Зачем смартфону много камер
Содержание
Содержание
В сентябре 2016 года мир увидел iPhone 7 plus со сдвоенной камерой — возможно, не первый, но наиболее известный двухкамерный смартфон того времени. С того момента многие узнали, что в смартфоне может быть не одна фронтальная камера. Сегодня, похоже, двух уже недостаточно: производители выпускают модели с тремя-четырьмя камерами, и это считается нормальным. Попробуем разобраться, почему смартфон с одной камерой уже не в тренде.
Ха-ха, одноглазый!
Одну фронтальную камеру ставят и в ультрабюджетные, и в достаточно продвинутые модели. Разница в качестве самого сенсора (матрицы) и объектива (оптики). Если с сенсором можно «поиграть» мегапикселями, то с оптикой производители особо не экспериментируют — объектив камеры делается универсальным и с достаточным углом обзора, чтобы вам не приходилось отходить подальше для съемки, например, группы людей. Независимо от стоимости материалов, сложности оптической конструкции, вы увидите ожидаемую картинку — это «нормальный объектив».
Нормальный он потому, что привычный. Широкоугольные объективы захватывают больше объектов в кадре, но дают серьезные искажения по краям. Телеобъективы приближают изображение, но за счет длинного фокусного расстояния не могут нормально сфокусироваться при съемке с коротких дистанций. Поэтому в смартфонах используется универсальная оптика: недостаточно широкая, недостаточно дальнобойная, но покрывающая большинство потребностей.
Но даже большое количество мегапикселей не спасает, когда пользователь пытается сфотографировать что-то вдалеке. Цифровой зум приближает объект, но картинка резко теряет в детализации и качестве даже с учетом программной стабилизации на самых крутых сенсорах. Просто объектив выдает слишком широкую картинку, и для приближения объекта приходится очень сильно «зумить».
Смотри в оба!
Вторая камера в нашумевшем iPhone 7 plus — это телеобъектив, который видит все в два раза ближе, чем первый. Его применение позволило приближать картинку с меньшей потерей качества — классический цифровой зум срабатывает позже. Появилось понятие «гибридного зума», когда цифровое приближение основной камеры используется совместно с изображением от второго объектива.
Но преимущество двух объективов не только в приближении. При обработке стерео-картинки с двух объективов появилась возможность составлять так называемую «карту глубины», то есть определять, какие объекты в кадре расположены ближе, а какие — дальше. Для этого проекции с двух объективов попиксельно сравниваются в реальном времени — ресурсоемкая задача даже для флагманской модели. Полученная карта глубины используется для создания искусственного размытия заднего фона в портретных и предметных снимках — эффекта боке.
Вторая камера обычно не блещет мегапикселями, особенно в среднем ценовом диапазоне и ниже,— она используется как вспомогательная зум-камера и камера глубины. Например, у Sony Xperia 10 Plus за двукратное оптическое приближение отвечает камера на 8 Мп. А в Honor View 20 за глубину и вовсе отвечает сенсор на 5Мп.
В общем, вторая камера — это либо простейший сенсор глубины, либо телеобъектив с функцией замера глубины.
Третьим будешь?
Если вторая камера обычно используется для приближения, то третья, наоборот, расширяет угол обзора и фиксирует в кадре то, что не попадает в основной объектив. Такую камеру называют широкоугольной. Она подходит для съемки ландшафта, архитектурных сооружений, большой группы людей и, за счет короткого фокусного расстояния, неплохо работает в макро-режиме.
Данные с широкоугольного объектива также могут использоваться и для стабилизации видео, как это реализовано, например, в Samsung Galaxy S10.
Систему из трех объективов — широкоугольного, штатного и телеобъектива — можно считать универсальным набором фотографа. Штатная камера на все случаи жизни дополняется еще двумя: «ширик» спасет, если объект не входит в кадр, а «телевик» — если объект слишком далеко. С таким смартфоном не придется ни отходить назад, ни подходить ближе.
Но третья камера не всегда предназначена для широкоугольной съемки. Например, в Huawei P20 Pro под третьим зрачком прячется монохромный сенсор матрицы, для съемок в «аппаратном» ЧБ и получения большего количества деталей.
Три камеры и можно бы остановиться, но нет.
Дважды два — четыре!
Аппаратов с четырьмя камерами мало. Четвертая — и не камера обычно, а вспомогательный сенсор глубины. Он часто даже рядом не стоит с основным блоком камер ни по параметрам, ни буквально.
Но есть исключения. У Honor 20 Рroза четвертым глазком прячется отдельная макро-камера.
А в Samsung Galaxy Note 10+ рядом с блоком трех объективов есть сенсор времяпролетной камеры — он замеряет скорость возврата отраженного светового импульса. Это почти как сенсор глубины, но гораздо более точный — погрешность всего пара миллиметров. Когда-нибудь такие камеры позволят делать не просто фотографию, а 3D-модель. Пока же они используются в экспериментах с дополненной реальностью и для разблокировки устройства по лицу владельца.
Идем на рекорд!
Если не учитывать экспериментальные и выставочные образцы, то среди многокамерных смартфонов, которые можно пойти и купить, лидером становится Nokia 9PureView — пять камер! Впрочем, только две снимают в цвете, а оставшиеся три — монохромные. Помимо настоящего, аппаратного режима съемки в ЧБ, эти сенсоры используются для фиксации мельчайших теней и бликов на сложных текстурах. В результате фотография получается глубокой и детализированной. А настройки фокуса можно изменить уже на готовом снимке.
Здесь работу камеры можно сравнивать с профессиональной фотографией в RAW, но такие функции глубокой настройки нужны далеко не всем.
Так сколько нужно камер для счастья?
Если не впадать в крайности, то смартфон с тремя камерами сможет и «объять необъятное» в кадре и качественно приблизить «журавля в небе». При этом даже «разнопиксельные» конфигурации сенсоров дадут неплохой результат.
Если нравится фотографировать людей и играть с перспективой, а пейзажи и архитектура не вызывают трепета — модели с двумя камерами выдадут неплохие портреты с размытием фона и обеспечат качественное приближение картинки.
Когда нет желания возиться с настройками, режимами и эффектами, однокамерные модели предпочтительнее.
Для чего смартфону несколько камер?
Мультикамерная архитектура — зачем она нужна? Почему современные смартфоны стали двух- и трехглазыми? Разбираемся в подробностях.
Количество камер в смартфонах растет с такой скоростью, что от некоторых моделей уже можно заработать триптофобию. Мы уважительно говорим: двойная камера, тройная камера, и по умолчанию считаем, что такие телефоны лучше фотографируют (и это действительно так). Разберемся, почему же для хорошего снимка смартфону нужно именно несколько камер.
Слишком мало места!
Главная трагедия печальной жизни конструкторов мобильных телефонов заключается в нехватке места. Толщина современного смартфона уже давно не превышает десятка миллиметров, и в такое узкое пространство просто невозможно «впихнуть невпихуемое» — а конкретно, нормальный объектив фотокамеры.
Нормальный — это с несколькими стеклянными линзами разных размеров, которые могут «раздвигаться», чтобы собрать как можно больше света и обеспечить максимальное приближение кадра (зум). На заре камерофонов были попытки сделать смартфон с полноценным выдвижным объективом. Но выглядело это, мягко говоря, как гибрид бульдога с носорогом. К примеру, вот такой Samsung Galaxy K-Zoom:
Вот что получается, если делать качественный объектив из стекла — определенно, такой гаджет не выглядит сильно мобильным, не правда ли? Можно было бы, конечно, попробовать выточить линзы из другого материала, но вот беда — не существует на земле такого, который бы преломлял свет лучше, чем обычное стекло. И вот что делать?
Что делать? Вторую камеру приделать!
Вот тут и появилась гениальная идея. Если в телефоне нельзя сделать один большой объектив с несколькими линзами, то почему бы не поставить два маленьких с одной? Причем с разным фокусным расстоянием: одна будет делать широкоугольные снимки, а вторая будет «телеобъективом» — с узким полем зрения, но большим увеличением.
На обе камеры синхронно делаем снимки, а затем совмещаем их при помощи программного обеспечения для пост-обработки. Это, конечно, сложно, но в сложности софта нас никто не ограничивает — в отличие от размера объектива. Так мы соберем вдвое больше света, получим два снимка с разной глубиной резкости, а также сможем одинаково четко снимать и самые темные, и самые светлые детали.
Сказано — сделано. Так в смартфонах появились двойные камеры. Пионерами направления стали LG и Huawei, а популяризовала технологию, разумеется Apple. На картинке показано, как работает двойная камера iPhone 7.
А зачем третья?
А третья камера в смартфоне (и все последующие), на самом деле, в большинстве случаев и не камера вовсе. Нет, это может быть и дополнительный объектив с еще одним вариантом фокусного расстояния. Вот у такого телефона Light L16 таких вариантов целых 16:
Но часто под третьим (и всеми последующими) кружками скрывается датчик, который используется для дополнительного улучшения изображения. В целом, существует пять вариантов того, чем может быть третья «камера» в смартфоне:
Все это позволяет мобильным телефонам снимать лучше, ярче и резче, при этом не увеличивая габариты смартфона. Вот зачем смартфону несколько камер — и чем их больше, тем лучше. Возможно, устройства нового поколения будут сплошь и рядом покрыты «глазками» объективов. Но мы чешемся уже от Nokia 9 c пятью камерами — надеемся, что до безумия дело не дойдет!
А вот еще о многокамерных смартфонах:
Зачем смартфонам несколько камер?
Сейчас найти в продаже более-менее дорогой смартфон с одной камерой на задней панели — задача практически невыполнимая. Почему? Потому что несколько фотосенсоров позволяют делать то, на что один-единственный сенсор не способен. И подходов к реализации этой идеи много.
В этой статье мы расскажем о том. зачем в абсолютном большинстве топовых и многих среднебюджетных смартфонах устанавливают по две, три и даже четыре камеры. С каждым месяцем производители выпускают все более дешевые мобильники с этой «фишкой», так что разобраться в ее смысле лишним не будет.
Подход «Две (три, четыре) лучше одной»
Разные фотомодули и объективы могут исполнять разные роли. Объектив с низкой апертурой и широким углом обзора отлично справится с детальным захватом объекта, который находится вблизи, но плохо покажет себя во время съемки движущейся цели. Длинный объектив позволит снять что-нибудь на удалении, но пропускает на сенсор меньше света.
Дело тут еще и в том, что смартфоны — штуки по сравнению с полноценными камерами очень миниатюрные. Фотомодуль не может иметь толщину больше нескольких миллиметров, что накладывает на инженеров серьезные ограничения. Добавление нескольких камер — отличный способ эти ограничения обойти.
Основная камера Galaxy S9 использует два одинаковых сенсора, но два разных объектива.
Кроме того, очень важно помнить о роли постобработки картинки. Производители смартфонов соперничают не только в том, сколько камер и какие объективы устанавливаются в их девайсы, но и в эффективности работы сверхсложных алгоритмов, которые отвечают за удачное и корректное комбинирование всей информации, полученной с разных сенсоров. У Google, Sony, Samsung и других они абсолютно разные.
В итоге изображение, полученное с использованием нескольких камер, просто объективно становится лучше обычного — благодаря постобработке в нем совмещаются преимущества сразу нескольких фото, а минусы разных объективов и сенсоров нивелируются. Именно так, к примеру, работает технология HDR — несколько фотографий делаются с разными настройками уровня экспозиции, а результатом становится HDR-картинка с широким цветовым диапазоном.
Благодаря нескольким сенсорам улучшаются все параметры фото (и видео, но там используются другие, менее качественные и более быстрые алгоритмы) — и детальность, и уровень шумов, и степень размытости, и баланс цветов. Стоит лишь помнить о том, что наличие двух и более камер совсем не гарантирует приятный глазу результат — правильно настроенные алгоритмы постобработки важны даже больше.
Один из примеров работы таких алгоритмов — эффект «боке», который в большинстве случаев работает совсем не так, как на традиционных зеркальных камерах. Камеры смартфонов просто «умно» размывают фон изображения — с переменным успехом. Иногда это приводит к поразительным результатам, а иногда — к появлению странных артефактов (например, iPhone на одной из старых версий прошивки могли добавить маленьие зубы на зубы улыбающегося человека).
Подход «Оптический зум»
Камеры смартфонов способны на многое, но с одним они справляются откровенно плохо — с приближением картинки. Из-за своих размеров объективы мобильников просто не в состоянии менять фокус и захватывать достаточно информации. Исключением можно считать разве что странные решения вроде того, которое использовали в Samsung Galaxy S4 Zoom, а они попросту не прижились.
Что ж, использование двух и более фотосенсоров позволяет решить и этот вопрос, как минимум в какой-то мере. Вспомогательный объектив современных смартфонов часто предназначен именно для этого. Результат не сможет посрамить профессиональную цифровую камеру с полноразмерным объективом, но он все равно гораздо лучше, чем результат, полученный с использованием обычного цифрового зума (а он просто увеличивает картинку с использованием сравнительно примитивных алгоритмов).
К примеру, Apple называет основную камеру топовых iPhone «широкоугольной», а вспомогательную — «телефото». Именно вспомогательная помогает приближать изображение примерно вдвое без особой потери качества.
Обычно вторичный (или один из трех-четырех) сенсоров имеет отличный от основного показатель светопропускания — соотношение апертуры и диаметра объектива. Здесь в дело тоже вступают алгоритмы, без которых комбинация двух картинок была бы просто невозможной. Разные производители добавляют к этому всему свои «фишки» — к примеру, Samsung позволяет «дополнить» приближенную картинку отсутствующими участками, которые сняты основным модулем и обработаны отдельным алгоритмом, чтобы лучше соответствовать изображению со вторичного.
Подход «Волшебник страны Оз»
Окей, «Волшебник страны Оз» — не совсем технический термин. Просто так мы бы предложили назвать подход, при котором одновременно используются цветные и монохромные (черно-белые) фотосенсоры.
Обычные настройки фото в таких смартфонах позволяют получить фотографию с более высоким уровнем деталей — опять-таки, пресловутые алгоритмы берут информацию с монохромного снимка и добавляют ее в цветной, в итоге заметно его улучшая.
Изображения, полученные монохромным сенсором и цветным сенсором Essential Phone.
Опять-таки, здесь очень много зависит именно от реализации алгоритмов. Помимо повышения уровня детальности картинки монохромный сенсор еще и позволяет быстрее работать системе автофокуса, а также даже показывать пользователю результат работы нескольких объективов в реальном времени.
Некоторые компании — например, Huawei со своим P20 Pro — используют сразу несколько описанных нами подходов. У P20 Pro три сенсора — 20-мегапиксельный основной, вспомогательный с тройным зумом и монохромный, который улучшает четкость финального изображения.
А в Samsung Galaxy A9 (2018) и вовсе установлено сразу четыре камеры. Все они имеют разные характеристики — фокусное расстояние, светопропускаемость и так далее. Этот девайс, несмотря на свою относительную «бюджетность», благодаря обилию возможностей позволит «разгуляться» даже фотографу-энтузиасту.
Примеры такого подхода: Huawei P20, P20 Pro, Honor 10
Подход Google Pixel и будущее индустрии
А что же Google с ее флагманскими Pixel 3 и Pixel 3 XL? Эти модели числятся топовыми и используют всего одну камеру на задней панели — почему? Что ж, здесь все предельно просто.
Google — компания, которая, пожалуй, в ходе своей деятельности собрала больше информации, чем любая другая организация, когда-либо существовавшая на нашей планете. В ее распоряжении — тысячи, миллионы и миллиарды фотографий и видео, на которых с помощью мощных серверов тренируют ИИ-алгоритмы.
Понимаете, к чему это все? Google считает (и вполне обоснованно — просто взгляните на рейтинг DxOMark), что алгоритмы — вообще всему голова, и им достаточно всего одной картинки, чтобы творить чудеса. И получается! Достаточно посмотреть на необыкновенные результаты работы «ночного режима» камеры Pixel 3 или ее портретные снимки. В общем, этот подход тоже пока имеет право на существование. Получится ли у этих алгоритмов еще более впечатляющий результат, если Pixel 4 будет иметь два или три фотомодуля? Все зависит от инженеров Google и ее желания идти на риск. Ну а пока что ее девайсы и так находятся чуть ли не впереди всех конкурентов.
Что дальше? А дальше все станет еще интереснее. HMD Global, к примеру, на выставку Mobile World Congress 2019 в Барселоне привезет новый флагманский смартфон Nokia 9 PureView, который получит целых пять камер. Для чего они все будут нужны? Пока не ясно. А еще в 2019 в смартфонах начнут использовать специальные сенсоры типа 3D Time-of-flight, которые с помощью измерения скорости движения света к объекту и обратно позволяют вычислить глубину его расположения в кадре. Эти сенсоры в сочетании с традиционными должны сделать фото еще более реалистичными и детальными.
Как же выбрать смартфон, который снимает фото и видео лучше остальных? Раньше основным советом было «не ведитесь на количество мегапикселей», а теперь к нему добавляется еще и «не ведитесь на количество камер». Главное — результат, так что просто оцените его по обзорам специалистов. Например, той же лаборатории DxOMark.
Зачем телефонам сразу две тыловых камеры?
Первые смартфоны с двумя камерами появились достаточно давно. Еще HTC Evo 3D, который был представлен в 2011 году, имел два тыловых модуля. Однако предназначались они для съемки любительского 3D-контента. Телефон не стал популярным и канул в “Лету”.
Первым смартфоном, который стал использовать две камеры для получения более высокого качества фото, был Honor 6 Plus. Он появился на рынке еще в 2014 году. Внедрение двухмодульной тыловой камеры действительно показало хорошие результаты. В частности, телефон позволял получать качественные снимки с хорошей цветопередачей, детализацией. И хотя идея была интересной, инженеры компании так и не смогли разработать качественный алгоритм совмещения фотографий с двух камер, из-за чего часто бывали сбои.
Однако оставим историю этой технологии. Большинство пользователей услышали о двухкамерном смартфоне в момент появления всем известного флагмана iPhone 7 Plus. До него никого особо не впечатляло наличие одновременно двух тыловых модулей.
Зачем Айфону две камеры?
Известно, что в iPhone 7 Plus (а ныне в iPhone 8 Plus и iPhone X) используется двойная камера с разными объективами: один из них является широкоугольным (диафрагма f/1.8), другой – телеобъективом (f/2.8).
Использование сразу двух объективов позволило реализовать сразу две функции:
Двухкратное оптическое увеличение без потери качества. Достаточно приятная функции. Ранее увеличение изображения могло быть только цифровым, что предполагало потерю качества и появление шумов на фото. Вот пример оптического зума:
Портретный режим (известный как эффект Боке), при котором в фокус берется лишь основной объект съемки, а пространство за ним искусственно размывается и становится нечетким. Вот простой пример фотографии на iPhone 7 Plus в портретном режиме:
Фотография слева была сделана на данный флагман в режиме “Портретный”.
Именно эти две функции теперь доступны в новом флагмане. Однако это еще не все. Благодаря сразу двум объективам матрицы “ловят” гораздо больше света, что позволяет сделать снимки более детализированными и менее шумными даже при плохом освещении. Физические ограничения не позволяют увеличить размер диафрагмы, поэтому добавить еще одну камеру выглядит вполне логичным вариантом. В будущем, может быть, станет возможно совмещение режимов съемки: обычное фото, с зумом, либо съемка видео с замедленном режиме или без него. В теории наличие двух сенсоров позволяет сделать что-то подобное, но пока что таких технологий ни у кого нет.
Так что использование двух камер – это революционная идея, которая активно приживается. В след за Apple другие производители также стали прибегать к такому варианту.
2 камеры в Samsung Galaxy Note 8
Совершенно новый флагман южнокорейского гиганта получил две тыловые камеры. Оба сенсоры с разрешением 12 Мп имеют разные размер: слева установлена матрица размером 1/2.55 дюйма, справа – 1/3.6 дюйма. Также применяется широкоугольный объектив со светосилой f/1.7 и телеобъектив (f/2.4). Именно последний объектив дает возможность увеличивать изображение без потери качества (прямо как в iPhone 7 Plus).
Отметим, что Samsung совершенно не внесли ничего нового в идею внедрения двух камер. Здесь принцип их работы просто скопирован у Apple: телефон получил возможность делать двухкратный оптический зум и создавать размытие заднего плана (эффект Боке). Эта функция здесь более доработана, так как пользователь может задавать степень размытия заднего плана. Но в целом идея осталась та же.
Однако самое интересное предлагает компания Huawei, которая представила революционную технологию двухкамерной съемки.
Продвинутые камеры Huawei
В отличие от Apple и Samsung компания Huawei совместно с легендарным брендом Leica (разрабатывала объективы и программное обеспечение для смартфонов Huawei) реализовала две камеры не для размытия заднего плана (не только для этого), а для по-настоящему важных вещей.
В смартфонах Huawei P9 и P10 используются два модуля, один из которых является монохромным (снимает в черно-белом), а другой – цветным (снимает в цвете). Это позволяет получить максимальное количество света. За счет обработки данных сразу из двух изображений (черно-белого и цветного) система получает больше информации о динамическом диапазоне, и за счет этого достигается высокая чувствительность.
Чтобы было понятнее: один модуль фиксирует свет (монохромный), другой – цвет (цветной). Затем данные с двух матриц объединяются по специальному алгоритму. В результате пользователь видит на экране качественное фото с широким динамическим диапазоном, правильной цветопередачей, высокой детализацией.
Также две камеры позволяют точнее фокусироваться. Ну и как бонус – можно делать интересные фотографии с размытием заднего плана, но этим уже никого не удивишь. Стоит ли говорить про расширение диафрагмы и получение большего количества света? Это само собой разумеется.
Камера Google Pixel 2
Не так давно компания Google представила свои новые флагманы Pixel 2 и Pixel 2 XL. Это классные смартфоны, однако в них применяется всего один модуль тыловой камеры. Несмотря на это, именно камера этого флагмана получила максимальные оценки ресурса Dxomark. Именно поэтому данный телефон среди аналогов iPhone 8 является первым!
Ранее мы публиковали обзор и тестирование камеры Google Pixel 2 (посмотреть его можете здесь). Удивительно, что всего с одним модулем компании удалось создать лучшую на сегодняшний камеру, которая намного превосходит сенсоры iPhone 7 Plus, Huawei P10 и даже слегка открывается от iPhone 8 Plus и Samsung Galaxy Note 8.
Несмотря на отсутствие “помощи”, основной сенсор Google Pixel 2 поражает высоким динамическим диапазоном. При всем этом он также умеет фотографировать с размытым задним фоном и увеличивать изображение практически без потери качества. Именно этот телефон получил 1 место среди флагманов по части камеры.
Примеры фото
Из всего этого следует, что две камеры в смартфоне в общем-то и не совсем нужны. Google наглядно это продемонстрировал, уверенно обогнав своих конкурентов всего лишь с одним модулем тыловой камеры.