зачем в смартфоне 4 камеры и как они работают
Зачем смартфону 3 или 4 камеры: расскажем просто
Каждое новое поколение смартфонов эволюционирует, становясь более совершенным, сложным и конечно же дорогим. Смартфоны становятся более производительными, но более энергоэффективным, с большими дисплеями и с меньшими физическими размерами, с более емкими батареями и качественными камерами. Что интересно, растет и количество камер. Так зачем смартфону 3 или 4 камеры?
Камеры современных телефонов достигли настолько больших высот, что уже всерьез соперничают с зеркальными фотокамерами начального и даже среднего уровня. Тезис о том, что камеры смартфонов заменили «мыльницы» — уже не оспорить! Камеры смартфонов, особенно iPhone и Samsung, смогли достигнуть таких высот благодаря совершенствованию мобильных фотосенсоров, большей вычислительной мощности самих устройств и возможности оперативного выпуска обновлений, которые улучшают качество съемки.
Несмотря на достигнутый прогресс камеры смартфонов все еще существенно проигрывают «зеркалкам» в одном важном параметре — возможности зума. При этом из-за необходимости сохранения компактного корпуса смартфоны не оснащают объективами с переменным фокусным расстоянием (хотя такие попытки были и на рынок выходили монстры, вроде Samsung Galaxy S4 zoom).
Для нивелированная этого недостатка и сохранения компактного корпуса разработчики смартфонов пошли на небольшое ухищрение, став оснащать свои разработки дополнительным сенсорами с объективами, имеющим разное фокусное расстояние (грубо говоря, объективы с неизменным «приближением» или «отдалением»). Так, на рынке появились смартфоны, который имели основной сенсор со стандартным объективом (снимает примерно в том же масштабе, в котором видит человек), 2ой дополнительный сенсор с широкоугольным объективом и 3 сенсор — с телеобъективом для возможно увеличения.
У подавляющего большинства смартфонов на рынке 4ый сенсор предназначен для определения глубины резкости и создания фото с эффектом боке (или говоря просто — «размазанным» задним планом). Но как доказал Google, эта проблемы решается програмно и вскоре датчики определения глубины резкости исчезнут.
При этом набор объективов и назначение камер у каждой модели индивидуальное. Так, мой Xiaomi Redmi Note 8 Pro оснащен 4 камерами, который в дополнение к основному имеет 1 сенсор с широкоугольным объективом, 1 сенсор с макрообъективом и датчик глубины резкости. Теперь ты знаешь, что на вопрос «зачем смартфону нужны 3 или 4 камеры сзади» можно лаконично ответить — «в основном для возможности зума».
Mobcompany.info
Сайт о смартфонах и их производителях
Зачем смартфону 4 камеры
Так как качественный рост некоторых параметров в смартфонах существенно сдерживают законы физики и текущий уровень развития технологий, инженеры работают над количеством. К компонентам, которые нельзя так просто сделать на порядок лучше, относятся процессоры, матрицы камер, экраны. Желая повысить качество фото, разработчики смартфонов с недавних пор начали оснащать их несколькими фотографическими модулями, отличающимися по характеристикам.
Две камеры стали обыденной вещью в мире мобильных устройств, но на этом разработчики не остановились. Активно ведутся работы по установке тройных модулей, да и 4 подходе. Хотя, строго говоря, аппараты с 4 камерами уже существуют (например, Huawei Nova 2i). Это – устройства, оснащенные сдвоенными модулями спереди и сзади. Зачем смартфону 4 камеры – сейчас разберемся.
Зачем смарфтону 4 камеры (2 спереди и 2 сзади)
В случае с двойными конфигурациями передней и задней камер, когда по две матрицы расположены с каждой стороны, все просто. В случае с Huawei Nova 2i вспомогательные модули имеют небольшое разрешение (2 Мп) и используются для замера глубины кадра. С их помощью осуществляется разделение фона и объекта переднего плана, для художественного эффекта. Кроме Huawei, аналогичная конфигурация из 4 камер применена в китайском смартфоне Ulefone Power 3.
Вторые камеры определяют четкие границы объекта, находящегося в фокусе. Это необходимо для реализации эффекта боке – плавного размытия предметов, находящихся на заднем фоне экспозиции. Благодаря 4 камерам смартфон делает снимки с задней камеры и селфи с размытием, реализованным более качественно и естественно, чем при использовании только программных алгоритмов.
Зачем смартфону 4 основные камеры
Смартфоны с 4 основными камерами пока только появляются на рынке, первой моделью стал Samsung Galaxy A9 (2018), но в скором времени увеличение числа таких моделей неизбежно. Причиной тому является ограниченность размеров корпуса современных устройств. В гаджет, толщиной менее сантиметра, нельзя установить хорошую матрицу с настраиваемым объективом. Пока максимум, что удалось реализовать в актуальных мобильных устройствах – настраиваемая диафрагма в Samsung Galaxy S9, да и та имеет только 2 ступени (F1,5 и F2,4).
Использование четырех камер существенно расширяет фотографические возможности смартфонов. В дополнение к основной матрице, оснащенной стандартной оптикой, можно добавить еще три, с другими параметрами объективов. Одна из них может быть приближающей, с телеобъективом (как в iPhone X). Вторая – наоборот, с панорамной оптикой, имеющей широкий угол обзора (как в LG V30). Третий модуль можно оснастить матрицей с увеличенными пикселями и светосильной просветленной оптикой, адаптированной для съемки ночных фото, или использовать простенькую камеру чисто для работы с экспозицией и фокусировки.
В Samsung Galaxy A9 (2018) используется именно подобная конфигурация. Первый модуль на 8 Мп – широкоугольный, с углом обзора 120 градусов. Матрица на 10 Мп оснащена телефото объективом и обеспечивает 2-кратный зум. Третий сенсор – главный, с матрицей на 24 Мп и оптикой F/1,7. Наконец, четвертая камера, на 5 Мп, используется для замера глубины экспозиции и «живого» фокуса.
Параметры оптики камер ограничены в основном фантазией инженеров. Так как, в отличие от съемного объектива зеркалки, в смартфон не поставить оптику, умеющую все и сразу, можно обойтись несколькими модулями, конфигурация линз которых настроена под разные сценарии. Третью и четвертую камеры можно оснастить объективами, обеспечивающими зум 3x и 4x, соответственно, или отличающимися диафрагмами разного диаметра. Одна из матриц, вообще, может быть инфракрасной, и предназначенной для съемки тепловых фото без дополнительных аксессуаров.
В теории, возможны любые конфигурации перечисленных опций. К примеру, 1 камера – обычная, 2 – с повышенной до F1 или F1,2, 3 – с 2-кратным зумом, а 4 – тепловизор. Ровно столь же вероятен и вариант, где 1 – обычная камера, 2 – ч/б модуль для повышения детализации, 3 – телеобъектив с зумом, а 4 – матрица, созданная специально для видеозаписи с высоким FPS.
Заключение
Так как на данный момент мобильных устройств, оснащенных четырьмя фотографическими модулями сзади, нет, предсказать направление, в котором будут двигаться в той или иной компании, сложно. Любая из перечисленных конфигураций может объяснить, зачем смартфону 4 камеры, а у инженеров есть возможность выбрать «ассорти» из модулей.
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.
Зачем телефону четыре камеры
Пользоваться смартфоном более двух лет для многих уже стало дурным тоном. Те, кто еще не вступил в маркетинговую гонку за новинками, еще стараются обновлять аппараты реже, не приобретать новое устройство без надобности. Правда, зачем покупать новый телефон, когда старый еще хорош? Возможность фото и видеосъемки со смартфона уже давно вытеснила с рынка мыльницы. Но и в данном направлении не найдено «дно» – появляются устройства с несколькими камерами. К наличию двух основных фотомодулей мы привыкли, но зачем телефону четыре камеры? Что нового может предложить аппарат с такими характеристиками?
Смартфон как универсальное устройство
Десять лет назад мобильная фотография начала резко набирать обороны. Качество фотографий, сделанных на телефон, улучшалось от года в год. Мобильность – вот что было главным козырем устройств. Мы всегда носим с собой средство связи – телефон. Любители фотографий только радовались тому, что случайные кадры становились доступнее, можно было снять важный момент жизни, ведь фотокамера всегда с тобой. Смартфон давно стал не просто средством связи, вобрав в себя множество функций. Любая модель не успевает за технологическим прогрессом. Кому-то важен экран, а он улучшает свои свойства постоянно. Кто-то гонится за размером и вот на старте уже аппараты со сгибаемым экраном, которые со временем потеснят восьмидюймовые планшеты.
Качество получаемых фотографий действительно догнало бюджетные фотокамеры. Алгоритмы обработки изображений совершенствовались, нестандартные сюжеты стали возможны и посредством смартфона – предустановленные программы для съемки фейерверков, ночных пейзажей, спорта… Все это приводило к появлению нового жанра – мобильной фотографии, новых аппаратов и даже новых фирм-производителей.
Профессиональные фотографы понимали и понимают, что потеснить зеркальные фотокамеры смартфон не может. Но все же упали продажи зеркалок начального уровня за счет отказа от них тех, кто ранее покупал зеркалки не ради творчества, а ради качества.
Практика показывает, что просмотр фотографий, снятых на смартфон производится на нем же. Дальнейшая судьба снимков – социальные сети или печать для домашнего архива. С такими запросами на использование, качество снимков уже несколько лет удовлетворяет большинство пользователей. Однако в армии мобильных фотографов постоянно происходят пополнения. Новые пользователи требуют новых решений.
Технологический прогресс
Пару лет назад в смартфонах появилась вторая основная фотокамера, чем несколько смутила покупателей. Многие отнеслись к этому скептически, посчитав данный шаг маркетинговым ходом. Вторая фотокамера имеет небольшое разрешение – около двух мегапикселей и нужна для помощи программной имитации эффекта боке – размытия заднего плана. Ранее производители пытались заставить редакторы определять границы объекта и создавать размытие фона, но итоги выглядели крайне искусственно. Новая же идея о внедрении второй камеры подняла алгоритм на новый уровень. Камера снимает фон в расфокусе, предварительно замерив расстояние до объекта. Дальнейшая работа программного обеспечения смартфона создает более качественное фото с размытием.
Сложности реализации
Реализовать оптическое приближение в смартфоне крайне сложно. Попытки были и успешные, но выдвижные объективы не приживались, так как покупателям нужна компактность. Потому в смартфонах используются камеры с постоянным фокусным расстоянием. Тем они и проигрывают зеркальным фотокамерам со сменной оптикой, где можно выбрать любое фокусное расстояние, то есть приблизить любой объект.
Чем больше фокусное расстояние, тем ближе становятся отдаленные объекты и уже угол обзора, меньше объектов попадает в кадр. Напротив, при малом фокусном расстоянии в кадр вмещается много объектов, при этом дальние объекты кажутся очень далекими. При крайне малых фокусных расстояниях (сверхширокоугольная камера) происходит, кроме того, искажение пропорций.
Все эти особенности важны при съемке в разных жанрах. Пейзаж требует широкого угла, портрет – среднего диапазона фокусных расстояний, соблюдения пропорций, отсутствия искажений, размытого фона. Для съемки вдаль требуются большие фокусные расстояния. Все это – свойства объектива. Такими разбросами фокусных расстояний не обладают даже объективы для профессиональной съемки. Как быть со смартфонами? Ведь каждый хочет сделать фотографию в своем жанре.
Попытки обойти ограничения
Выход был найден как раз в размещении четырех модулей с разными свойствами в одном аппарате. Какими будут эти четыре фотокамеры и для каких целей – каждый производитель решает сам. Давайте рассмотрим варианты, которые могут быть реализованы в каждой камере:
Основная камера
Должна иметь максимальное разрешение и удобный формат съемки. Если говорить об эквивалентном фокусном расстоянии (это расстояние, приведенное в эквивалент 35-мм камеры, то есть фотокамеры с полнокадровой матрицей), то самый удобный вариант – это 20 мм. или около того. Именно так и происходит. Многие производители встраивают матрицу с разрешением около 13 Мп и диафрагму f/2.0, чего достаточно для большинства случаев.
Камера для создания боке
Об этой камере смартфона уже упоминалось выше. Она нужна для замера расстояния до объекта и съемки естественного расфокусированного фона. Далее в дело вступает программное обеспечение, которое отделяет объект от фона и создает итоговый снимок с размытым задним планом. Причем уровень размытия и точку фокусировки, как правило, можно корректировать в любое удобное время уже после съемки.
Камера в телеположении
Телеположением называют фокусное расстояние объектива для съемки отдаленных объектов. В такую камеру изначально заложены другие оптические свойства линз и их взаимного положения, что позволяет, в зависимости от идеи производителя, фотографировать на двукратном, пятикратном и любом другом зуме без потери качества. Переключение на другое фокусное расстояние реализовано в приложении камеры смартфона отдельной клавишей или оно происходит при попытке пользоваться зумом с помощью жеста.
Широкоугольная камера
Отдельная камера смартфона для съемки на широком угле. Часто нам не хватает угла обзора при совместном фотографировании, например, в помещении, где отойти назад нет возможности. Сверхширокие углы интересно производят съемку пейзажей. Однако, ввиду искажения пропорций, они не подходят для портретов, архитектурной или предметной съемки.
Среднее фокусное расстояние
В эквиваленте полному кадру фокусное расстояние 35-40 мм самым точным образом передает размеры и формы объекта. Такое фокусное расстояние идеально подойдет как раз для ситуаций, описанных выше, когда широкий угол противопоказан.
Светосильная камера
Если вышеописанные случаи – игра фокусным расстоянием, то здесь реализованы другие идеи. Объективно понятно, что чем больше света поступает на матрицу, тем качественнее получаются снимки со смартфона, так как нет необходимости компенсировать нехватку света выдержкой (рискуя смазом) и светочувствительностью ISO (жертвуя шумностью). Для реализации светосилы необходима широкая диафрагма (которая нежелательна для повседневной съемки) и светочувствительные элементы матрицы большего размера. Так как матрица смартфона ограничена в размерах, реализовать более крупные пиксели можно лишь путем уменьшения их количества. Так мы получаем отличную камеру в смартфоне для ночной съемки или съемки в других условиях с низким освещением. Камера будет иметь более низкое разрешение (например, 8 Мп), но качество снимков в темноте будет заметно выше.
Камера для расширения динамического диапазона
Проблема динамического диапазона в мобильной фотографии стоит достаточно остро, так как физически зависит от размера матрицы. Динамический диапазон – разница между самыми светлыми участками на снимке и самыми темными, запечатленными в одном кадре. Это способность не терять детали в тенях и светах при фотографировании в условиях высокого контраста. Часто можно замечать при съемке пейзажей, как камера прорабатывает детали только на земле, делая небо белым или наоборот. Программное расширение динамического диапазона реализовано функцией HDR. Но физически для его расширения тоже есть пути. Дело в том, что черно-белые датчики обладают большим динамическим диапазоном. Потому некоторые фирмы, например Honor, уже реализовывали дополнительный фотомодуль в смартфоне. Он призван делать черно-белый вариант снимка, передавая информацию о деталях процессору для дальнейшего объединения с цветным кадром. На выходе получаем цветную фотографию с расширенным динамическим диапазоном.
Итак, мы рассмотрели целых семь, а не четыре камеры, не считая переднюю для создания селфи (где тоже часто реализовывается боке с помощью дополнительного модуля). Каждая из рассмотренных камер смартфона в отдельности несет в себе свой важный функционал и может быть применена в конкретном случае по мере необходимости. Размещая на своем смартфоне четыре камеры производитель как раз руководствуется соображениями универсальности, а вовсе не маркетинговыми идеями. Стараясь угодить пользователю и упираясь в ограничение технологического прогресса, фирмы-производители находят в настоящее время единственно верный вариант.
Выбор каждого
Минусами размещения четырех камер является удорожание смартфона, ущерб внешнему виду, дополнительные хрупкие элементы, которые могут быть повреждены. Но разнообразие устройств на рынке смартфонов позволяет сделать выбор каждому пользователю и не приобретать подобные аппараты тем, кому четыре фотокамеры кажутся лишними, неудобными или дорогими.
Увеличение числа камер в смартфоне до четырех призвано улучшить качество снимков, уходя от необходимости варьировать выдержкой и светочувствительностью, цифровым зумом. Ситуаций, когда физических свойств камеры не хватает и в дело вступают программные алгоритмы, встречается очень часто. Потому путь, по которому пошли производители, можно считать правильным.
Ближайшее будущее
Можно предположить, что в ближайшем будущем нас ждут кардинальные перемены в производстве смартфонов. Такие гиганты индустрии, как Samsung и Xiaomi уже участвуют в гонке складных дисплеев. При этом Samsung уже выпустила на рынок свою первую модель официально. От классического форм-фактора смартфоны перейдут к складывающимся устройствам с гибким дисплеем, что позволит внедрить фотокамеру с переменным фокусным расстоянием. По крайней мере наличие четырех камер не будет столь необычным решением. Технический прогресс и нано-технологии также принесут свои плоды.
Эра мобильной фотографии только начинается. Спустя время каждый найдет свою нишу. Зеркальными фотоаппаратами (или беззеркальными фотокамерами со сменной оптикой) будут пользоваться только профессионалы и любители творческого фото. Для получения качественного результата при повседневных задачах, в том числе в условиях плохого освещения, можно будет смело пользоваться смартфоном, имеющем четыре или более фотокамер. Уже сегодня с помощью сторонних фотоприложений имеется возможность сохранить для дальнейшей обработки «сырой» RAW-файл, что открывает новые горизонты тем, кто предпочитает производить постобработку.
В условиях сильной конкуренции на рынке мобильных устройств конечный пользователь остается только в выигрыше, так как на все новинки быстро падает цена.
Резюмируя можно сделать вывод, что от поиска производителями новых технологий мы получаем только плюсы. Повышение качества мобильной фотографии происходит ежедневно и совсем скоро не удивительны будут новинки, имеющих четыре, пять и более основных камер.