Матрицы в камерах смартфонов крошечные. Мы знаем, что для получения большого количества света нужны большие оптические элементы и сенсоры. Размер во многом определяет качество изображения. Несмотря на то, что смартфоны очень малы, их камеры создают потрясающего качества изображения. Как они это делают?
Таких хороших результатов позволяет добиться вычислительная мощность процессора и специальные интеллектуальные алгоритмы. Объединив машинное обучение, компьютерное зрение и компьютерную графику с традиционными оптическими процессами, вычислительная фотография направлена на повышение качества снимков.
Интеллектуальное управление экспозицией и обработка
Одной из определяющих характеристик камеры смартфона является идея, что вы можете получить отличное изображение одним нажатием, и больше ничего не нужно делать. Вам не нужно устанавливать экспозицию и производить постобработку. Просто взгляните на то, что делает Google Pixel 2 XL при съёмке в условиях недостаточного освещения, какой у камеры широкий динамический диапазон:
Этот кадр сделан одним нажатием кнопки без какой-либо обработки. Чтобы сделать то же самое на фотокамеру, вам потребуется градиентный фильтр нейтральной плотности ND4 и экспокоррекция.
Как смартфон это делает? При нажатии на кнопку спуска затвора Pixel 2 делает 9 кадров, выравнивая и усредняя их, чтобы составить из них окончательное изображение с качеством, аналогичным тому, что можно было бы ожидать от камеры с более крупным датчиком изображения.
Pixel 2 сохраняет 9 кадров в памяти, разбивает каждый на много квадратных «плиток», выравнивает их все, а затем усредняет. Разделение каждого изображения на малые плитки обеспечивает выравнивание несмотря на движение рук фотографа во время съёмки. Такой подход также позволяет игнорировать движущиеся объекты, отбрасывая размытые элементы или повторно совмещая предметы, которые переместились с одной плитки на другую.
Камера Pixel 2 позволяет получать снимки с очень широким динамическим диапазоном при одновременном снижении шума путем усреднения изображения. Также мы не наблюдаем появление размытия движения, например, воды благодаря тому, что камера анализирует снимок и определяет отдельные объекты, что позволяет отслеживать их движение.
Автофокус
Улучшения автоматической фокусировки в сочетании с расширенной глубиной резкости, присущей маленьким датчикам позволяет получить очень быструю автофокусировку, близкую по своей скорости и точности к профессиональным камерам. Фокусировка Dual Pixel на смартфоне Google Pixel 2 использует почти весь датчик для автоматической фокусировки. Режим HDR+, который делает 9 кадров позволяет уточнять фокус и делать его более точным.
Google Pixel 2 может молниеносно сфокусироваться на объекте даже при слабом искусственном освещении благодаря Dual Pixel AF. Такие технологии, как автофокус «Dual PDAF» используются также в новой версии iPhone, но в реализации Apple он не такой быстрый.
Благодаря технологии Dual Pixel, камера может видеть стереоизображение, которое обеспечивает возможность составления карты глубины для имитации размытия фона.
Портретное освещение
Смартфоны Google Pixel и Apple iPhone имеют самые лучшие камеры. Устройства Apple имеют особое отличие от конкурентов. Их дисплее проходят точную калибровку цветопередачи. Это значит, что цвета, которые вы видите на дисплее будут точно такими же при печати на бумаге или на других устройствах, с откалиброванными дисплеями. Устройства под управлением Android пока ещё не могут этим похвастаться, но Google пытается решить эту проблему с помощью системы управления цветом.
Но давайте поговорим о портретном освещении. Посмотрите на «контурное освещение», которое может делать iPhone X, в сравнении с тем, что снимает Google Pixel 2 без каких-либо специальных функций освещения. В то время как освещение на Pixel 2 является более естественным, изображение iPhone X может быть более интересным. Оно имитирует работу студийного освещения.
Apple строит 3D-карту лица с помощью специальных алгоритмов, а затем позволяет осветить объект съемки, используя режимы, такие как «Натуральное освещение», «Студийное освещение», «контурное освещение», «Сценическое освещение» и «Монохромное сценическое освещение». Подобных эффектов можно добиться с использованием студийного освещения или при сложной обработке в Photoshop, но смартфон делает это в один клик.
HDR и широкая цветовая гамма в дисплеях
Технология HDR (High Dynamic Range — расширенный динамический диапазон) в дисплеях смартфонов делает светлые цвета ещё светлее, а тёмные — темнее. При этом повышается контрастность изображения и увеличивается количество различимых глазом цветов. Картинка становится более глубокой и насыщенной.
iPhone X является первым устройством с дисплеем, поддерживающим технологию HDR. То есть смартфон может не только снимать фото с широким динамическим диапазоном и цветовой гаммой, но затем также отображать их без отсечения тонов и цветов на своём дисплее.
Apple не только использует более широкое цветовое пространство, но также внедряет новый формат файлов «High Efficiency Image Format» (HEIF), который призван заменить JPEG, являясь более эффективным, а также позволяя хранить 10-битный цвет и отображать больший диапазон тонов на HDR-дисплеях.
Смогут ли смартфоны заменить традиционные камеры?
Для многих, да, абсолютно. Скорость автофокуса на Pixel 2 феноменальна. Система работает не только с технологией Dual Pixel. Ей помогает лазерный автофокус. Алгоритмы HDR+ будут улучшаться со временем. Huawei P20 делает снимки с расширенным динамическим диапазоном из большего, чем у Google количества фотографий и результаты впечатляют. Р20 также может объединять информацию, полученную с трёх камер, в том числе монохромного модуля с более высокой светочувствительностью, что позволяет делать снимки при очень слабом освещении. Камеры с двумя и тремя фотомодулями предлагают различные фокусные расстояния. Также существуют относительно миниатюрные внешние объективы для смартфонов.
Вот сравнение фотографий, сделанных на Pixel 2 и полнокадровую камеру, стоимостью $4000 с объективом 55mm F/1.8. Вы видите разницу?
Конечно, если быть очень внимательным, можно заметить, что на первом снимке рука настолько же резкая, как и лицо. Мы знаем, что диафрагма фотокамеры открыта до значения F/1.2. При таком значении ГРИП будет не такой глубокой.
Камеры смартфонов не только догоняют традиционные камеры. Они уже вытеснили компакты.
Удивление и восторг…
Цифровые помощники, любите вы их или нет, станут частью вашего будущего. Они расширяют возможности взаимодействия с фотографиями. Ваш смартфон всегда под рукой. Большинство современных фотокамер имеют модули Wi-Fi и Bluetooth, которые позволяют передавать снимки на телефон, а он, в свою очередь, загружает фотогарфии в Google Фото. Все сделанные снимки тут же становятся доступны на любом устройстве, имеющем доступ к аккаунту. Вам не нужно долго передавать снимки на компьютер после каждой фотосессии.
Есть у облачных сервисов и свои плюшки. Например, Google ассистент делает из фотографий забавные анимации и коллажи, сам создаёт альбомы и видеоролики, которые вы можете редактировать и настраивать по своему усмотрению.
Это прекрасный пример того, как смартфон упрощает наше взаимодействие с фотографиями и обмен снимками с друзьями и клиентами.
Светлое будущее
Это только начало. Вычислительные методы создания снимков Apple, Google, Samsung и многих других производителей эволюционируют очень быстро.
Уже сейчас программное обеспечение смогло бросить вызов физике и позволить делать потрясающие фотографии на камеры, физически не способные захватывать такой динамический диапазон и цвета в одном кадре.
Следите за новостями: Facebook, Вконтакте и Telegram
