Что такое автофокус в смартфоне?

Что такое автофокус в смартфоне?

Как работает автофокус в телефоне

Еще несколько лет назад камеры на смартфонах были скромными по характеристикам и простые в устройстве. Сегодня флагманы рынка имеют в своем составе камеры с оптической стабилизацией изображения, высокой светочувствительностью, состоящие из большого количества линз. Рассмотрим работу автофокуса в телефоне.

Фокусировка методом катушек

Если смотреть на работу автофокуса со стороны механики, то рассмотрим пример.

Блок линз, представляет в сборке один модуль, свободно расположен в корпусе камеры. Для свободного передвижения (очень маленькие расстояния) блока линз используют пластиковые шарики, которые вмонтированы в этот внешний корпус камеры. По этим шарикам и перемещается блок линз.

По бокам блока линз в корпусе камеры расположены миниатюрные катушки из тонкого медного провода, такие катушки можно использовать как электромагниты.

В блоке линз вмонтированы несколько миниатюрных магнитов. Получается, что на катушки подается напряжение от системы автофокуса, создается магнитное поле, которое действует на магниты в блоке линз и модуль с линзами перемещается .

Это магнитное поле заставляет двигаться блок линз по шарикам в корпусе, о которых мы говорили выше. Возвратное движение обеспечивают пружины. Так достигается нужное положение линз в пространстве, чтобы объект оказался в фокусе на снимке или сработала стабилизация.

В положении покоя линзы размещены так, что фокус настроен на бесконечность.

При автофокусировке процессор вычисляет в фокусе ли объект по показаниям максимального контраста или фазовых датчиков или по лазерному дальномеру. И дает электронике указание подать на катушки электромагнита такое напряжение, чтобы сместить блок линз на нужное расстояние по отношению к матрице.

При использовании катушек (метод VCM) для создания магнитного поля есть свои недостатки:

  • Электромагнитные материалы имеют такую характеристику, как гистерезис. Это физическое явление приводит к замедлению, неточности фокусировки, особенно на видео.
  • Второй недостаток — это большая потребляемая мощность, обычно больше 100 мВт. Это разряжает батарею, выделяется тепло на катушках.
  • И третий недостаток — это наклон и децентрирование линзы, который вносит погрешности в фокусировку.

И все эти недостатки усугубляются при увеличении количества пикселей, и уменьшении размеров камеры. Что и происходит сегодня.

MEMS в фокусировке камеры

Второй способ механической реализации фокусировки является использование MEMS приводов.

Микроэлектромеханические системы (МЭМС) — устройства, объединяющие в себе микроэлектронные и микромеханические компоненты.

Технология в MEMS-камере обеспечивает ультрабыструю фокусировку: в 7 раз выше (обычно в 3–4 раза), чем обладают другие камеры на смартфонах.

При этом приводы автофокуса камеры MEMS потребляют менее, чем 1 мВт . Это способствует продлению службы срока аккумулятора и сокращает тепловую нагрузку на датчик изображения, на объектив и другие прилегающие компоненты.

Технология MEMS позволяет объединить все три части линейного привода в единый компонент. Это блок для обеспечения вертикального перемещения, пружина для обеспечения возвратной силы и электростатический гребенчатый привод для перемещения блока.

Гребенчатый привод представляет собой пару электропроводящих гребенок, расположенных таким образом, что встречные зубья никогда не соприкасаются. При подаче постоянного напряжения результирующий заряд развивает силу притяжения, которая заставляет гребни соединяться вместе. Прикрепив линзу в центре, можно создать кремниевый привод MEMS с автофокусировкой.

При таком методе, перемещается только первая линза, а остальные крепятся в модуле, который остается неподвижным.

  • Передвигается только одна линза весом 3,5 мг, тогда как электромагниты в первом способе перемещают блок линз весом 45 мг. Из-за этого повышается скорость работы.
  • В методе с катушками (VCM) нужно передвигать весь модуль на расстояние 250 мкм, а в случае использования МЕМС только 80 мкм.
  • У МЕМС намного меньше влияние гистерезиса. Если здесь погрешность

Вам стоит знать, какой автофокус стоит в вашем смартфоне

На заре камеростроения для мобильных устройств камеры не оснащались автофокусом. Это было не так плохо и позволяло фотографировать панорамы или объекты на их фоне, обладая достаточно большой глубиной резкости. Но время идет и надо вводить новые функции. Так появился основной элемент, позволяющий улучшить снимки.

При выборе телефона с хорошей камерой многие уделяют внимание количеству мегапикселей. Однако важнее и полезнее взглянуть на другие факторы, которые оказывают не менее серьезное влияние на качество фотографий. Среди них — тип автофокуса камеры смартфона. В настоящее время он имеет три основных типа.

Контрастный автофокус

Это самый распространенный тип, которым оснащены камеры смартфонов низкого и среднего ценового сегмента. Суть его работы сводится к поиску оптимального фокуса, чтобы сделать резким все изображение или какую-то его часть, выбранную пользователем. Специальный микропроцессор постоянно считывает и анализирует изображение с матрицы и перемещает объектив для нахождения зоны с наибольшим контрастом.

Последний момент связан с единственным недостатком контрастного автофокуса — его медленной работой. Поскольку поиск требует время, а сделать это можно лишь после анализа всего изображения и возвращения объектива обратно, кадр может и «уйти», пока камера поймает нужный фокус.

Данный тип автофокуса на сегодняшний день используется преимущественно в бюджетных смартфонах, таких как Samsung Galaxy J7, Huawei Honor 6A и других.

Лазерный автофокус

Более продвинутый тип автофокуса, который способен определять расстояние до объекта и подстраивать под него настройки фокуса. Работает он довольно интересно: смартфон отправляет тонкую полосу света, которая отражается от всевозможных поверхностей и возвращается обратно. После этого камера определяет производит вычисления (время лазера умножается на скорость света) и определяет расстояние до объекта, благодаря чему и удается сфокусироваться.

Вроде бы все здесь очень технологичное, но есть и минус. Лазерный автофокус работает только на небольших дистанциях и совмещается с другими системами для более полного охвата диапазона расстояний. Поэтому производители сейчас совмещают контрастный и лазерный автофокус.

Лазерным автофокусом оснащены преимущественно смартфоны LG, но есть и исключения: тот же флагман Huawei P20 Pro.

Фазовый автофокус

Для его реализации предусмотрены дополнительные датчики, которые позволяют камере получить больше данных для настройки фокуса. Он намного быстрее контрастного, камера поддерживает следящий автофокус, для него необходимо мощное «железо». Чаще всего фазовый автофокус доступен в смартфонах сегмента high-end. Среди них Honor View 10, Huawei P10 и Sony Xperia XZ.

Фазовый тип хорошо подходит для съемки объектов в движении — правда, он все равно не такой быстрый, как лазерный. Наиболее продвинутые смартфоны способны на ходу объединять работу разных способов фокусировки и даже обеспечивать непрерывную автофокусировку, подстраиваются под изменение положения объекта.

Кстати, еще один вид автофокуса не так распространен, поскольку ограничен смартфонами Samsung — это система Dual Pixel. Это существенно улучшенный фазовый автофокус — вместо 5-10 % пикселей, которые использовались для автофокусировки, используются все 100% пикселей. Поэтому он нашел себе применение в новейших смартфонах Samsung.

Очевидно, камера современного смартфона не так проста, как кажется. А автофокус делает ее чуть ли не самым сложным элементом смартфона.

Материал подготовлен при поддержке магазина SmartPrice

Новости, статьи и анонсы публикаций

Свободное общение и обсуждение материалов

Цены на смартфоны имеют тенденцию к медленному, но уверенному росту. Поэтому, если бы вы несколько лет назад сказали среднестатистическому пользователю смартфона, что цены на Samsung Galaxy S с годами будут только расти, он почти наверняка поверил бы вам и даже не сомневался в сказанном. Но 2021 год многое изменил в этом представлении мира. Уже во второй половине 2020 года традиции немного пошатнулись и производители начали вести себя немного иначе. Samsung подхватила эти настроения и сделала свой новый смартфон более дешевым, чем было раньше. Конечно, это стало возможно благодаря некоторым компромиссам, но в истории этот факт точно останется. Давайте вспомним, что вообще происходило интересного в процессе эволюции Samsung Galaxy и вспомним, какие модели у нас были.

Уже несколько лет многие компании, выпускающие смартфоны козыряют этими тремя буквами. Простому смертному, далекому от мира IT, аббревиатура «HDR» не дает ровным счетом ничего. Часто пользователь уходит в крайности: снимает в режиме HDR абсолютно все либо не использует данную функцию. Забегая вперед, скажем, что не во всех случаях мобильной фотографии для нее есть применение. Предлагаем разобраться в этом вопросе раз и навсегда и наконец понять, что рядовой пользователь может получить, имея технологию HDR в своем смартфоне.

Чем ближе к презентации нового смартфона, тем больше о нем появляется новой информации. Часто это тизеры самого производителя, но в основном это утечки разной степени достоверности. Они появляются от людей, которые постепенно начинают контактировать с новым продуктом. Сборщики, продавцы, организаторы презентации и много кто еще. Сейчас, за день до презентации нового Samsung Galaxy S21 в Сети появились фотографии, которые очень четко дают понять не только то, чего нам ждать от нового смартфона, но и то, какими будут аксессуары для него. В частности, как будет выглядеть новая беспроводная зарядка. Возможно, она даже станет аналогом MagSafe от Apple. Слишком уж заманчивым кажется выпустить что-то подобное.

Интересная информация.
Верно я когда-то выбрал Самсунг, с тех пор ни разу не пожалел.

Что такое фазовый автофокус в камере смартфоне?

Рассказываем о широко распространенной и полезной технологии в камерах смартфонов.

Все хотят, чтобы при съемке фотографии получались ясными и четкими, а фотографируемый объект — отчетливым и резким, то есть находился в фокусе. В настоящее время во всех современных гаджетах есть автоматический фокус, при котором устройство самостоятельно размещает линзы на таком фокусном расстоянии, которое позволит запечатлеть предмет съемки без смазывания.

Со стороны кажется, что все происходит просто и быстро — достаточно навести камеру на нужную область кадра, и фотография готова. На самом деле за короткий промежуток времени происходит масса незаметных нам процессов и вычислений.

В большинстве устройств используется автоматическая фокусировка, реализованная на основе сканирования световых фаз — фазовый автофокус. Попробуем описать его принцип действия доступным языком.

Впервые такой тип автофокусировки был установлен в зеркальных фотоаппаратах, где зарекомендовал себя как стабильный и быстрый. Позже фазовым автофокусом стали снабжаться фотокамеры смартфонов — сейчас этим никого не удивить.

Как работает фазовый автофокус?

От всех областей фотографируемой картинки потоки света попадают в объектив камеры, а после этого на светочувствительный сенсор — матрицу камеры. На ней расположен фазовый датчик (зачастую не один), который анализирует равномерность поступивших световых фаз. Если они одинаковы, фокусное расстояние относительно объекта съемки выбрано верно. При расхождении характеристик полученных световых потоков этот датчик сообщает об этом процессору камеры, который перемещает линзы объектива для получения верных параметров световых фаз. Эти измерения происходят очень быстро.

В большинстве мобильных камер фазовые датчики располагаются равномерно по площади будущего кадра, чтобы охватить зоной резкости любой отдельный объект. Благодаря этому возможно объединение резкости на нескольких объектах съемки, находящихся на примерно одинаковом расстоянии от объектива.

Чтобы наглядно представить работу и расположение фазовых датчиков на матрице, давайте вспомним процесс фотографирования на цифровой мыльнице или зеркальном фотоаппарате. Перед тем, как сделать фотографию, мы не до конца нажимаем на кнопку спуска затвора. В этот момент происходит оценка возможных объектов фокусировки — на дисплее они помечаются многочисленными квадратиками или красными точками. Это и есть проявление работы фазовых детекторов.

Плюсы и минусы

Достоинство фазового автофокуса — высокая скорость наведения, особенно по сравнению с устаревшим контрастным аналогом. Процессору камеры и детекторам необходимы доли секунды для замера и установки резкости, причем ошибки фокусировки достаточно редки.

В современных флагманских смартфонах количество детекторов настолько велико, что может покрывать до 20% матрицы, поэтому качество снимков значительно возрастает. Некоторые производители, например Samsung, снабжают матрицу камеры своих гаджетов световыми датчиками на все 100% — речь идет о технологии Dual Pixel , о которой мы подробно рассказывали в этой статье.

Еще один несомненный плюс фазового автофокуса — возможность фокусироваться на движущихся объектах. Несмотря на то, что картинка в этом случае стремительно меняется, датчики наводят резкость на нужный предмет.

Недостаток фазового автофокуса — увеличение вероятности неверной фокусировки при недостаточном освещении, когда фотографируемый объект располагается на значительном расстоянии от камеры. В этом случае световым детекторам недостаточно информации о фотографируемых объектах.

Напоследок простой, но полезный совет. Чтобы получить фотографию с резкостью в нужной вам области (не только по центру), при наведении смартфона прикоснитесь к дисплею в требуемой точке фокуса.

Навестись за мгновение: фазовый автофокус в работе

Всем продвинутым пользователям известно, что качество снимков определяется не количеством мегапикселей, а размером матрицы, светосилой, объективом и другими характеристиками. Одним из важных параметров современной мобильной камеры стал автофокус — от его работы зависит, будет ли объект съёмки чётким даже при быстром движении. Сейчас существует несколько разновидностей автофокусировки, но самым последним тенденциям соответствует фазовая. О преимуществах фазового автофокуса мы и поговорим в сегодняшней статье, вооружившись Honor View 10.

Зачем нужен автофокус?

Начнём с того, что сегодня практически в любом смартфоне, даже самом бюджетном, есть система автофокусировки. Грубо говоря, автофокус — это когда камера гаджета самостоятельно наводит резкость во время съёмки фото и видео. Он нужен для того, чтобы максимально упростить процесс и не крутить каждый раз настройки, как при съёмке на профессиональный зеркальный фотоаппарат.

Работу автофокусировки вы в большинстве случаев просто не заметите: резкость настраивается автоматически, как только вы включаете камеру или нажимаете на кнопку затвора. Если нужно сделать фокус на каком-то определённом объекте, как правило, достаточно лишь тапнуть по нему на экране устройства.

Актуальные типы автофокусировки

На сегодняшний день существует три основных вида автофокусировки.

Контрастный автофокус. Относится к пассивному типу, то есть сенсоры камеры ничего не излучают. В основном данное решение применяется в недорогих смартфонах. Главная причина в том, что такой вид фокусировки — самый простой. Камера ориентируется на величину светового потока, попадающего на матрицу. Перемещая линзу, программное обеспечение добивается наибольшего контраста и таким образом фокусируется на объекте съёмки. Именно поэтому бюджетным гаджетам на фокусировку требуется несколько секунд, за которые легко упустить или смазать движущийся объект.

Лазерный автофокус. Достаточно свежая технология, относящаяся к активному типу фокусировки. В основе лежит принцип лазерного дальномера: лазер освещает объект, а сенсор измеряет расстояние до него, основываясь на времени поступления отражённого лазерного луча.

Один из главных плюсов лазерного фокуса — время. Весь процесс занимает доли секунды, что позволяет мгновенно делать резкие снимки. Причём лазерный фокус не теряет в скорости ни в тёмное время суток, ни в непогоду. Но у данной системы есть серьёзный недостаток. Дальность работы лазера в камере едва переваливает за пару метров. На всё, что располагается дальше, гаджет наводится при помощи других типов фокусировки.

Фазовый автофокус (PDAF). Также относится к активному типу. Его устанавливают во многие смартфоны, включая Honor View 10. При фазовой автофокусировке лучи из разных точек объектива сводятся на встроенные в матрицу датчики. Если объект находится в фокусе, то световые потоки от него сходятся в одну точку на датчике. Если же нет, то программное обеспечение, основываясь на расстоянии между лучами, сдвигает линзы на нужную величину.

Данная система хороша в первую очередь высокой скоростью работы: можно фокусироваться на быстро движущихся объектах. Например, Honor View 10 требуется менее 0,3 секунды, чтобы сфокусироваться.

Единственный недостаток — ночная съёмка. В диафрагму смартфона поступает недостаточно света, из-за чего автофокусировка может занимать чуть больше времени. Кроме того, у фазового автофокуса довольно сложная реализация. Система призм, зеркал, линз требует сверхточной установки и не менее скрупулезной программной настройки.

Пример работы фазового автофокуса

Как уже было сказано выше, принято считать, что фазовый автофокус в тёмное время суток хуже справляется со своей задачей. Однако современные гаджеты оснащаются высокочувствительными сенсорами и продвинутыми алгоритмами, которые помогают камере правильно сфокусироваться даже при недостатке освещения.

Мы протестировали работу камеры Honor View 10 ночью. В устройстве имеется система «искусственного интеллекта»: она дополнительно анализирует картинку с камеры и настраивает параметры съёмки и фокусировки таким образом, чтобы получить максимально резкий и качественный кадр.

С фокусировкой как в дневное, так и в ночное время на Honor View 10 никаких проблем нет. Она работает быстро и точно, ловя объект за доли секунды.

Вдобавок для съёмки динамичных сюжетов у камеры View 10 есть опция «Автофокус в движении».

Если она заранее активирована в меню, то после тапа по объекту автоматика начинает отслеживать его перемещения, фокусируясь на нём постоянно.

Это удобно при съёмке детей или животных — тех, кто двигается быстро, а порой и вовсе молниеносно. Благодаря данной функции можно поймать интересный момент, который бы пропустил или смазал другой смартфон. Например, две собаки, носящиеся по двору, получаются такими же чёткими и резкими, как если бы они неподвижно стояли на месте.

Итоги

В данный момент самая актуальная технология фокусировки в смартфонах — фазовая. Она быстро и точно работает, а при недостатке освещения ей помогают программные ухищрения — такие, как специализированные интеллектуальные алгоритмы в Honor View 10, позволяющие автофокусу работать ещё более успешно в любых условиях.

Автофокус в смартфонах: лазерный и контрастный, в чем разница?

Мы живем в век скоростей и высоких технологий, когда все спешат и хотят иметь все под рукой. Сегодня мы поговорим о камерах смартфонов, которые способны запечатлеть нужный кадр в нужный момент. А, поскольку мы все хотим, чтобы фотографии получались четкими, нужно кое-что выяснить про оснащение камеры. Последние несколько лет многие производители мобильных аппаратов стараются усовершенствовать технологию автофокусировки, и она заслуживает нашего пристального внимания. Давайте рассмотрим, какие существуют разновидности автоматической фокусировки, а также – какими достоинствами и недостатками обладает каждая из них.

Если коротко остановиться на том, в чем состоит основное различие между фокусом и автофокусом то здесь все просто. В данном случает речь идет о том, когда линза объектива фокусируется на определенном объекте, посредством преломления лучей благодаря чему свет собирается в одной точке. Когда все совпадает, сенсор матрицы находится в нужной точке, кадр получается детализированный и качественный. Когда фотограф фокусируется на главном объекте, настраивая объектив вручную, на фотографии делается акцент на переднем или заднем плане, в то время как остальная часть получается более размытой. Это и есть процесс фокусировки. Сегодня этот процесс значительно облегчен, поскольку за нас все может делать автоматика. Благодаря автофокусировке можно сделать четкие детализированный снимок без лишних усилий – просто наводим и щёлкаем. А, поскольку практически все современные смартфоны оснащены камерами с автоматической фокусировкой, стоит рассмотреть – каких разновидностей она бывает.

Фазовый автофокус

В основе этой технологии лежит дробление луча света, который проходит через объектив, на два потока, после чего свет попадает на светочувствительный сенсор. При этом замеряется расстояние между потоками, которые проходят через противоположные края объектива. Наводка считается окончательной, если разделенные лучи достигнут определенного расстояния, заданного датчиками. Устройство по сути само может определить, как нужно изменить положение линз, чтобы картинка получилась требуемого качества. Неопровержимым достоинством фазового автофокуса считается быстрота и точность фокусировки. Эта особенность очень важна, когда снимается движущаяся сцена. Также стоит отметить, что эта технология срабатывает быстрее, чем контрастный автофокус, о котором читайте ниже.

Тем не менее, автофокус фазового типа имеет некоторые недостатки, одним из которых можно считать сложность реализации. Для того, чтобы эта технология работала, нужна сверхточная физическая юстировка, а также скрупулезная цифровая настройка. Для хорошей реализации фазовой автоматической фокусировки требуется хорошее «железо», которым обладают не все смартфоны. К тому же, точность фазового автофокуса напрямую зависит от диафрагмы объектива, так что при недостаточном освещении эта технология не выдаст желаемого результата.

Контрастный автофокус

Работа этой технологии основана на применении специальных светочувствительных элементов, которые производят оценку контрастности кадра. Фокусировка в этом случае считается точной, когда картинка приобретает максимальную точность и контрастность по сравнению с фоном. Это решение используется в подавляющем большинстве смартфонов главным образом за счет сравнительной простоты в реализации технологии. Специальный сенсор замеряет количество света на объективе, после чего этот же сенсор должен переместить линзу пока не будет достигнут максимальный контраст. Когда достигнут максимальный контраст, значит снимаемый объект находится в фокусе. Еще раз отметим простоту использования данной технологии, для которой не требуется сложная аппаратная начинка.

Теперь добавим ложку дёгтя в эту бочку мёда, отметив некоторые недостатки, которые присущи технологии контрастного автофокуса. Сразу скажем, что это решение срабатывает несколько медленнее прочих технологий. Думает контрастный автофокус где-то в пределах секунды, в течении которой он фокусируется на снимаемом объекте. Если вы человек медлительный и никуда не спешите, то в принципе время, потраченное на фокусировку вас не будет напрягать или раздражать. Особенно, если снимаемый объект тоже никуда не спешит, улитка, например. Но, если вы двигаетесь со сверхскоростью, как супергерой Флэш, то секунда растянется для вас на целую вечность. Если вы хотели запечатлеть колибри с ее суперметаболизмом, то она за это время может просто улететь. Скорость в этой технологии страдает в основном из-за того, что оценка контрастности происходит в несколько этапов, для чего требуется некоторое время. Кроме того, контрастный автофокус лишен такой возможности, как следящая фокусировка, в сумерках или с плохой освещенностью качество фотографий вряд ли кого-то удовлетворит. Отметим, что технология контрастного автофокуса как правило применяется в смартфонах бюджетного уровня.

Лазерный автофокус

Данная технология работает за счет применения принципа лазерного дальномера, когда в функцию лазерного излучателя входит освещение снимаемого объекта, в то время как сенсор осуществляет замер расстояния до объекта с фиксацией времени, в течении которого поступает отраженный лазерный луч. Киллер фичей этой технологии можно считать затраченное время для фокусировки. В частности, лазерный автофокус способен справиться с этой задачей за 0,276 секунды. Вы уже конечно поняли, что фазовый и контрастный автофокус «нервно курят в сторонке».

Лазерный автофокус молниеносно быстрый и отлично себя зарекомендовал в условиях недостаточной освещенности. Однако, в работе с этим решением следует учитывать одну деталь – самый хороший результат можно достигнуть, только при расстоянии до снимаемого объекта в пределах 0,6 метров. А, если расстояние до объекта превышает 5 метров, то лазерный автофокус в данном случае бессилен. В таком случае вам светит только контрастный автофокус.

Если произвести разбор полётов, отметим, что при выборе смартфона в целом, а также его фотовозможностей в частности, каждый руководствуется собственными соображениями и предпочтениями. Не последнюю роль в выборе играет бюджет, который предполагается потратить. Более того, если вы фанат качественных фотографий, то камера в смартфоне в любом случае вас не удовлетворит, в таком случае нужно просто купить зеркалку.