Co mówią cechy aparatów smartfonów i czy można im zaufać?

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 04:07

Lifehacker mówi, jak obliczyć dziesiątki megapikseli i różne ogniskowe.

Na początku rozwoju smartfonów wyróżniała się osobna kategoria - telefon z aparatem: w tych gadżetach maksymalną uwagę poświęcono aparatowi. Teraz każdy flagowy model niemal każdej marki stara się przyciągnąć uwagę najbardziej skomplikowaną i ciekawą realizacją aparatu. Charakterystykę urządzeń maskują głośne słowa, odważne hasła, ogromne liczby i własne nazwy technologii. Ale czy można od nich odjąć coś pożytecznego i zrozumieć, czy ten aparat jest w stanie zrobić przyzwoity obraz? Zastanówmy się teraz.

Kluczowe cechy aparatów smartfonów

Charakterystyka aparatu fotograficznego w smartfonie jest zasadniczo taka sama, jak w przypadku dowolnego aparatu cyfrowego. Ale musisz zrozumieć, za co odpowiada ten lub inny parametr.

Megapiksele

Producenci zwracają na nie największą uwagę w kampaniach reklamowych. Piksel to światłoczuły element na czujniku aparatu lub fotodiodzie. Składa się z czterech subpikseli, z których każdy dzięki filtrom światła przepuszcza tylko światło o własnym odcieniu. Najczęściej są to czerwone, niebieskie i zielone. Z kombinacji tych kolorów uzyskuje się punkt o wymaganym odcieniu i pożądanej jasności.

Niektórzy producenci odchodzą od najpopularniejszego schematu i dodają biały lub żółty do czerwonych, niebieskich i zielonych filtrów kolorystycznych. W takim przypadku fotodioda przechwytuje więcej światła, a obrazy są jaśniejsze.

Megapiksele pokazują, z jaką rozdzielczością aparat jest w stanie robić zdjęcia, czyli z ilu milionów pikseli będzie składać się finalny obraz.

Dziś wielu producentów prezentuje smartfony z aparatami o rozdzielczości 48, 64 lub 108 megapikseli, które działają w trybie dot Merging. W takich czujnikach piksele składają się nie z czterech, ale z 16 subpikseli połączonych czterema. Podczas gdy na przykład w klasycznym sensorze jeden piksel składa się z jednego niebieskiego, dwóch zielonych i jednego czerwonego subpiksela, w aparatach o wysokiej rozdzielczości składa się z czterech niebieskich, ośmiu zielonych i czterech czerwonych subpikseli.

Zwiększając liczbę pikseli zwiększa się światłoczułość i zwiększa się zakres dynamiczny obrazu - różnica między najciemniejszymi i najjaśniejszymi obszarami na zdjęciu. Ale jednocześnie aparaty o rozdzielczości 48 megapikseli, dzięki takiemu połączeniu, w rzeczywistości tworzą obrazy o rozdzielczości 12 megapikseli. I nie ma w tym nic złego: tak jest, gdy ilość zamienia się w jakość, a zdjęcia o rozdzielczości 4000 × 3000 (te same 12 megapikseli) wystarczą do publikacji w sieciach społecznościowych.

Rozmiar czujnika

To chyba najważniejszy element aparatu w smartfonie. Wielkość czujnika wskazuje obszar, nad którym znajdują się diody światłoczułe. Im większy czujnik, tym większe mogą być same piksele, a im większy piksel, tym lepiej odbiera światło. Typowe rozmiary pikseli w czujnikach nowoczesnych aparatów mobilnych wynoszą od 0,8 do 2,4 mikrona, jednak ten ostatni jest precyzyjnie osiągany poprzez łączenie subpikseli, o czym mówiliśmy w poprzednim akapicie.

Im więcej światła przechwyci czujnik, tym lepsze będą obrazy rejestrowane przez aparat. Jest to szczególnie ważne podczas fotografowania w warunkach słabego oświetlenia. I w takiej sytuacji może się okazać, że sensor z mniejszą ilością większych pikseli da lepszy obraz niż sensor z większą ilością mniejszych pikseli, bo każda fotodioda złapała więcej światła i odpowiednio więcej informacji.

Oznacza to, że aparat z mniejszą liczbą pikseli w specyfikacji może przewyższyć aparat z ogromną liczbą pikseli, ponieważ same piksele są większe.

We współczesnych smartfonach wymiary czujników są podawane w ułamkach cala. Największy czujnik - 50-megapikselowy Samsung ISOCELL GN2 - jest zainstalowany w Xiaomi Mi 11 Ultra: jego przekątna to 1/1,12 cala.

Soczewki

Zastosowane obiektywy mają znaczący wpływ na jakość obrazu. Składają się z soczewek - przezroczystych płytek o określonych właściwościach optycznych. Główną funkcją soczewki jest prawidłowe zniekształcanie padającej wiązki światła. Rodzaj zniekształcenia zależy od kształtu płyty.

Soczewki najczęściej składają się z wielu soczewek, ponieważ jedna to za mało. Zakrzywione i wklęsłe soczewki o różnej gęstości przeplatają się ze sobą. Prawidłowy wybór i umieszczenie w obiektywie wpłynie na wyrazistość i kontrast obrazu. W przypadku zakrzywionych soczewek mogą wystąpić zniekształcenia optyczne. Przeciwnie, w niektórych obiektywach, takich jak obiektywy szerokokątne, dystorsja stała się cechą stylistyczną. To prawda, że niektóre urządzenia korygują je programowo na etapie przetwarzania końcowego.

We współczesnych smartfonach moduły aparatów składają się z kilku obiektywów, z których każdy ma własny sensor, odpowiedni do konkretnego zadania. Najczęściej są to obiektywy standardowe, szerokokątne i makro. Jednocześnie nie można powiedzieć, że smartfony z kilkoma obiektywami ewidentnie strzelają lepiej niż z jednym: zależy to od wykonania konkretnego urządzenia. Może się zdarzyć, że spośród wielu kamer w jednym module żadna nie da akceptowalnego wyniku, a ilość nie zamieni się w jakość.

Ogniskowa i przysłona

Im mniejsza ogniskowa, tym wyższy kąt widzenia obiektywu i odwrotnie - obiektywy o dużej ogniskowej strzelają daleko, ale jednocześnie z małym kątem widzenia.

Przysłona pokazuje, ile światła dociera do czujnika aparatu przez obiektyw. Większość smartfonów ma stałą przysłonę, czyli stosunek ogniskowej do wielkości wlotu aparatu.

Im więcej światła padnie na matrycę i im większy wlot aparatu, tym głębia ostrości będzie płytsza, czyli tylko obiekt będzie ostry, a tło za nim będzie rozmyte.

Aby zwiększyć głębię ostrości, musisz zmniejszyć wlot, ale zmniejszy to również jasność. W smartfonach najczęściej osiąga się to programowo. Jednak nowoczesne urządzenia wykorzystują moduły z kilkoma obiektywami - z obiektywami o różnych rozmiarach, o różnych ogniskowych i przysłonach. Zamiast więc polegać na przetwarzaniu oprogramowania, możesz przełączać się między obiektywami.

Smartfony są dziś wyposażone w zaawansowane systemy autofokusa. Na przykład w technologii PDAF niektóre punkty na czujniku aparatu są używane jako punkty ogniskowe. Dwa sąsiadujące ze sobą piksele są tak rozmieszczone, że jeden z nich odbiera strumień światła dochodzący z góry, a drugi z dołu, a system dostosowuje ostrość, jeśli na piksele pada różne ilości światła.

Jest też autofokus laserowy i kontrastowy. Niektóre firmy stosują w aparatach technologie, które pozwalają skupić się na określonych obiektach w kadrze, np. rozpoznają twarze i uwydatniają je.

Powiększenie

Zoom pokazuje, jak blisko może być obraz. Dostępne są dwie opcje powiększenia: cyfrowe i optyczne. Digital po prostu powiększa i przycina obraz w pełnym rozmiarze. Soczewka optyczna wykorzystuje specjalne soczewki do powiększenia, które dzięki odpowiedniemu systemowi soczewek mogą patrzeć daleko.

Wraz z rozwojem aparatów w smartfonach zaczęło pojawiać się coraz więcej modułów z zoomem optycznym – zazwyczaj 2X lub 3X. Istnieją jednak również opcje, które producenci nazywają peryskopami. Takie obiektywy wykorzystują układ soczewek i lusterek umieszczonych bokiem w korpusie smartfona, a dzięki nim można uzyskać np. pięciokrotny zoom. To, jak blisko obrazu można się zbliżyć, zależy od ogniskowej.

Maksymalny zoom optyczny, jaki oferują dziś smartfony, to 10x. Znajduje się w Huawei P40 Pro+ (to w nim zastosowano ten sam „peryskop”) oraz w poszczególnych obiektywach Samsunga Galaxy S21 Ultra. Na te przypadki, kiedy tak mocny zoom nie jest potrzebny, smartfony te mają też obiektywy o mniejszym powiększeniu – trzykrotnym.

Czujniki pomocnicze

Czujniki światła, czujniki głębokości, dalmierze, lidary – wszystkie te systemy pomagają smartfonowi zrozumieć, gdzie znajdują się fotografowane obiekty, jak są oświetlone, czy się poruszają, czy nie. Smartfon wykorzystuje uzyskane dane zarówno w wizjerze, jak i w procesie post-processingu, dopełniając i edytując obraz.

Rozdzielczość sensorów jest daleka od najważniejszego parametru: wystarczy bardzo mała liczba pikseli, aby dobrze spełniały swoje funkcje. Dlatego nie powinien dziwić widok np. czujnika głębokości o rozdzielczości 2 megapikseli: jest ich wystarczająco dużo do jego działania.

Rozdzielczość wideo i szybkość klatek

Rozdzielczość wideo wskazuje, ile pikseli będzie zawartych w jednej klatce. A liczba klatek na sekundę to liczba takich klatek na sekundę.

Wraz ze wzrostem pikseli poprawia się szczegółowość i wyrazistość obrazu. Wraz ze wzrostem liczby klatek na sekundę zmniejsza się efekt rozmycia, wideo wygląda ostrzej i jest lepiej odbierane przez ludzkie oko. Co więcej, wideo nagrane z dużą liczbą klatek na sekundę można następnie spowolnić do znanych 24 klatek na sekundę, aby uzyskać interesujący efekt zwolnionego tempa.

HDR

HDR oznacza High Dynamic Range, co oznacza dużą różnicę między najciemniejszymi i najjaśniejszymi częściami obrazu. Aparat w trybie HDR wykonuje kilka zdjęć (w przypadku filmowania - klatek) z różnymi ekspozycjami, a następnie łączy je, równoważąc jasne i ciemne obszary. Dzięki temu możliwe jest osiągnięcie wyższego kontrastu i szczegółowości obrazu.

Magia przetwarzania końcowego

Suche cechy aparatów smartfonów są oczywiście mylące i przerażające. A głównym problemem jest to, że nierealne jest zrozumienie wyłącznie z tych liczb, jak będzie strzelać aparat smartfona.

Oprócz systemu obiektywów i czujników wokół aparatu jest też uprząż od procesora obrazu i oprogramowanie do postprocessingu – algorytmy analizujące otrzymane dane i wykorzystujące różne autorskie wzmacniacze. W rezultacie firmy korzystające z tych samych czujników mogą otrzymać zupełnie inne obrazy ze względu na różne systemy przetwarzania końcowego.

Każdy producent ma własne podejście do oddawania barw i analizy granic obiektów. Każda firma stosuje różne sztuczki i technologie, aby uzyskać obraz pasujący do ich poczucia piękna. Niektóre marki wykorzystują uczenie maszynowe do poprawnej identyfikacji obiektów w kadrze i tego, jak powinny wyglądać idealnie, i to również jest częścią przetwarzania.

Weźmy prosty przykład wśród dość popularnych smartfonów. W Realme 7 Pro i Samsung Galaxy M51 główne aparaty zbudowane są na tych samych sensorach – Sony IMX682. Jest to 64-megapikselowy czujnik zasilany przez system agregacji subpikseli Quad Bayer i wytwarza obrazy o rozdzielczości 16 megapikseli (ale również może pracować w trybie pełnowymiarowym). Pomimo tego, że mają te same sensory, same obrazy są zupełnie inne.

Odwzorowanie kolorów Samsunga w świetle dziennym jest bardziej soczyste i żywe, aczkolwiek bez przesycenia. Zdjęcia z Realme 7 Pro otrzymały nieco bardziej miękką i bardziej realistyczną gamę, ale czasami giną w nich granice drobnych detali, np. pojedyncze źdźbła trawy, nakręcone stosunkowo daleko. W Samsungu system post-processingu i redukcji szumów wyraźniej wyznacza granice, co jednak czasami stwarza wrażenie sztuczności. Mylące zdjęcia zrobione tymi telefonami nie zadziałają, pomimo tych samych czujników.

Jak działa przetwarzanie końcowe obrazów na konkretnym telefonie, nie można zrozumieć na podstawie cech. Pomogą tu tylko profesjonalne recenzje ze zdjęciami testowymi wykonanymi w różnych trybach.

Brak wiary w megapiksele

Specyfikacje nie gwarantują jakości obrazu. Nie można twierdzić, że aparat 108 Mpix będzie strzelał lepiej niż aparat 64 Mpix, bo oprócz megapikseli na wynik wpływają też inne parametry aparatu.

Pierwszym krokiem jest zwrócenie uwagi na wielkość matrycy: im jest ona większa, tym więcej światła otrzymuje, a jakość obrazu zależy bezpośrednio od ilości światła. Następna w kolejności jest sprzętowa część systemu przetwarzania obrazu, a następnie oprogramowanie. Jak działają, można zrozumieć tylko oglądając zdjęcia wykonane telefonem z tym systemem.

Jedyną opcją jest zaufać recenzjom, w których zdjęcia testowe publikowane są w różnych warunkach fotografowania: w różnych warunkach oświetleniowych, w ruchu, z różnych odległości i tak dalej. I nie zapominaj, że głównymi narzędziami fotografa i operatora są proste ramiona i umiejętność uchwycenia chwili. A reszta jest drugorzędna.