Як влаштована камера смартфона? Просто про складне

Якщо ви думаєте, що камера смартфона це простий елемент, який робить знімки, ви помиляєтеся. Навіть якщо ви упевнені, що він не такий простий як здається, ви все одно далекі від істини. Насправді він набагато складніше, ніж здається. Так як же влаштована камера для сучасного смартфона?

Омани з приводу невеликої складності камери багато в чому обумовлені тим, що часи, коли камера була лише в найбільш дорогих пристроях, давно пройшли, і зараз вона є навіть в моделях за кілька тисяч рублів. Звичайно, якість знімків таких камер залишає бажати кращого, але камери там є, а значить вартість самого модуля дуже невисока.

Тим не менш, варто врахувати, що навіть найпростіша камера не може не мати у своєму складі матриці з мільйонів дрібних елементів і системи фокусування з рухомими елементами. А тепер уявіть собі розмір модуля камери смартфона і складність цих рухомих конструкцій.

Матриця

Матриця будь-камери, поряд з оптикою, є основоположними елементами якості знімка. Для початку розберемо з чого складається саме матриця.

Основний тип матриці, що застосовується в сучасних пристроях, що складається з світлочутливих елементів, зібраних в блоки. Чим більше таких елементів, тим більшу чіткість знімків може забезпечити камера. Звичайно, є деякі змінні, які зводить до нуля цінність великої кількості цих елементів. Це може бути низька якість збірки, погана або бажання зробити матрицю менше при збереженні на ній світлочутливих елементів.

Варто відзначити, що самі світлочутливі елементи не можуть працювати без спеціальних фільтрів, нанесених на поверхню матриці. Ці фільтри пропускають тільки червоний (Red), зелений (Green) і синій (Blue) колір. Тому система і називається RGB.

Якщо елемент не потрапляє світло певного кольору, то він потрапляє на сусідню. У цьому і полягає принцип визначення кольору знімка, так камера і розуміє, якого кольору повинна бути крапка. Зібравши кілька мільйонів таких точок (мегапікселів) воєдино, процесор обробляє їх і збирає в готове зображення.

Цікавий факт!
Подвійна камера нового ZTE Ахоп 9 Pro дозволяє не тільки відразу ж робити чудові фотографії, але і вже на готових зображеннях змінювати точку фокусування або вирішити, наскільки повинен бути розмитий задній план.

Розмір світлочутливої осередки дуже сильно впливає на підсумкове якість зображення. Не дивлячись на те, що розмір осередків виражається в мікронах, удавана невеликий різниця у кілька десятих мікрона є дуже суттєвою – чим більше розмір пікселя, тим краще. Наприклад, матриця має розмір пікселя 1,4 мікрона і, якщо в якогось іншого смартфона розмір пікселя буде на 0,14 мікрона менше, різниця буде вже десятивідсотковою.

Також на якість знімка впливає і відстань між пікселями. Якщо пікселі будуть дуже маленькими і "напхане" дуже щільно, камера може мати скільки завгодно мегапікселів, але знімки будуть поганими і з великою кількістю шумів.

Все це є поясненням, що дозвіл на 40 мегапікселів не є найкращим варіантом. Якщо порівнювати таку камеру з 20-мегапіксельною такого ж розміру, при найменшому зниження рівня освітлення 40-мекапиксельная почне істотно програвати.

Оптика

Якою б гарною не була матриця, "скла" можу звести нанівець всі зусилля її творців. В результаті ви можете отримати знімок, який буде мати великий дозвіл, великий розмір, але, при цьому, ніколи не буде чітким. Для вирішення цієї проблеми над оптикою працюють не менше, ніж над самою матрицею.

Об'єктив камери смартфона не даремно називається саме так. Це саме об'єктив, як і у випадку з дзеркальними камерами, просто дуже маленький. У конструкції об'єктива смартфона застосовується декілька лінз. Точна кількість залежить від конкретного виробника, але їх може бути 4, 5, 7, 8 і навіть більше.

Кожна лінза виконується із спеціального пластику або такого ж спеціального скла. Кожна з них збирає пучок світла так, щоб він рівномірно потрапляв на робочу частину матриці. Найменше зміщення однієї лінзи на тисячні частки міліметра може призвести до повної неприйнятність якості знімків.

Важливим критерієм об'єктива буде його світлосила або діафрагмове число. При виборі смартфона, якщо вам важлива камера, треба вибирати той, в якому цифра буде менше, наприклад, f/1,75. Це буде істотно краще, ніж f/2.0, f/2.2 і так далі. Тут все просто — чим менше значення, тим вище світлосила і тим краще камера знімає при слабкому освітленні.

Ще одним важливим показником буде фокусна відстань, але зараз це вже втратило актуальність для камер смартфонів. Всі сучасні смартфони оснащені камерами, які відмінно працюють майже на будь-яких відстанях від об'єкта зйомки. Є навіть моделі з декількома об'єктивами, здатними працювати по-різному, доповнюючи функції основної камери функціями телеоб'єктиву (аналог оптичного зума) або, навпаки, даючи можливість знімати панорами.

У більшості смартфонів зовні вся конструкція прикрита сапфіровим склом або іншими його міцними різновидами. Адже найменша подряпина на склі може назавжди позбавити камеру можливості робити гарні знімки.

Автофокус

З назви функції зрозуміло, за що вона відповідає. На зорі камеростроения для мобільних пристроїв вони не оснащувалися автофокусом, це було не так погано і дозволяло фотографувати панорами або об'єкти на їхтлі, володіючи достатньо великою глибиною різкості. Але час іде і треба вводити нові функції.

Так з'явився основний елемент, що дозволяє поліпшити знімки. В даний час він має три основних типи. Перший є контрастним. Суть його роботи зводиться до пошуку оптимального фокуса, щоб зробити різким все зображення або якусь його частину, обрану користувачем. Для такої системи не важливо, на якій відстані знаходиться об'єкт зйомки.

Другий тип автофокуса називається лазерним. Він працює тільки на невеликих дистанціях і поєднується з іншими системами для більш повного охоплення діапазону відстаней. Він здатний визначати відстань до об'єкта і підлаштовувати під нього налаштування фокусу.

Третій тип автофокуса називається фазовим. Для його реалізації передбачено додаткові датчики, які дозволяють камері отримати більше даних для налаштування фокусу.

Найбільш просунуті смартфони здатні на ходу об'єднувати роботу різних способів фокусування і навіть забезпечувати безперервне автофокусування, підлаштовуються під зміну положення об'єкта.

Система стабілізації зображення

Якщо не вважати програмного способу стабілізації, який має суттєві мінуси, так як обрізає картинку і працює в основному тільки під час роботи з відео, є ще і оптичний спосіб.

Для його реалізації камера має спеціальний механізм. Він орієнтується на показники гіроскопа і за рахунок спеціального приводу дозволяє змінювати положення модуля камери. У підсумку, це не усуває повністю, але компенсує тряску рук, дозволяючи зробити відео більш плавним, а знімки більш чіткими навіть при відносно низькому рівні освітленості.

У найбільш просунутих смартфонах робота систем об'єднана. Це дозволяє домогтися ще більшої стабілізації зображення.

Датчик балансу білого

Для більш точної передачі кольору і більшої природності знімка камери оснащуються датчиком кольору.

Будь-який тип освітлення має свою колірну температуру, і,потрапляючи на об'єкт, він відбивається по-різному. Людське око сприймає це нормально і може підлаштовуватися, але камері працювати з такими змінами важко.

Баланс білого можна зміщувати вручну, але краще довірити це автоматиці, яка зараз розвинена настільки, що практично не помиляється і дозволяє відмовитися від ручних регулювань для більшої зручності зйомки.

Кількість модулів

У наш час смартфони з одним модулем камери випускають тільки дуже впевнені в собі або зовсім бюджетні виробники. Навіть відносно недорогі моделі вже оснащуються двома модулями камери.

В цьому є маса плюсів. Найочевидніший з них у тому, що вони можуть мати різні налаштування фокусної відстані. Наприклад, дозволяє знімати не тільки звичайні фото, але і ширококутні — з кутом огляду 130 градусів. Це може дуже стати в нагоді, коли треба сфотографувати велику компанію, велику будівлю з невеликої відстані або панораму природи.

Підсумок

Як бачимо, камера для сучасного смартфона не так проста, як здається. Вона складається з матриці з десятками мільйонів світлочутливих елементів, інформація з яких обробляється окремо, кількох ідеально підігнаних один під одного лінз, мініатюрних приводів і датчиків.

Все це робить її мало не найскладнішим елементом смартфона. Але вона постійно розвивається, адже ні для кого не секрет, що при покупці смартфона ми далеко не в останню чергу звертаємо увагу на те, як він може фотографувати.

Купити Axon 9 Pro