Porady

Poznajmy technologię – jak działa aparat fotograficzny w smartfonie?

11 maja 2016, Aktualizacja 27 kwietnia 2018Lenovo

jak działa aparat fotograficzny w smartfonie

Rosnąca popularność funkcji fotograficznych smartfonów sprawiła, że aparat jest obecnie jednym z trzech najważniejszych elementów nowoczesnych telefonów – obok ekranu i chipsetu (w którego skład wchodzi m.in. procesor). Aktualnie (maj 2016) jesteśmy w szczycie zainteresowania producentów tym elementem smartfonu. Aparaty zyskują nowe funkcje i poszerzają swoje możliwości fotograficzne, nierzadko w zaskakujący i nieszablonowy sposób, np. korzystając z dwóch obiektywów.

Choć między aparatami w smartfonach a klasycznymi aparatami występują istotne różnice, kupujący powinni kierować się podobnymi kryteriami.

Podstawy

Zasada działania oby rodzajów aparatów jest ta sama. Światło wpadające do obiektywu jest ogniskowane na elemencie światłoczułym, czyli matrycy. W przypadku smartfonów jest to matryca CMOS (ang. Complementary Metal Oxide Semiconductor) – użycie matrycy CCD  (ang. Charge Coupled Device) wyklucza jej wysokie zapotrzebowanie na energię.

Matryca składa się z kilku milionów pikseli (milion pikseli to megapiksel – Mpix), czyli punktów, które reagują powstaniem prądu elektrycznego na padające na nie fotony. Sygnał pochodzący z pikseli jest zbierany, wzmacniany i przetwarzany na cyfrową wersję fotografowanej sceny. Aby zdjęcie zawierało informacje o kolorach fotografowanych obiektów nad matrycą znajduje się kolorowy filtr Bayera, będący mozaiką kolorów czerwonego, niebieskiego i zielonego. Za jego sprawą pojedynczy piksel rejestruje światło w tylko jednym kolorze. Filtr Bayera (zwany też RGBG) ma przewagę koloru zielonego nad pozostałymi, co odpowiada zwiększonej czułości ludzkiego oka na tą barwę. Niektóre rozwiązania dodają do mozaiki filtr o neutralnej barwie, co zwiększa ilość światła podającego na matrycę (niżej przeczytasz dlaczego jest to pożądany efekt).

Parametry matrycy

Cechą, na którą najczęściej zwraca się uwagę przy wyborze aparatu jest rozdzielczość matrycy. Większa liczba pikseli daje obraz o większej szczegółowości. Jednak wzrost nie jest liniowy – dwa razy większa liczba megapikseli nie daje dwukrotnie bardziej szczegółowego zdjęcia. W rzeczywistości jakość zdjęcia zależy nie tylko od rozdzielczości, ale też od fizycznego rozmiaru matrycy czy rozmiaru pojedynczego piksela. A dokładniej mówiąc –  od zachowania balansu między wymienionymi trzema parametrami. Matryce w smartfonach są bardzo małe (w porównaniu, np. do lustrzanek) – ich średnica mierzona jest w pojedynczych milimetrach. Co za tym idzie małe są też pojedyncze piksele – mają od 1 do 2 mikrona. Na tak małą matrycę pada mało światła. Właśnie dlatego telefony nie najlepiej radzą sobie z robieniem zdjęć w nocy. Zwiększanie średnicy pikseli daje bardzo dobre rezultaty przy zdjęciach w kiepskim świetle, ale pociąga za sobą spadek rozdzielczości matrycy (jej średnica nie rośnie) i szczegółowości zdjęcia. Producenci smartfonów maja różne podejście do tematu. Jedni stawiają na wysoką rozdzielczość, inni na powiększanie pikseli. Praktyka pokazuje, że skrajne przypadki nie dają dobrych rezultatów.

Obiektyw  i ogniskowa

Mała matryca nie wymaga obiektywu o dużej średnicy. W smartfonach układ optyczny składa się z kilku plastikowych lub (najlepiej) szklanych soczewek i ma tzw. stałą ogniskową. Oznacz to, że obiektyw obejmuje swoim „okiem” scenę o stałym kącie widzenia (jak duży jest ten kąt określa właśnie ogniskowa). W smartfonach nie można użyć optyki aparatu do przybliżenia fragmentu sceny. Tzw. zoom realizowany jest elektronicznie, przez wycięcie fragmentu obrazu na matrycy i rozciągnięcie go za pomocą oprogramowania aparatu. Daje to  przeciętny efekt i wiąże się z dużym spadkiem jakości zdjęcia. Dlatego też zoom w smartfonach należy wykorzystywać z umiarem. Ogniskowa aparatu mierzona jest w milimetrach. Jako punktu odniesienia używa się ogniskowej aparatów pełnoklatkowych, w których matryca (lub dawniej klatka filmu) ma rozmiar 35 mm. W tym standardzie obiektywy o ogniskowej od 12 do 24 mm uznaje się za szerokokątne, 24 – 300 mm mają zastosowanie np. w reportażu, a dłuższe to tzw. superzoomy.

Smartfony maja obiektywy o stosunkowo krótkiej ogniskowej – między 20 a 30 mm. Odpowiada to kątowi widzenia od 70 do 95 stopni. Zabiegi w rodzaju stosowania dwóch obiektywów pozwalają poszerzyć go do 135 stopni.

Przysłona i głębia ostrości

Uzyskanie ładnego zdjęcia portretowego przy pomocy smartfona jest trudne. Wymaga to zbliżenia aparatu do twarzy fotografowanej osoby (inaczej w kadrze będą też inne elementy), co skutkuje jednocześnie powstawaniem zniekształceń geometrycznych obrazu. Dlatego w kamerach montowanych z przodu smartfonu, wykorzystywanych do selfie, stosowany jest węższy kąt widzenia obiektywu.

Smartfonem trudno też uzyskać efekt rozmytego tła (tzw. małą głębię ostrości), pożądany w fotografii portretowej. Wiąże się on bezpośrednio z kolejnym parametrem obiektywu czyli przysłoną. W klasycznej fotografii, wartość przysłony określa średnicę otworu, przez który światło pada na matrycę. Niska wartość przysłony, np. f2.0 daje dużo światła na matrycy i rozmyte tło. Przy użyciu wysokiej wartości, np. f22 niemal cały kard jest ostry, ale na matrycę pada mało światła. W smartfonach, przysłona ma wartość stałą – zazwyczaj między f1.8 a f2.8. Różnica niby mała, ale trzeba pamiętać, że nawet niewielka zmiana tej wartości, np. z f2.0 do f2.8 odpowiada dwukrotnemu zwiększeniu ilości światłą podającego na matrycę.

Mała wartość przysłony działa na korzyść smartfonów – dzięki niej do matrycy dociera bardzo dużo światła. Jednocześnie szeroki kąt widzenia obiektywu sprawia, że mała głębia ostrości, charakterystyczna dla niskiej wartości przysłony, nie jest specjalnie widoczna. Zdjęcia wykonywane smartfonem to zazwyczaj pejzaże o jednolicie oddalonym planie lub fotografie portretowe, w których liczy się tylko pierwszy plan (dalsze elementy mogą być nieostre).

Autofocus

Za poprawne ustawienie ostrości na fotografowanym obiekcie odpowiada autofocus. Choć optyka obiektywu w smartfonach jest praktycznie nieruchoma to dopuszcza niewielkie zmiany ustawienia soczewek, wymagane do regulacji punktu ostrzenia. Obecnie jedynie najtańsze smartfony nie posiadają tej funkcji.

Do pomiaru ostrości stosuje się kilka metod, a czasem ich kombinację. Najpopularniejszą jest detekcja kontrastu, w której elektronika telefonu mierzy kontrast obiektów i ustawia ostrość na tym o najwyższym kontraście. Nowością spotykaną w droższych smartfonach jest pomiar metodą detekcji fazy. Lepiej niż detekcja kontrastu radzi sobie on z pomiarem ostrości ruchomych obiektów, ale bywa zawodny przy kiepskim oświetleniu. Metoda polega na porównaniu tego samego elementu kadru za pomocą sygnału pochodzącego z dwóch przeciwległych fragmentów matrycy. Uzupełnieniem dwóch powyższych technologii jest autofocus laserowy. Korzysta z odbicia od obiektu światła lasera i pomiaru odległości na zasadzie rozwiązania prostego równania matematycznego. Metoda działa błyskawicznie, nie jest zależna od oświetlenia, ale działa tylko w przypadku obiektów oddalonych na metr, dwa od telefonu.

Oświetlenie i stabilizacja

Dobre oświetlenie jest kluczowe dla uzyskania dobrego zdjęcia. Dlatego smartfony, podobnie jak klasyczne aparaty, wyposażone są w lampy doświetlające scenę. Nie są to, z drobnymi wyjątkami, klasyczne lampy błyskowe, ale silne diody LED świecące światłem stałym. Telefony nie pozwalają na ręczną konfigurację natężenia oświetlenia. Z tego powodu zdjęcia wykonane z użyciem diody często mają nienaturalne kolory i spłaszczony plan (brak głębi kadru). Z pierwszym efektem producenci próbują walczyć montując w smartfonach układy dwóch (a nawet trzech) lamp o różnej temperaturze barwowej (kolorze) światła. Mierząc kolorystykę kadru przed zdjęciem, a następnie mieszając światło z lamp udaje się uzyskać fotografie o naturalnych kolorach. Mimo to, jeśli zdjęcie nie wymaga użycia diody, lepiej ręcznie ją wyłączyć w ustawieniach.

Smartfony również nierzadko bywają wyposażone w stabilizację obrazu, czyli funkcję zapobiegania rozmyciu obrazu w skutek ruchu aparatu. Stabilizacja występuje w dwóch odmianach, elektronicznej i optycznej. W pierwszej technologii aparat wykorzystuje skrajne fragmenty matrycy, które w przypadku nieporuszonego zdjęcia nie są użyte do rejestracji obrazu. Gdy telefon wykryje ruch odpowiednio przesuwa kadr na matrycy by skompensować przesunięcie obiektywu. Lepsze efekty daje stabilizacja optyczna, w której wstrząs jest kompensowany za pomocą ruchomych soczewek obiektywu. Zmiana ich położenia koryguje bieg promieni świetlnych w kierunku matrycy. Do wykrywania wstrząsu użyty jest żyroskop znajdujący się w pobliżu obiektywu.

Co dalej

Aparaty w smartfonach wciąż czekają na najważniejszy przełom, jakim będzie szerokie wprowadzenie obiektywów o zmiennej ogniskowej. Otworzy to pole do prawdziwej rywalizacji z lustrzankami i aparatami kompaktowymi typu megazoom. Zmienna ogniskowa daj duże możliwości kompozycji kadru, wyboru punktu ostrzenia i izolowania fotografowanych obiektów od otoczenia. Rozmiary smartfonu wykluczają użycie klasycznych obiektywów zmiennoogniskowych. Optyczny zoom w telefonach uzyskany będzie dzięki użyciu specjalnych materiałów dyfrakcyjnych, układów dwóch lub więcej kamer albo soczewek, które zamiast w płaszczyźnie poziomej będą zmieniać swój układ w pionie (równolegle do obudowy telefonu). Rewolucja ta może nadejść już na początku przyszłego roku.

Jeśli chciałbyś dowiedzieć się nieco więcej o sztuce fotografowania smartfonem, zapraszamy do przeczytania specjalnie przygotowanego poradnika.

Sprawdź też smartfony Lenovo Moto serii X, które posiadają aparaty o rozdzielczości aż 21Mpix!



Jak przydatny był ten post?

Kliknij gwiazdkę, aby go ocenić!

Średnia ocena 3 / 5. Liczba głosów: 2

Dotychczas brak głosów! Oceń ten post jako pierwszy.


Powiązane Artykuły

5 aplikacji do obróbki zdjęć na telefonie

Lenovo

FotoTableciarz czyli jak fotografować tabletem?

Lenovo

Edytowanie zdjęć - HelpZone #28

Lenovo

Komentarze do artykułu


widget instagram lenovo
widget twitter lenovo
widget facebook lenovo
widget youtube lenovo
Read previous post:
Lenovo ideacentre AIO 700 – recenzja

W dzisiejszym teście z serii Hardware na Luzie przedstawimy Wam kolejny, po Lenovo AIO C40-30, komputer z serii all-in-one. Oto...

Close