Ликбез по мобильному железу: фотокамеры

Ликбез по мобильному железу: фотокамеры

Последние несколько лет мы наблюдали за тем, как смартфоны вытесняли мобильные мп3-плееры. Нечто схожее происходит и с компактными цифровыми фотокамерами (в народе “мыльницами”). Все чаще в быту мы используем камеру смартфона вместо цифрокомпакта. И не мудрено – качество фотографий сделанных на бюджетный цифрокомпакт в большинстве случаев не отличается от качества фотографий, полученных с помощью мобильного телефона среднего и высокого ценовых диапазонов. Сегодняшний ликбез посвящен смартфонным камерам.

Доминировать в популярной фотографии смартфонам не позволяют законы физики. Чтобы понять эту мысль, мы с вами рассмотрим основные принципы цифровой фотографии. В традиционной фотографии система линз фокусирует на светочувствительной пластине или пленке свет, отраженный от объекта фотографии. Под действием света фотопленка меняет свои физико-химические свойства, проявляя контуры данного объекта. Принцип этот не меняется уже два столетия, а первая фотография была сделана в 1826 году, на ней запечатлен вид из окна (рисунок 1):

View_from_the_Window_at_Le_Gras_Joseph_Nic--phore_Ni--pce-560x389

Рисунок 1. Первая в мире фотография: Вид из окна, 1826

В цифровом фотоаппарате вместо светочувствительной пленки используются цифровая светочувствительная матрица. Матрица состоит из пикселей. Например, надпись 5Мп означает, что матрица состоит из ~5 000 000 пикселей, что позволяет сделать фотографию с разрешением 1936*2592 пикселя (при соотношении сторон 3/4). Каждый пиксель состоит из субпикселей – фотодиодов, прикрытых цветовыми фильтрами и способных воспринимать определенный цвет, в RGB матрице это зеленый, синий и красный цвет. Процессор обрабатывает данные от трех субпикселей и выдает итоговый оттенок цвета, записывая информацию о нем в файл изображения (часто формата JPEG). Продвинутые камеры считывают данные от всех субпикселей каждого цвета и практически без обработки записывают их в специальный файл изображения (часто формата RAW).

Бóльшая по площади светочувствительная матрица собирает за единицу времени больше света. Чем больше света соберет матрица, тем четче и правдивей будет изображение на выходе при прочих равных условиях. В мобильных устройствах используются очень маленькие матрицы. Качество фотографий получаемых при помощи смартфона почти всегда хуже, чем у цифрокомпактов и более продвинутых фотоаппаратов (рисунок 2). Особенно эта разница заметна в условиях плохого освещения.

DC_SensorsSizes-560x376

Рисунок 2. Сравнение размеров матриц в цифровых фотоаппаратах

Кроме того, часто имеет значение отношение физического размера матрицы к ее разрешению. Любое устройство при передаче или обработке сигнала вносит искажения в этот сигнал, т.е. “шумит”. На фотографиях это проявляется в виде точек разных цветов, чаще зеленых. Чем меньше пиксель, тем хуже отношение сигнал-шум.

И все же качество цифровой фотографии зависит не только от размеров фотомодуля. Большое значение имеет технология изготовления матрицы и оптимизация алгоритмов обработки сигнала от матрицы. Наиболее распиариным за последние пару лет новшеством стала так называемая технология обратной засветки (backside illumination – BSI).

02-560x285

Рисунок 3. Схема технологии обратной засветки

Схематично принцип технологии изображен на рисунке 3. Проводящий слой в матрице с обратной засветкой расположен под слоем светодиодов, а не над ним, как в обычных матрицах, что значительно увеличивает светочувствительность фотомодуля.

Широкому покупателю приелась гонка мегапикселей, и производители, рекламируя свои смартфоны, стали оперировать другими показателями. Все чаще говорят о диафрагменном числе – относительном размере диафрагмы объектива. Чем меньше число, тем больше света пропускает объектив. Стандартное значение для большинства фотомодулей в мобильных телефонах равно f/2.8. В современных флагманских моделях может доходить до f/2.4 и даже f/2.0.

В бюджетных моделях устанавливаются модули с худшими характеристиками, и дело не только в разрешении. Зачастую в дешевых модулях отсутствует автофокус. Это значит, что система линз на заводе настроена на фокус “бесконечность”. При съемке такой камерой объекты будут в фокусе на расстоянии более двух метров, ни о какой съемке текста и, тем более макросъемке, не может быть и речи.

В некоторых случаях в миниатюрный модуль камеры смартфона производители умудряются впихнуть систему оптической стабилизации. Ярким примером может послужить камера в Nokia Lumia 920. Система стабилизации позволила увеличить экспозицию при съемке в условиях плохого освещения. Снимки в темноте действительно выглядят разборчивее, в остальном же камера Lumia 920 снимает на уровне других флагманов и чутка отстает от лидеров рынка.

Nokia-808-cameraphone

Лучшей по большинству параметров камерой в мобильном телефоне многие до сих пор считают камеру в Nokia 808 PUREVIEW. Чудес тут нет. Дело в том, что матрица в 808 имеет размер 1/1.2″, что значительно больше, чем в большинстве других смартфонов. В совокупности с большим опытом инженеров Nokia в области алгоритмов постобработки это дало отличный результат.

Модули камер для смартфонов и планшетов производят несколько компаний, среди которых: Samsung, Sony, Sharp, NEC и др. Чаще остальных в прессе упоминается Sony со своей серией Exmor. Современные модели датчиков Exmor R и Exmor RS с разрешением на 8 и 13 мегапикселей установлено в большинство флагманских смартфонов 2012 и 2013 годов.

Рубрика: Ликбез