Рассказываем о широко распространенной и полезной технологии в камерах смартфонов.
Все хотят, чтобы при съемке фотографии получались ясными и четкими, а фотографируемый объект - отчетливым и резким, то есть находился в фокусе. В настоящее время во всех современных гаджетах есть автоматический фокус, при котором устройство самостоятельно размещает линзы на таком фокусном расстоянии, которое позволит запечатлеть предмет съемки без смазывания.
Со стороны кажется, что все происходит просто и быстро - достаточно навести камеру на нужную область кадра, и фотография готова. На самом деле за короткий промежуток времени происходит масса незаметных нам процессов и вычислений.
В большинстве устройств используется автоматическая фокусировка, реализованная на основе сканирования световых фаз - фазовый автофокус. Попробуем описать его принцип действия доступным языком.
Впервые такой тип автофокусировки был установлен в зеркальных фотоаппаратах, где зарекомендовал себя как стабильный и быстрый. Позже фазовым автофокусом стали снабжаться фотокамеры смартфонов - сейчас этим никого не удивить.
Как работает фазовый автофокус?
От всех областей фотографируемой картинки потоки света попадают в объектив камеры, а после этого на светочувствительный сенсор - матрицу камеры. На ней расположен фазовый датчик (зачастую не один), который анализирует равномерность поступивших световых фаз. Если они одинаковы, фокусное расстояние относительно объекта съемки выбрано верно. При расхождении характеристик полученных световых потоков этот датчик сообщает об этом процессору камеры, который перемещает линзы объектива для получения верных параметров световых фаз. Эти измерения происходят очень быстро.
В большинстве мобильных камер фазовые датчики располагаются равномерно по площади будущего кадра, чтобы охватить зоной резкости любой отдельный объект. Благодаря этому возможно объединение резкости на нескольких объектах съемки, находящихся на примерно одинаковом расстоянии от объектива.
Чтобы наглядно представить работу и расположение фазовых датчиков на матрице, давайте вспомним процесс фотографирования на цифровой мыльнице или зеркальном фотоаппарате. Перед тем, как сделать фотографию, мы не до конца нажимаем на кнопку спуска затвора. В этот момент происходит оценка возможных объектов фокусировки - на дисплее они помечаются многочисленными квадратиками или красными точками. Это и есть проявление работы фазовых детекторов.
Плюсы и минусы
Достоинство фазового автофокуса - высокая скорость наведения, особенно по сравнению с устаревшим контрастным аналогом. Процессору камеры и детекторам необходимы доли секунды для замера и установки резкости, причем ошибки фокусировки достаточно редки.
В современных флагманских смартфонах количество детекторов настолько велико, что может покрывать до 20% матрицы, поэтому качество снимков значительно возрастает. Некоторые производители, например Samsung, снабжают матрицу камеры своих гаджетов световыми датчиками на все 100% - речь идет о технологии Dual Pixel , о которой мы подробно рассказывали .
Еще один несомненный плюс фазового автофокуса - возможность фокусироваться на движущихся объектах. Несмотря на то, что картинка в этом случае стремительно меняется, датчики наводят резкость на нужный предмет.
Недостаток фазового автофокуса - увеличение вероятности неверной фокусировки при недостаточном освещении, когда фотографируемый объект располагается на значительном расстоянии от камеры. В этом случае световым детекторам недостаточно информации о фотографируемых объектах.
Напоследок простой, но полезный совет. Чтобы получить фотографию с резкостью в нужной вам области (не только по центру), при наведении смартфона прикоснитесь к дисплею в требуемой точке фокуса.
Как работает автофокус в смартфоне? Какой тип автофокуса работает лучше? Плюсы и минусы лазерного, фазового и контрастного АФ. Чем так хорош dual-pixel?
Как работает автофокус в смартфоне? На этот вопрос нет простого ответа. Нужно разобраться с каждой разновидностью автофокуса, изучить особенности конкретной технологии фокусировки. Только после этого можно делать хоть какие-то выводы. Поэтому сейчас мы поговорим и о разновидностях технологий автоматической фокусировки, и о достоинствах и недостатках каждой из них.
Что такое фокус и автофокус камеры
Тут все просто: линза объектива преломляет лучи и собирает весь свет в одной точке – фокусе. И если в этой точке находится сенсор матрицы, то кадр получается более детализированным и качественным. Естественно этим физическим явлением пользуются все фотографы. Они помещают «в фокус» какую-либо часть кадра, настраивают объектив вручную и акцентируют внимание зрителя на переднем или заднем плане, главном объекте или второстепенной детали. Остальная часть картинки окажется размытой.
Ну а начинающие фотографы могут воспользоваться системой автоматической фокусировки, когда автоматика захватывает «в фокус» один или несколько объектов в кадре, управляя и объективом, и матрицей. И эти объекты (или объект) получаются максимально резкими и детализированными. И никакого мастерства и чувства кадра здесь уже не нужно.
Вероятно, именно поэтому цифровая фотография стала более популярной, чем пленочно-бумажная версия искусства. Ведь автофокус в камере телефона или дешевого фотоаппарата позволяет сделать детальный снимок без лишних усилий. Весь процесс сводится к простому правилу: «наводи и щелкай».
Разновидности автофокусов и базовые принципы их работы
Линза камеры фокусирует лучи, отраженные от предмета, расположенного в пространстве перед объективом. При наведении фокуса камера ориентируется на расстояние до объекта и на интенсивность свечения, исходящего от него. На сегодня существует две разновидности режимов автоматической фокусировки:
- Активный вариант – он базируется на измерении расстояния с помощью локатора-дальномера.
- Пассивный вариант – он работает со световым пучком, замеряя его интенсивность.
Первый (активный) режим использует лазерное инфракрасное или ультразвуковое излучение с известной скоростью распространения волны в воздухе. Модуль-излучатель испускает направленный поток, который отражается от объекта и улавливается модулем приемником через некоторый промежуток времени. Далее вычислитель автофокуса умножает это время на известную скорость распространения волны и делит результат на два, получая точное значение расстояния. Направив излучатель на нужную область, пользователь получает оптимальную фокусировку, ориентируя внимание зрителя именно на этот участок фотографии.
Второй (пассивный) режим устроен несколько иначе. Он использует особые датчики (фотодиоды), измеряющие интенсивность свечения и специальный процессор, который определяет фокус по величине этого параметра. На практике это выглядит вот так: датчики фиксируют интенсивность свечения, далее процессор сдвигает фокус, после этого происходит повторный замер интенсивности, если плотность потока увеличилась, то фокусировка считается приемлемой. Если нет – происходит повторное смещение фокуса. И так до обнаружения максимальной интенсивности. В матрицах серьезных камер присутствует до 40-60 фотодиодов.
На основе этих принципов работают самые известные системы фокусировки: фазовая, лазерная, контрастная и dual-pixel. И далее по тексту мы каждый вариант, оценив попутно их базовые достоинства и недостатки.
Достоинства и недостатки лазерного автофокуса
В этом случае в модель камеры телефона встраивают лазерный излучатель и приемник. Первый генерирует узконаправленный луч, второй принимает отраженный сигнал. В итоге скорость наведения фокуса сокращается до тысячных долей секунды. Обычно речь идет о 250-300 миллисекундах, поскольку лазер распространяется со скоростью света.
Основное достоинство лазерного фокуса – высокая скорость реакции модуля, а основной недостаток – частые сбои. Узконаправленный лазерный излучатель иногда «стреляет» мимо цели, а отраженный сигнал легко теряется, особенно на открытых пространствах. Поэтому лазерный автофокус в камере смартфона в большинстве случаев работает в паре с фазовым или контрастным вариантом наведения.
Особенности фазовой фокусировки
Технология основана на дроблении луча, проходящего сквозь объектив на два потока. Это делается для того, чтобы замерить расстояние между потоками, проходящими сквозь противоположные края объектива. Если это расстояние укладывается в определенные величины, заданные в массиве данных, картинка считается сфокусированной. Для фиксации расстояния используются особые датчики, реагирующие на свет. Их сигналы обрабатываются процессором, который сравнивает считанные параметры с базовым массивом данных и дает сигнал сдвинуть фокус в нужную сторону.
Основное достоинство технологии – готовность поймать в фокус движущийся объект. Кроме того, этот вариант работает быстрее контрастного автофокуса. А еще эту систему можно использовать для подсчета такого параметра, как глубина резкости.
Главный минус фазовой технологии – сложная реализация. Система призм, зеркал, линз требует сверхточной физической юстировки и не менее скрупулезной программной настройки. Кроме того, точность такого фокуса зависит от светосилы объектива, а у мобильных телефонов с этим параметром бывают большие проблемы.
Плюсы и минусы контрастного фокуса
Технология не меняет ни матрицу, ни оптическую систему камеры смартфона. В качестве датчика тут используют либо весь фотосенсор, либо его часть. Процессор считывает текущую гистограмму с сенсора и оценивает контрастность кадра. А потом объективу дается команда сместить фокус, после чего происходит новое считывание гистограммы с переоценкой контрастности. И весь цикл повторяется до достижения максимального уровня контрастности в выбранной области кадра, на которую наводится фокус.
Главное достоинство технологии – это сочетание простоты реализации, дешевизны конструкции и компактных размеров. Такими автофокусами пользуются все производители бюджетных смартфонов.
Ключевой недостаток данного варианта – очень медленная скорость работы. Иногда процессор уходит в режим вечной «охоты за фокусом», которая кончается потерей редкого кадра.
Технология Dual Pixel
Такая технология фокусировки используется в дорогих зеркальных камерах. В мобильных устройствах ее пока применяют лишь во флагманских моделях Samsung, намеренно занижая разрешение фотографической матрицы с одновременным увеличением ее физических габаритов.
На эти ухищрения идет из-за желания привязать к каждому пикселю фотографического сенсора индивидуальный датчик, реагирующий на интенсивность свечения. Потом сигналы от датчиков обрабатывают и по фазовому и по контрастному алгоритму фокусировки, добиваясь не только идеально резкого, но и максимально контрастного изображения.
Если в случае с классическим фазовым фокусом на долю датчиков приходится не более 10% от общего числа пикселей в камере, то в случае с Dual Pixel они делятся в пропорции 50/50. Проще говоря, каждый пиксель является светочувствительным элементом и датчиком одновременно. Данная технология обеспечивает более точную и быструю фокусировку.
Из недостатков Dual Pixel следует отметить очень сложную реализацию подобных решений. Такими фокусами оснащают только флагманские устройства, например, аппараты из S-серии компании Самсунг (от седьмой модели и выше). Нечто подобное есть в последних iPhone (от шестой модели и выше), но у Apple эта технология фокусировки называется Focus pixels, и она ближе к обычному фазовому автофокусу, чем к Dual Pixel.
Уже несколько лет как смартфоны вытеснили фото-мыльницы в вопросах любительской съёмки! Такой исход предсказуем, мобильное устройство всегда при себе, а также обладает более компактным корпусом, который легко помещается в карман. На этой почве качество мобильных фотомодулей постоянно растет, а некоторые функции «старших братьев» получают мобильную адаптацию! Одна из таких возможностей - продвинутый режим с ручными настройками.
Ручной режим на смартфонах позволяет контролировать основные параметры: длительность выдержки, светочувствительность ISO матрицы, баланс белого и фокусное расстояние. Диапазон регулировки зависит от конкретной модели. Для примера использовался с Oxygen 4.1.6 (Android 7.1.1) на борту.
Полноценный мануальный режим в смартфонах впервые появился в моделях конца 2014 - начала 2015 года. В числе первых оказались: Sony Xperia Z3, Samsung Galaxy S6, LG G4. Говорить о более свежих смартфонах не приходится. Ручной режим в современном флагмане - не уникальная фишка, а часть стандартного оснащения.
Смартфоны среднего ценового сегмента также не стоят на месте. Презентованный в прошлом году ASUS Zenfone 3 относится к среднеценовому сегменту, но при этом получил хороший модуль Sony Exmor IMX298 в сочетании с продвинутым программным обеспечением. Со временем, всё большее число моделей в разных ценовых категориях будут получать подобные возможности.
Экспозиция
Рассказ о ручном режиме следует начать именно с этого понятия. Что такое экспозиция? - Это величина засветки матрицы, которая определяется тремя параметрами: диафрагмой, выдержкой и светочувствительностью. Последний из них никак не влияет на количество света, попадающего на матрицу, однако является отличным рычагом для регулирования освещенности кадра. Кроме того, из-за конструктивных особенностей смартфона, значение диафрагмы не меняется - в руках мобильного фотографа остаются два рычага.
Стоит учитывать, что для достижения одинаково правильной экспозиции можно подобрать ни одно сочетание заданных параметров. Выбор конкретного набора в большей степени зависит от внешних условий. О том, как именно, дальше в статье.
Выдержка
С технической точки зрения, выдержка определяет время, на которое открывается затвор светочувствительного сенсора для захвата света. Чем длиннее выдержка, тем больше света успевает попасть на матрицу, что в результате даёт более освещенный кадр.
Длительность выдержки измеряется в секундах, для современных цифровых камер типичное минимальное значение составляет 1/8000 секунды. Верхний предел определяют создатели программного обеспечения, в моём случае это 30 секунд. Казалось бы, чем короче выдержка, тем меньшее время тратится на создание кадра, а значит короткие значения более выгодны. Однако длительность выдержки прямо пропорционально количеству света, которое попадает на матрицу, следовательно, на короткой выдержке есть риск получения слишком темных, недоэкспонированных кадров. Также возможна обратная ситуация, результатом длиной выдержки может стать пересвеченный кадр, при сходных значениях диафрагмы и светочувствительности.
В первую очередь, стоит учитывать динамику движения объектов в кадре. Чем быстрее движется объект съёмки, тем меньшая выдержка требуется для получения резкой фотографии. Второй фактор: смартфон должен оставаться статичным во избежание получения смазанных фотографий. При значении выдержки больше чем 1/15 секунды рекомендуется фиксировать камеру, например с помощью трипода или штатива, иначе теряется чёткость кадра. Исключение - смартфоны с системой оптической стабилизации, с их помощью можно получать не смазанные кадры на более длинной выдержке с рук.
Второе значение выдержки - художественное. В зависимости от её длинны можно по-разному передавать движение объектов в кадре. Либо создавать фотографии с игрой света, например, узоры из световых линий.
Светочувствительность
Параметр определяющий яркость фотографии вне зависимости от количества света, который попадает на матрицу. Светочувствительность обозначается в ISO, чем выше значение, тем ярче готовый результат. В мире цифровой фотографии одинаковые значения на разных матрицах дают различающийся результат, поэтому стоит учитывать специфику каждого отдельного устройства.
Увеличением значения можно компенсировать короткую выдержку. Необходимо быть внимательным, высокие значения приводят к цифровому шуму, вплоть до полной порчи фотографии.
Фокусное расстояние
Системы автофокусировки смартфонов постоянно эволюционируют. От базового контрастного до продвинутого фазового! Также встречаются гибридные системы, которые используют дальномерный лазер - он работает в любых условиях. В результате эволюции время фокусировки с одной секунды уменьшилось в среднем до 0,3 секунды в благоприятных условиях.Последнее предложение - ключевое, ведь даже современным системам не всегда по зубам плохо освещенные сцены. Автофокус срабатывает непозволительно долго, либо вообще ошибается. В таких ситуациях выгодно воспользоваться ручными настройками. Также ручная фокусировка выгодна при съёмке одного и того же объекта с помощью штатива, чтобы избежать постоянной перефокусировки, а следовательно исключить ошибки и ускорить процесс.
Баланс белого
Баланс белого - это опция цветокоррекции, основанная на температуре источника освещения. Корректно подобранные значения обеспечивают правильную передачу цветов на фотографии. Как правило, в смартфонах используется продвинутая шкала в Кельвинах с шагом в 100 единиц. Однако, в том же OnePlus 3T доступны только несколько пресетов, которые определяют освещенность кадра: облачно, дневной свет и так далее.
В подавляющем числе случаев автоматика срабатывает на отлично! Современные алгоритмы правильно отрабатывают однородный свет. Проблемы возникают, когда кадр освещен несколькими источниками с разной цветовой температурой. Типичный пример - солнечный свет из окна и люминесцентная лампа в комнате.
Зачем могут пригодиться ручные настройки?
Автоматика - это вечный компромисс между временем съёмки и качеством получающегося кадра. Алгоритмы нацелены на быструю съёмку с рук и не подозревают о том, какой именно кадр хочет получить фотограф. Также, экспозамер не лишен недостатков, в сложных условиях не исключена ошибка! В этой ситуации на помощь приходит ручной режим, который хоть и требует большего времени на подготовку к съёмке, однако в умелых руках помогает получить лучший результат.
Не стоит пренебрегать подобными продвинутыми возможностями камеры смартфона. Это далеко не бесполезная функция, с её помощью можно выжимать из мобильный камеры максимум! С описанными выше параметрами довольно легко разобраться, взять на вооружение и погрузиться в мир фотографирования. Не исключено, что простой смартфон - ваш билет в мир профессиональной фотографии с соответствующим оборудованием и знаниями!
Автофокус является устройством, встроенным в камеру мобильного телефона. Модуль автоматически наводит оптику объектива на нужную точку в кадре, определяя ее удаленность и местоположение. Технология автофокуса позволяет получить снимки лучшего качества с правильно отрегулированной резкостью и без применения дополнительных настроек.
Автофокус в мобильных телефонахАвтоматическая фокусировка является обязательной частью камеры большинства современных мобильных телефонов.
Данная функция является нужной, поскольку зачастую она является единственным способом настроить резкость снимка для получения кадра необходимого качества. И если в полноценных камерах часто существует возможность настроить фокусировку вручную, большая часть мобильных телефонов не имеет такой возможности, а потому улучшить качество снимка другими способами не получится.Использование автофокусаВ мобильных телефонах и смартфонах функция автоматической фокусировки активирована по умолчанию и используется при проведении любого снимка. Чтобы сделать фокусировку, достаточно нажать на функциональную клавишу аппарата для произведения снимка. Также многие телефоны фиксируют текущий кадр при нажатии на соответствующую область сенсорного экрана. Устройство автоматически определит объект, относительно которого необходимо настроить фокус, и произведет нужный снимок.Современные мобильные телефоны также поддерживают более полный режим автоматической фокусировки, который реализуется с использованием кнопки затвора камеры. Для произведения настройки пользователю требуется спустить клавишу приблизительно до половины. Это дает возможность камере произвести фокусировку, настройку резкости и яркости. После срабатывания автофокуса и получения соответствующего сигнала пользователь может дожать кнопку, чтобы сработал затвор. Аналогичным образом работает кнопка фокусировки на сенсорных экранах – пользователю необходимо нажать и удерживать пальцем клавишу до тех пор, пока камера не настроит фокус. Отпустив палец, пользователь произведет снимок, который будет сохранен в памяти устройства.НедостаткиТем не менее в технологии автофокуса существуют некоторые недостатки. Зачастую автоматическая фокусировка не может определить объект, относительно которого необходимо выполнять настройки резкости. Иногда камера не способна найти несколько объектов для фокусировки, что также понижает качество снимка. Тем не менее с выпуском каждого нового мобильного аппарата технология автоматической фокусировки совершенствуется и ее функционирование улучшается, что позволяет делать хорошие и качественные кадры. Также некоторые современные устройства оборудованы настройкой параметров ручного фокуса, что позволит решить данные проблемы при произведении некоторых снимков.
Автоматическая фокусировка является обязательной частью камеры большинства современных мобильных . Данная функция является нужной, поскольку зачастую она является единственным способом резкость снимка для получения кадра необходимого качества. И если в полноценных камерах часто существует возможность настроить фокусировку вручную, большая часть мобильных телефонов не имеет такой возможности, а потому улучшить качество снимка другими способами не получится.
Использование автофокуса
В мобильных телефонах и функция автоматической фокусировки активирована по умолчанию и используется при проведении любого снимка. Чтобы сделать фокусировку, достаточно нажать на функциональную клавишу аппарата для произведения снимка. Также многие фиксируют текущий кадр при нажатии на соответствующую сенсорного экрана. Устройство автоматически определит объект, относительно которого необходимо настроить фокус, и произведет нужный снимок.
Современные также поддерживают более полный режим автоматической фокусировки, который реализуется с использованием кнопки затвора камеры. Для произведения настройки пользователю требуется спустить клавишу приблизительно до половины. Это дает возможность камере произвести фокусировку, настройку резкости и яркости.
После срабатывания автофокуса и получения соответствующего пользователь может дожать кнопку, чтобы сработал затвор. Аналогичным образом фокусировки на сенсорных экранах – пользователю необходимо нажать и удерживать пальцем клавишу до тех пор, пока камера не настроит фокус. Отпустив палец, пользователь произведет снимок, который будет сохранен в памяти устройства.
Недостатки
Тем не менее в технологии автофокуса существуют некоторые недостатки. Зачастую автоматическая фокусировка не может определить объект, относительно которого необходимо выполнять настройки резкости. Иногда камера не способна найти несколько объектов для фокусировки, что также понижает качество снимка.
Тем не менее с выпуском каждого нового аппарата технология автоматической фокусировки совершенствуется и ее функционирование улучшается, что позволяет хорошие и качественные кадры. Также некоторые современные устройства оборудованы настройкой параметров ручного фокуса, что позволит решить данные проблемы при произведении некоторых снимков.
Авто обеспечивает автоматическую наводку объектива в кадре и настройку резкости. Режимы автофокуса на большинстве камер одинаковы, как и принцип работы. Данная функция имеет различные настройки, которые позволяют фотографу настроить камеру под съемку практически любых фотографий.
Инструкция
Для включения режима автофокуса на многих профессиональных и полупрофессиональных камерах используется специальный переключатель, который может быть установлен в двух режимах: AF или M. AF – стандартное сокращение для названия функции автофокуса, а M включает режим ручной настройки резкости. Если на камере данный переключатель отсутствует, значит выбор режима осуществляется через соответствующий пункт меню. Если вы не можете найти данную функцию, воспользуйтесь инструкцией для фотоаппарата, которая обычно поставляется в комплекте.
На некоторых камерах автофокус также имеет различные режимы. AF-A отвечает за полностью автоматическую регулировку резкости кадра. Камера автоматически определяет объект, на котором необходимо произвести фокусировку. Данная функция хорошо подходит для большинства кадров.
