Зачем 2 камеры в смартфоне?
Почему смартфоны снимают лучше фотоаппаратов? Разбор
Мы находимся в уникальной точке, когда трудно понять увидев два снимка — какой из них снят на смартфон, а какой на профессиональный фотоаппарат?
Угадайте — где снимок на смартфон, а где на фотоаппарат
Но как так получилось, что смартфоны стали снимать настолько хорошо? Сегодня мы разберем как работает цифровая фотография на глубоком уровне. Соберём ведро света и узнаем в чём суть квантовой эффективности!
Для начала давайте разберемся, как так происходит, что в объектив камеры попадает свет, а на выходе мы получаем красивенький цветастый снимок? И для простоты, сразу начнем с аналогии. Внутри любой цифровой камеры установлена матрица, которая состоит из миллионов пикселей. Так вот пиксели эти, по своей сути, похожи на ведра только собирают они не капельки дождя, а частички света.
Что я имею ввиду?
Главный элемент каждого пикселя — это фотодиод. Это такой кусочек кремния, обладающий чудесным свойством — когда на него попадает фотон света, он высвобождает электрон. Задача камеры собрать все эти электроны и подсчитать их. Но зачем подсчитывать электроны и как вообще это происходит?
Пока мы делаем фотографию — этот процесс называется экспонирование — каждый высвобожденный электрон скапливается в некой ловушке — потенциальной яме. А когда экспонирование закончено мы замеряем сколько электронов скопилось. Так мы понимаем сколько света попало на пиксель и насколько ярким он должен быть.
Если вернуться к аналогии с ведром. Если оно наполнено электронами доверху — значит пиксель будет белый, то есть иметь 100% яркость. А если ведро наполнилось наполовину, то яркость будет 50%. Так, подсчитав сколько электронов высвободил каждый пиксель, мы можем составить изображение.
Но чтобы изображение получилось качественным, нам важны две вещи. Первая — чтобы объем ведра был большим, то есть оно были глубоким. Потому что иначе оно будет быстро переполняться, электроны полезут через край и вместо полезной информации мы получим просто засвеченный пиксель.
Также для нас важно, чтобы в ведро поступало много света. Потому как даже в самых лучших матрицах, ведра собирающие электроны, скажем так, не очень чистые. Там всегда есть довольно солидный осадок паразитных электронов, которые на фотографии проявляются в виде шума. Откуда он берется?
Во-первых, сама матрица по умолчанию немного шумит. Поэтому, даже если никакого света на матрицу не поступает, в наших ведрах всегда будет сколько-то электронов.
Во-вторых, свет может просто переотразиться и прилететь к вам с соседнего пикселя. Это называется перекрестный ток.
Поэтому в случае, когда мы фотографируем днём и наши ведра заполнены светом, мы можем легко отделить сигнал от шума. Просто потому что сигнала намного больше чем шума.
А когда мы фотографируем в темноте и фотонов поступает очень мало, отделить сигнал от шума становится очень сложно.
Исходя из сказанного выше, мы можем сделать достаточно простые выводы. Для того чтобы у нас получились классные фотографии нам нужно:
- Чтобы у пикселя была большая площадь. Тогда он сможет улавливать больше фотонов света.
- Чтобы у пикселя была большая емкость. Тогда он сможет удерживать больше электронов и это повысит динамический диапазон, то есть будут детали и в светах, и в тенях.
- Нам надо много пикселей, чтобы картинка была детализированной.
Как соблюсти все три условия? Ответ простой: нам нужна большая матрица с большими пикселями!
Но в смартфонах большую матрицу разместить невозможно, поэтому даже самые крупные матрицы в смартфонах проигрывают по размерам полнокадровым фотоаппаратом в десятки раз.
-
Galaxy S20 Ultra 108MP 0.8µm. 1/1.33″.
69.5mm²
Pixel 4, iPhone 11 12MP 1.4µm. 1/2.55″.
23.9mm².
Получается безоговорочная победа фотоаппаратов. Но почему же мы не видим в больших фотоаппаратах в десятки раз выше светочувствительность, в десятки раз меньше шума и выше динамический диапазон?
Квантовая эффективность
И вот тут начинается самое интересное. Как и в других сферах жизни, кроме размера есть масса иных важных факторов. И тут я имеею ввиду такую штуку как квантовая эффективность пикселя. Что это такое?
Дело в том, что фотодиоды не идеальны. По хорошему, на один поглощенный фотон должен высвобождаться один электрон. Но такое происходит далеко не всегда. Может быть ситуация, что прилетело 10 фотонов, а высвободилось всего 5 электронов. Это значит, что половину фотонов мы вообще никак не использовали и квантовая эффективность в этом случае равна 50%.
В современных полнокадровых беззеркальных камерах Sony, таких как A7S II, A7S III, A7R IV квантовая эффективность колеблется в районе 55-64%. И эти камеры считаются чемпионами по светочувительности и идеально подходят для съемки при низком освещении, астрофотографии и прочего. Владельцы Sony не дадут соврать — классные камеры. Примерно такая же ситуация с камерами Nikon.
Квантовая эффективность камер Nikon
60 процентов — звучит неплохо, да? Но по меркам смартфонов такая эффективность — это детский лепет.
Еще пару лет назад квантовая эффективность в смартфонах была 90-100%. А в новых сенсорах ISOCELL от Samsung она достигает 120%! Это значит, что на один поглощенный фотон свет высвобождается в среднем больше 1 электрона! WOW! Этот показатель в 2 раза выше чем современных полнокадровых камерах! То есть матрицы в смартфонах в 2 раза более эффективные!
Ёмкость
Но это только половина дела. Вы заметили, что в прошлом году разрешение камер смартфонов резко скакнуло вверх? Со стандартных 12 Мп до 48, 64 и даже 108 МП. При этом размер пикселей сильно уменьшился с 1,4 мкм (Sony IMX 363), которые до сих пор ставят в смартфоны Pixel, до 0.8 мкм (ISOCELL Bright HM1).
По идее уменьшение размера пикселя должно негативно отразиться на светочувствительности и на динамическом диапазоне. Но этого не произошло. Почему?
Дело в том, что несмотря на то что фотодиоды стали уже, они стали существенно выше и больше по своему объёму.
Поэтому, несмотря на уменьшение размера пикселя, емкость потенциальной ямы для каждого пикселя стала больше. Например, в последних сенсорах Samsung, которые стоят в Galaxy S20 и S21 ёмкость потенциальной ямы 6000 электронов.
А в режиме пиксель биннига, то есть объединения пикселей, емкость увеличивается до 12000 электронов. Для сравнения в больших камерах эта емкость колеблется в районе 25-30 тысяч электронов, то есть разница всего в 2 раза, а не в десятки раз.
Подробнее о том как работает пиксель биннинг мы рассказывали в ролике про 108 МП сенсор в Xiaomi Note 10, посмотрите.
При этом также сильно улучшилось соотношение сигнал/шум. Теперь каждый пиксель стал отгорожен стеной и это позволило избавиться от перекрестных помех.
Поэтому, несмотря на то, что пиксели технически становятся меньше, повышается их эффективность и емкость.
Алгоритмы
Но ключевой козырь мобильной фотографии — это конечно умные алгоритмы.
Google со линейкой своих смартфонов показал, что только за счёт совершенствования своего алгоритма HDR+ они могут из года в год уделывать всех конкурентов даже не меняя сенсор, они используют Sony IMX363, уже три года поряд.
Но в чём суть магии алгоритмов?
Алгоритмы типа HDR+ работают по принципу image stacking, то есть очень быстро делается несколько снимков и склеиваются в один.
За счёт этого получается сильно уменьшить количество шума, просто потому что значения шума усредняются, а также добиться потрясающего динамического диапазона. Благодаря этому преимущество в ёмкости потенциальной ямы у больших сенсоров практически полностью нивелируется.
К примеру, делая фотографию на Google Pixel в режиме Super Res Zoom склеиваются 15 снимков. Это позволяет добиться уровня шума эквивалентного матрице формата APS-C, то есть существенно большего размера.
А в режиме ночной съёмки, при склеивании 9-15 снимков с выдержкой ¼ секунды, мы получаем эквивалент 5-секундной выдержки с большого фотоаппарата. Но при этом на телефон мы снимаем с рук и ничего не смазывается. А на фотоаппарат такие снимки можно сделать только со штатива.
И это только малая часть технологий, которые сейчас применяются в смартфонах. Подробнее о вычислительной фотографии мы говорили в других материалах.
Почему в фотоаппаратах такого нет?
Всё понятно. Технологии в смартфонах продвинулись очень далеко. Но что мешает производителям добавить все эти технологии в большие фотоаппараты?
Например, та же Sony делает матрицы и для смартфонов, и для своих камер. Так в чем проблема? И тут есть несколько причин.
Во-первых, рынок смартфонов существенно более конкурентный и динамичный, чем рынок профессиональных камер. Тут сильно больше игроков, а смартфоны меняют гораздо чаще, чем камеры. Тут инновации происходят каждый год. Ну почти… А в больших фотокамерах, дай бог, раз в пять лет что-то новое покажут. И скорее всего, частично это будут те технологии, которые уже обкатали на смартфонах.
На рынке смартфонов всегда одновременно соревнуется несколько сенсоров, которые по-разному, с точки зрения софта, воплощает несколько компаний. Поэтому все инновации сначала подпадают в смартфоны, а уже потом в профессиональные камеры.
А во-вторых, вы не поверите, но к камерам смартфонов существенно более высокие требования. Потому как большие камеры покупают профессионалы, которые знают и привыкли возиться с постобработкой. А типичный юзер смартфона любит, чтобы нажал кнопку — и шедевр! Поэтому камеры смартфонов, со своими маленькими сенсорами и горе-фотографом просто нуждаются в инновациях. А продвинутые фотокамеры нет.
Итоги
Конечно, я не хочу сказать, что телефоны снимают лучше, чем фотоаппараты. Конечно это не так…
Какими бы ни были инновационными и эффективными матрицы в смартфонах, всё равно света на матрицу будет поступать очень мало, потому как в просто невозможно в смартфон установить большой сенсор и светосильный объектив. Поэтому более профессиональные камеры никуда не денуться. Им всегда найдется применение. Как и мобильным камерам, ведь большой фотик в карман не положишь. Камеры смартфонов очень хороши, но фотоаппараты все равно лучше. Особенно для профи. И про это у нас будет отдельное видео. Не пропустите.
Краткая история камер в телефонах (статья плюс ролик)
А вы знаете, что первый телефон с камерой вышел на рынок в далеком 1999-м году? Назывался Kyocera VP-210. Причем, камера у него была фронтальная и только для видеофонии. Разумеется, сделали это чудо японцы.
За следующие восемнадцать лет камеры в мобильных телефонах превратились из детских игрушек в прекрасный инструмент, и продолжают развиваться. Я хочу проследить путь развития средств мобильной фотографии и видеосъемки, и провести промежуточный итог под конец этого года.
Краткая история камер в телефонах
В 2000-м году Самсунг выпустил телефон SCH-V200, у которого была тыльная камера для фото, и который обычно лишают звания первого камерофона, потому что софт камеры никак не взаимодействовал с софтом телефона, и фотографии можно было получить только подключившись к компьютеру. По сути, это два устройства с одним экраном. Камера там была совершенно трогательная по сегодняшним меркам. Разрешением 0,11 мегапикселя и соответствующим качеством картинки.
В том же 2000-м вышел Sharp J-SH04, который как раз носит звание первого полноценного телефона с камерой. Сенсор, в принципе, аналогичный. Да и что там еще надо, когда экран малюсенький и выводит всего 256 цветов.
За следующие четыре года камеры в телефонах стали более-менее привычным делом. В процессе появлялись интересные решения, вроде Сиеменса C60 или Эриксона T68i, к которым камеру можно было докупить и присоединять. В целом, это время зарождения функции, когда компании друг за другом выпускали модели с камерами в качестве одной из фишек. Фотографией там и не пахло.
Разрешение выросло до 0,3 мегапикселя. Это классическая цифра, которую до сих пор можно встретить на некоторых копеечных вебкамерах. Означает она, что камера выдает кадр разрешением 640×480 пикселей. Часто этот формат называли VGA, что больше маркетинговое упрощение, чем действительное соответствие стандарту.
Подобные сенсоры были, например, у популярных телефонов Сиеменс 65-й серии. Они же умели записывать 30-секундные ролики с разрешением 176×132 в меметичном формате 3gp с сильной компрессией и монозвуком.
Я лично держал в руках в те годы цифровую камеру размером с современные ультразумы, у которой был сенсор на 0,3 мегапикселя. На плохоньком экранчике, можно было примерно предпросмотреть нечто темное и мутное с частотой не больше одного кадра в секунду.
Плюс-минус, флагманские телефоны показывали равно несерьезные возможности фотографии. Хотя в быту что-то сфоткать вполне было можно. Начали появляться вспышки рядом с камерами, и они даже немного вспыхивали. Кое-кто даже печатал такие фотографии, хотя разрешение выдавало квадраты даже в 9×12.
Sony Ericsson K700, Siemens CX-65, Motorola Razr V3 — это все из той эпохи, 2004-й.
Следующий этап: сенсоры 1,3 мегапикселя. Это 1280×1024 точки (иногда 1280×960 или еще какой-нибудь экзотический вариант), что, в принципе, перекрывает стандарт HD. Правда, когда появились телефоны с такими сенсорами, их производительность и близко не позволяла писать видео в хорошем разрешении. Да и качество сенсоров и оптики было таким, что адекватных 30-ти кадров в секунду получить не получилось бы даже при хорошем освещении: выдержку автоматика вынуждена была выставлять в пятую часть секунды, чтобы картинка не была совсем темной. Тем не менее, телефоны того поколения обычно умели писать видео 176×144 или даже 320×240. Фотографии были плохими, компрессия джипега очень сильной, а цветопередача даже в ясный день не позволяла сфотографировать клумбу так, чтобы цветы не превратились из чего-то цветастого в нечто грязненькое.
Но в том же 2005-м вышел знаменитый Сони Эриксон K750i, у которого был уже автофокус, 2-мегапиксельный сенсор, и разрешение снимка чуть повыше: 1632×1224. Критики тогда хвалили камеру, и она действительно была лучшей среди телефонов, но это все еще не было достаточным уровнем, чтобы обратить на себя внимание фотографов.
2006-й год — это рост мегапикселей, массовое появление автофокуса в телефонах и, в принципе, все. Камерофоны начали формировать отдельный и, как после окажется, мертвый подкласс.
Вышла Нокия N93 с пятимегапиксельным сенсором, трехкратным оптический зумом и оптической стабилизацией. Аппарат делали с упором на видеосъемку: 480p, взрослые кодеки H.263 и H.264. Кстати, уже тогда Нокия имели оптику от Карла Цейса.
2007-й год — то же самое по камерам. Тихонько растем. Да и какой может быть упор на фото-функции, когда выходит Айфон и переворачивает игру. У самого Айфона была вполне скромная камера на 2 мегапикселя и телефон не предлагал даже возможности снять видео.
Зато все чаще в софте камер появляются всякие умные штуки, типа распознавания лиц и улыбок.
В 2008-м те модели, в которых упор был на камеру, начали походить на мини-мыльницы с большими экранами. Стандартное разрешение сенсоров колебалось от 3,2 до 5 мегапикселей. Качество снимков начало приближаться к мыльницам, а видео в 480p перестало быть чем-то удивительным.
Под конец года даже вышел LG KC910 с 8-мегапиксельной камерой! А это значит, что разрешение снимков доросло до нестыдных 3264×2448.
В 2009-м вышел камерофон Самсунг PIXON12 с 12-мегапиксельным сенсором, что уже спорило с мыльницами по разрешению.
А новый Айфон 3gs научился снимать видео и делал это в 480p.
В то же время начали появляться беззеркалки, но широкая аудитория о них тогда ничего не слышала.
Вот где-то с этого времени, может, годом позже, начинается вытеснение мыльниц с рынка.
В 2010-м четвертый Айфон научился писать видео в HD и получил знаменитый экран-ретину. Вышел Самсунг Galaxy S со все той же видеосъемкой в HD. Флагманы начали иметь объем памяти по восемь гигабайт, и многие позволяли ее расширить, докупив карточку памяти. Вся фотоколлекция могла быть под рукой.
Следующие несколько лет камеры становились все лучше и лучше, а смысла в покупке отдельного фотоаппарата все меньше и меньше. Все хвастались мегапикселями, но и, помимо растущего разрешения, качественный рост был.
В телефоны начали ставить сенсоры с обратной засветкой, которые принимали больше света и в результате меньше шумели. Оптика становилась все лучше.
Правда, отказ от отдельных камер лишил пользователей, например, оптического зума.
В 2011-м году четвертый Айфон стал самой популярной камерой на Фликере, и с тех пор фраза «Айфон — самая популярная камера» стала техномемом и заслужила немало аплодисментов на презентациях Эппл.
С этого момента производители компактных камер всерьез ощутили необходимость предлагать что-то новое, потому что веселые крики о десятках мегапикселей перестали работать: у Айфона их было всего пять.
В 2012-м вышла 808-я Нокия. Толстенькая, на устаревшей операционке Симбиан, но с удивительным сенсором в 41 мегапиксель. До сих пор это количественный рекорд в мобильных камерах. Можно было немножко заморочиться и получить снимок разрешением 7728×5368 пикселей.
Новые тренды в мобильных камерах снова установила Эппл. В 2013-м Фил Шиллер представил 5s и распиарил функции авто-HDR и возможность снимать видео с частотой 120 кадров в секунду.
А LG вместе с Гуглом выпустили Nexus 5, силуэт которого до сих часто можно видеть вокруг демо-скриншотов андроид-приложений. Нам же важно, что в нем снова был качественно реализован режим HDR+, который позволил софтовым путем расширить динамический диапазон мобильной камеры.
Нокия, уже в рамках своей долгой попытки быть на рынке смартфонов с операционкой Windows Phone, выпустила Люмию 1020 со все тем же 41 мегапикселем. Рекламная компания напирала на возможности камеры, которая была еще улучшена после 808-й модели. Говорили, что такой сенсор полезен, даже если не нужно безумное разрешение: сведение нескольких пикселей в один позволяет уменьшить шумность итоговой фотографии.
Еще к этому времени телефоны, снимающие видео в FullHD, стали нормальным явлением.
Селфи, о которых до этого мало кто слышал, стали самым популярным жанром бытовой фотографии. Ответственность за это лежит на хороших камерах в телефонах пополам с социальными сетями.
И тогда уже окончательно стало понятно, что сегмент бытовых фотоаппаратов окончательно исчез как самостоятельное явление. И тем интереснее пронаблюдать развитие мобильных камер и связанных с этим инженерных решений.
Понятно, что конкурировать с большими фотоаппаратами в железной части не получится, когда ты вынужден впихивать модуль камеры в тоненький корпус телефона, который и без того плотно заполнен комплектующими.
Но кое-какие базовые преимущества такая камера получает даже в сравнении с профессиональными решениями. Например, лучшие мобильные процессоры поколения, лучшую производительность среди мобильных устройств, кучу сопутствующих датчиков — а мы сейчас говорим о флагманских устройствах — получают именно смартфоны. Или огромную базу пользователей с доступом в интернет (что важно, когда речь идет о разных самообучающихся алгоритмах обработки).
Тем не менее, эти преимущества еще надо правильно использовать. И — если принять смерть рынка цифромыльниц за аргумент — компаниям, производящим телефоны, правильно использовать их удалось. И основная причина успеха — софт.
Именно софтовые решения позволяют дотянуть уровень картинки, получаемой с маленького сенсора через не в пример более простую оптику, до такого, каким не стыдно похвастаться на презентации очередной модели телефона.
До такого уровня, когда на Ютубе появляется все больше роликов со сравнениями фото-возможностей телефонов и зеркалок, в которых первые не проваливают тесты с треском.
Да, с ограничениями, да, в определенных условиях, но уже несколько лет мы можем получать хорошие снимки на телефон. Например, на встрече, которую мы делали с подписчиками еще в 2016-м, кроме кряканья уточек, можно было услышать историю, как профессионал отдает клиентам фотографии, среди которых есть несколько, снятых на шестой еще Айфон, и никто не замечает отличий.
Сегодня все стало еще лучше. Авто-HDR, помогающий побороть скромный динамический диапазон сенсора; умное размытие фона на основе карты глубины, созданной с помощью второй камеры, или с помощью все более умнеющих нейросетей; оптический зум, реализованный все тем же вторым модулем; самые передовые экраны на рынке, позволяющие сразу видеть фотографию в высоком разрешении и с отличной цветопередачей.
Еще интереснее дело обстоит с видеосъемкой. 60, 120, 240 и даже рекордные безумные 960 кадров в секунду в смартфоне Сони, пусть даже он это делает недолго и всего в 720p. Все более продвинутые системы стабилизации, как оптической, так и на цифровой. Неудивительно, что видеоблогеры нередко в поездки отправляются без камер, даже без Гоупро, предпочитая телефон с повербанкой.
Интересно, кстати, приведет ли такая техническая доступность получить хорошую видеозапись к массовому появлению графоманов от кинематографа, или возникнут новые форматы видеотворчества.
В сухом остатке: снимают сегодняшние телефоны хорошо, но с оговорками. Профессионалу явно будет тесно снимать в условиях ограничений мобильной фотосъемки. Но и профессионал должен оценить ту пользу, что оказало развитие мобильных камер на рынок цифрового фото в целом.
Кроме новых софтовых разработок, именно смерть рынка цифровых мыльниц заставила производителей второго эшелона взбодриться и начать предлагать компактные камеры классом повыше.
Ну и как же не закончить расхожей банальностью: лучшая камера — это та, которая у тебя с собой. А смартфон у нас с собой всегда.
Ролик
В формате статьи эту историю камер в телефонах я подготовил для Гиктаймс, но изначально мы делали ролик, который оставил ниже. В нем закадровый текст с историческими и техническими иллюстрациями.
Вся правда о мегапикселях. Сколько их должно быть в камере смартфона
С тех пор, как камера в смартфонах стала важнее функции звонков, производители предлагают пользователям все больше мегапикселей. Давайте разбираться, так ли уж важны мегапиксели для качества фото. Нужно ли камере смартфона 48, 64 или даже 108 мегапикселей? И если да, то почему в камерах iPhone всего 12 МП, а фото получше конкурентов?
“Мегапиксельные войны”, одно время казалось, что угасли. Но вот Xiaomi выпускает смартфон с камерой 64 Мп. А другие производители обещают “дикие” 108 Мп в камерах смартфонов 2020 года.
Что такое мегапиксели?
Термин “мегапиксели” относится к разрешению или деталям изображения, снятого камерой. Это количество отдельных пикселей, из которых состоит фото. Мега – это префикс, который означает “миллион”. Таким образом, матрица камеры с разрешением 24 Мп, состоит из 24 миллионов пикселей. Поразительное число!
Пиксель – это очень маленькая точка, содержащая визуальные данные. Многие из этих пикселей, размещенных в непосредственной близости друг от друга, составляют конечное изображение. Чем больше пикселей у вас есть, тем более детальным будет ваше изображение. Поэтому, в теории, фотографии камеры с разрешением в 20 мегапикселей могут выглядеть лучше, чем с камеры в 12 мегапикселей.
Значит, чем больше мегапикселей, тем лучше качество изображения?
Нет. По крайней мере, не полностью. Есть и другие характеристики камеры смартфона, которые непосредственно влияют на качество изображения. Например тип сенсора, размер пикселя и апертура.
Гонка за мегапикселями, кстати, началась не в смартфонах. Моду на них задали цифровые фотоаппараты. Потребители зацикливались на идее, что большее количество мегапикселей означает лучшее качество снимков. И с фотоаппаратами это работало. Ведь они не всегда гнались за миниатюризацией. А значит, большее количество мегапикселей не означало уменьшение размера отдельного пикселя.
Большой сенсор камеры цифрового фотоаппарата, как правило, означает большее разрешение (количество тех самых мегапикселей). Все потому, что вы можете поместить больше пикселей. Большие сенсоры фотоаппаратов также лучше работают в условиях низкой освещенности с меньшим количеством цифрового шума.
Подобно тому, как большое ведро может улавливать больше воды под дождем, большие пиксели способны улавливать больше света. Чем больше света может улавливать датчик с большими пикселями, тем лучше камера работает в условиях низкой освещенности.
Почему в камерах смартфонов большее количество мегапикселей не значит лучшее качество?
Если вы заметили, в смартфонах растет количество мегапикселей, а вот сами камеры остаются примерно тех же размеров. Вот и получается, что производители, чтобы вместить больше мегапикселей на той же площади, уменьшают размер пикселя! Таким образом, вместо 12 миллионов больших пикселей (12 Мп) на матрице размером 1/2,55 дюйма, вы получите 20 миллионов (20 Мп) маленьких пикселей на матрице того же размера.
И 12-мегапиксельная камера, в итоге, может делать снимки лучше, чем 20-мегапиксельная камера. Ведь ее большие пиксели ловят больше света!
Роб Лейтон (Rob Layton), преподающий мобильную журналистику и профессиональную фотосъемку на мобильные в Университете Бонда на Золотом Побережье (Bond University on the Gold Coast, Австралия) в этой теме разбирается! “На самом деле, когда речь заходит о соотношении между количеством мегапикселей смартфона и качеством изображения, это вопрос качества, а не количества”, – сказал профессор.
“Старый маркетинг подпитывает миф о том, что чем больше мегапикселей в камере смартфона, тем лучше качество изображения. Но это не всегда так… Размеры сенсора, обработка изображения, вычисления в нейронных сетях и машинное обучение, – все это гораздо более критично для современных фото,” – говорит мистер Лейтон. – “Сенсоры, которые больше, будут давать изображения лучшего качества, чем камеры с большим количеством пикселей, меньшего размера и не способных поглощать столько света”.
Так сколько же мегапикселей достаточно для смартфона?
Это похоже на вопрос, сколько кирпичей достаточно, чтобы построить дом. Это зависит от размера дома, размера кирпича и дизайна дома, который вы строите.
То же самое касается и мегапикселей в камерах смартфонов. Все зависит от размера сенсора (дома), размера пикселей (кирпичей) и того, что производитель хочет для камеры (дизайн).
Например, если компания, производящая смартфоны, решит, что хотела бы, чтобы камера больше фокусировалась на светочувствительности, чем на изображениях сверхвысокого разрешения, то на их сенсоре будет меньше пикселей. При этом сами пиксели будут большего размера.
Другими словами, если сравнивать два смартфона с камерами одинаковой площади, то телефон с 12-мегапиксельной камерой мог бы иметь лучшую светочувствительность. И, следовательно, более яркие фотографии с меньшим шумом, чем у камеры с 20-мегапиксельной камерой. В то же время, 20-мегапиксельная камера будет иметь более детальную картинку, хотя, возможно, несколько более шумную.
Количество мегапикселей, которое можно считать достаточным, в действительности зависит от вас и от того, что вы хотите сделать со своими фотографиями. Хотите очень высокую детальность при увеличении, чтобы распечатать плакат, гонитесь за мегапикселями. Но не забывайте, что вы будете зависеть от условий съемки, освещенности и т.п.. А если вам нужна камера, которая отлично снимает и в сумерках, и днем, и ночью – смотрите на камеры около 12Мп, как на айфонах.
Если честно, смартфонам не нужно иметь 40 и более мегапикселей. Даже 20 Мп – это много.
Зачем смартфонам дополнительные камеры и сколько у них должно быть мегапикселей?
Возьмем, к примеру, Huawei P30 Pro. Существует огромная разница в мегапикселях между тремя задними камерами. Основная камера может похвастаться разрешением 40 мегапикселей, в то время как ультраширокороткоугольная камера имеет только 20 мегапикселей. У третьей камеры всего 8 мегапикселей. Все дело в том, что дополнительные камеры решают другие проблемы. Их важная характеристика – не разрешение, а апертура, объектив и т.п.
Что лучше – камера смартфона или цифровой фотокамеры?
Обычная цифровая камера с разрешением 24 Мп будет снимать фотографии лучшего качества, чем любой смартфон с таким же разрешением. Почему? В основном из-за заметно большего сенсора камеры. Просто положите рядом фотоаппарат и смартфон и сравните диаметр объективов!
Типичный полнокадровый сенсор DSLR имеет размер 36 мм х 24 мм. В то время как у среднего сенсора смартфона размеры около 5,5 мм х 4 мм в зависимости от производителя. Это означает, что полнокадровый сенсор цифровой камеры имеет площадь, которая примерно в 40 раз больше, чем у датчика смартфона.
Как уже упоминалось ранее, более крупные пиксели улавливают больше света. И поэтому могут давать лучшие результаты, чем маленькие пиксели.
Так неужели мегапиксели не имеют значение?
Количество мегапикселей в вашем смартфоне имеет значение. Однако мегапиксели – это не единственная характеристика камеры. Помните, что такие вещи, как размер сенсора и размер пикселей не менее важны. А еще компании придумали технологию, когда 48-мегапиксельная камера ведет себя как 12-мегапиксельная. Прочитайте ниже, для примера, как Sony создала один из самых популярных сенсоров для смартфонов IMX586 с разрешением 48 Мп.
48 Мп камера в смартфоне – победа количества над качеством
Наиболее часто используемым в смартфонах 48-мегапиксельным сенсором на сегодняшний день является Sony IMX586, представленный в июле 2018 года. Компания Sony признает наличие проблем.
“Как правило, миниатюризация пикселей приводит к низкой эффективности сбора света на пиксель, что сопровождается падением чувствительности и объема сигнала насыщения”, – говорят в японской компании.
Далее компания объясняет, как она справляется с этими присущими мобильным камерам проблемами. 8-миллиметровый сенсор содержит пиксели размером всего 0,8 микрона, но в условиях низкой освещенности четыре окружающих пикселя добавляются для создания пикселя размером 1,6 микрона, который получает, в итоге, больше света. В результате получается яркий 12-мегапиксельный снимок без шума. Специальная технология обработки сигнала внутри датчика увеличивает динамический диапазон для 48-мегапиксельных снимков в течение дня.
Расположение камеры в смартфоне и особенности съемки
И ничего, что было неудобно и не помещалась в карман. Зато это было так круто иметь возможность всегда быть на связи. Но довольно-таки быстро габариты телефонов стали уменьшаться, а сами они стали постепенно приобретать новые функции. Если первые телефоны принимали только голосовые сообщения и СМС, то постепенно в них появились игры. Затем новое чудо – интернет WAP.
И вот тогда многие уткнулись в свои, тогда еще маленькие, экраны телефонов. И не сразу эти экраны стали цветными. Многие помнят еще зеленые, синие экранчики. Затем пришло поколение цветных дисплеев. Пускай еще с малым разрешением, но зато не унылое зеленое поле.
С развитием сети покрытия повсюду телефон перестал быть роскошью, а стал необходимым девайсом, который есть всегда с собой у каждого. А если он стал таким массовым, то производители стали стараться поместить в них как можно больше функций. Так постепенно телефон перерос в новое поколение – смартфоны. Они стали оснащаться новыми программами, которые были призваны существенно облегчить жизнь их владельца.
И, конечно же, неизменной приметой хорошего телефона и смартфона стало наличие на борту цифровой камеры.
Так что же лучше – фотоаппарат или смартфон?
В связи с тем, что производители постоянно повышают качество снимков, сделанных с помощью смартфона, многие пользователи отдают предпочтение именно им. Зачем носить с собой цифровую камеру, пусть даже и компактную, если в итоге разницу в качестве снимков может увидеть только дотошный профессионал – фотограф?
Если взять, к примеру, такую модель российского бренда смартфона Highscreen Hercules, то помимо таких характеристик, как:
- Отличная 5 МП камера со вспышкой для селфи
- Четкий 5 дюймовый FullHD-экран
- Изготовлен из легкого и прочного поликарбоната. Благодаря этому смартфон отлично лежит в руке и им удобно пользоваться в любой ситуации.
- Два микрофона, две SIM-карты
- Мощный восьмиядерный процессор 2ГГц (тянет все игры и приложения)
- Легкий вес — всего 130 г.
он обладает еще и цифровой камерой в 13 МП. Фотографии получаются значительно лучше!
Понятно, что наличие на «борту» смартфона хорошей камеры, совсем не означает, что автоматически будут получаться идеальные снимки.
Главное отличие камер смартфона и цифровой камеры – размеры матрицы. Это и понятно – мобильный гаджет несет в себе, помимо фотоаппарата, еще много других полезных функций. И из-за маленьких размеров сенсора на фотоизображении возникают «шумы», которые сильно портят картинку. Естественно производители смартфонов находят методы борьбы с «шумом» при помощи программного управления. Но пока полностью решить проблему не удается.
Но по категории – разрешение матрицы, продвинутые модели смартфонов уже догнали обычные «мыльницы». Уже не вызывают удивления смартфоны, камеры которых перешагнули рубеж 10 мегапикселей. Многие модели смартфонов оснащаются встроенной вспышкой и системой стабилизации изображения.
Но все-таки в условиях слабой освещенности качество изображения на смартфонах сильно проигрывает «мыльницам». Причина – небольшие размеры сенсора.
И если нельзя догнать по качеству оптику цифровых камер, то применяя некоторые особенности съемки на смартфон, фотографии можно сделать вполне конкурентоспособными.
Особенности съемки на камеру смартфона
1. Правильно сориентируемый кадр улучшает композицию
При кадрировании главного объекта надо стараться разместить его так, чтобы второстепенные детали оказались за рамками кадра.
2. Композиция съемки
Для получения хорошего и удачного кадра не забывайте о линиях в кадре, можно мысленно представлять вертикальные и горизонтальные линии для правильного расположения объекта в кадре. Это называется «правило третей».
3. Задний план тоже имеет значение
Представьте себе, что снимается портрет, а на заднем плане проходит группа людей. Лучше подождать немного, когда группа людей выйдет из кадра и только потом сделать снимок. И совсем не будет украшать фотографию, если потом вы увидите торчащий из головы столб.
4. Не увлекайтесь вспышкой
Вспышка полезна в тот момент, когда для снимка не хватает освещения. Но делать это нужно осторожно, чтобы не засветить объекты. Лучше изменить время экспозиции в настройках.
Результат использования вспышки в ненужном моменте
5. Дистанцию, с которой снимается кадр нужно правильно подобрать
Сколько раз уже писалось и говорилось о «селфи» не пересчитать. Ну не получаются хорошими кадры, сделанные с вытянутой руки. Смарткамера сильно искажает и в результате или улыбка растянута, или лицо вытянуто. Есть же функция «автоспуск». Выставить задержку на 5 или 10 сек. и получится вполне приличный автопортрет.
6. Цифровой зум не добавляет качества
Пользоваться цифровым приближением только в редких случаях. Необходимо твердо запомнить – цифровое увеличение не приближает объект, а только растягивает пиксели программными средствами уже сделанного изображения. А это приводит к тому, что изображение будет испорчено.
Без использования зума
7. Мало света не бывает
Фотографии получаются достаточно хорошего качества в условиях с достаточной освещенностью. Хотя мы и говорим о том, что камеры смартфонов приближаются по качеству к цифровым фотоаппаратам, но все-таки не надо забывать – матрицы у них разные. Если в сумерках фотоаппарат еще может делать достаточно хорошие кадры, то снимки с камеры смартфона будут обладать посторонними «шумами». Особенно это заметно в сумеречное время, когда вспышка еще не эффективна.
8. Крепко держать камеру это еще не все
Если при съемке ночных или вечерних объектов цифровые камеры могут воспользоваться штативом, и при этом выставлять сколь угодно большую выдержку, то смартфоны этого лишены. Есть ли выход? Все просто – для смартфона надо устроить тоже наподобие поддержки от опрокидывания и делать снимки с автоспуска. Конечно, это не профессионально, но при желании вполне осуществимо.
9. Не шевелитесь
Чтобы избежать размытости и смазанности снимка на выходе, рекомендуется крепче держать смартфон в руках или использовать ровную поверхность для придания четкости изображению. Существуют некоторые приложения, позволяющие задействовать встроенный акселерометр. Он позволяет сделать снимок в тот момент, когда смартфон находится в наиболее устойчивом положении.
10. Портрет на фоне снега
В солнечный день сделать портрет в снежных горах очень заманчиво. Горы сами по себе красивы. Но надо помнить, что отраженный свет от снега способен «засветить» кадр и вместо человека на снимке может оказаться только его силуэт.
Лица хорошо видны
Заключение
Таким образом из нашего краткого обзора становится понятно, что ничего сложного нет и правила съемки достаточно просты и понятны. Нет, конечно, никто не будет спорить о преимуществах профессионального фотоаппарата перед камерой смартфона. Но при достаточных навыках, при фотосъемке на камеру смартфона, могут получаться вполне достойные снимки. Основа для хорошего снимка и успех для фотографа кроется в умении находить интересные моменты. Простота и обыденность тоже может быть уникальна, главное увидеть в этом что-то удивительное и необычное.
Что такое двухмодульная камера в смартфоне
Просматривая характеристики гаджетов в интернет-магазине, далеко не каждый способен ответить, что такое двухмодульная камера и чем она так хороша.
Однако те, кто внимательно следит за появлением новых моделей, уже обратили внимание на то, что, начиная с 2016 года, она стала трендом топовых смартфонов крупных компаний.
Для чего может понадобиться два модуля
Первые подобные устройства появились более 5 лет назад, и с тех пор роль второго сенсора постоянно менялась. Вот только некоторые задачи, для которых пытались приспособить такое конструкторское решение:
- съемка 3D фотоснимков и видеороликов;
- компенсация плохого освещения;
- повышение четкости изображения;
- оптический зум;
- портретная фотосъемка с размытием фона;
- расширение поля зрения.
В зависимости от того, на что делали упор разработчики, в разное время использовались соответствующие конструкции объективов.
Для 3D съемки, мода на которую появилась в начале десятых, использовался блок с двумя идентичными сенсорами, каждый из которых имел собственное поле зрения, подобно человеческим глазам.
Впоследствии при использовании специальных очков или 3D монитора создавался стереоэффект. Технология не прижилась, и сегодня о ней мало кто вспоминает.
Чуть позже появились модели с дополнительным монохромным сенсором. Такие камеры позволяют существенно увеличить резкость снимка и улучшить его качество при отсутствии достаточного количества света за счет увеличения детализации и снижения уровня шумов.
Изначально монохромные сенсоры имели существенно более низкое разрешение, чем основные, но в настоящее время подобное решение если и встречается, то только с камерами идентичной «пиксельности».
Но настоящий бум двухмодульных камер начался, когда разработчики начали экспериментировать с шириной угла объектива и фокусным расстоянием. Вместе с программной обработкой полученных изображений это дало великолепные результаты.
Если раньше зумирование осуществлялось исключительно цифровыми методами, то теперь появилась возможность пользоваться оптическим зумом. Кроме того, была решена проблема с панорамной фотосъемкой.
А что в айфонах?
Во многих отношениях гаджеты компании Apple являются законодателями мод и драйверами прогрессивных технологий.
Не всегда, но очень часто использованные в них спорные новинки впоследствии становились обязательным атрибутом большинства моделей других производителей.
Первой моделью «яблочного» гаджета, в котором появился двойной модуль, стал iPhone 7Plus, и отказываться от него в последующих версиях разработчики не стали.
А значит, можно считать, что в ближайшие годы этот тренд сохранится.
