкривають його на час, званий витримкою. Якщо це сонячний день – витримка складає тисячні частки секунди. Якщо це ніч – то може досягати половини секунди і навіть більше.

Як це все працює в комплексі

А тепер, давайте спробуємо відтворити процес одного знімка, щоб було зрозуміло, як це відбувається.

Ви, дивлячись на екран смартфона і вибираючи красивий ракурс перед натисканням клавіші, вже можете спостерігати роботу вашої оптики, матриці. Адже це зображення і є результат проекції зображення через об’єктив пучка світла, який потім, правильно розподіляється на плоскій матриці, з мінімальними спотвореннями. Додаткове навантаження на смартфон, ще до натискання клавіші спуску затвора, це прорахувати кількість світла, що надходить в камеру, виходячи з цього відкрити або закрити діафрагму, виставити витримку, чутливість (ISO).

Потім, натискаючи на клавішу, світло проходить через все лінзи, через отвір діафрагми, заломлюється, розподіляється по матриці. Матриця, вловлює кожним пікселем певні кольори видимого спектру і передає цю інформацію в процесор, який перетворює її в зображення. Це найкоротший і, на наш погляд, зрозумілий опис, яки можна дати процесу зйомки на смартфон.

Як ми і згадували на початку – кожен елемент має ключове значення. Без високоякісного матеріалу оптики, не буде правильного зображення з мінімальними спотвореннями, без грамотного компонування лінз не вийде гарного об’єктива, який буде здатний виконувати поставлені йому завдання. Без якісної матриці, великої і сучасної, не вийде чітко відобразити найдрібніші деталі на фотографії. А без продуктивного процесора не вийде швидко зібрати цю інформацію воєдино, з одночасним зменшенням кількості «шумів» на програмному рівні. Кожен компонент має значення і важливий, тому як, заміни ви лише один на більш «дешевий», і всі інші не зможуть витягнути картинку тільки на своїх можливостях.

Власне кажучи, для цього і необхідні огляди смартфонів і якості їх камер, які ми регулярно створюємо для вас. Адже одні і ті ж значення в 13 Мп і f / 1.8 можуть мати абсолютно різний результат в реальності. І тепер, ви знаєте чому.

У наступному огляді ми розповімо про інші важливі функції камери, які необхідні сучасному смартфону.