Как выбрать смартфон с лучшей фотокамерой
Многие люди при покупке мобильного телефона, смартфона или планшета уделяют усиленное внимание функциям фотокамеры. Так как устройство почти всегда находится при своём владельце, оно зачастую служит альтернативой компактного фотоаппарата.
Все любят фотографировать на мобильный телефон, но встроенная фотокамера в каждом имеет свои различия, поэтому важно понимать, что означает каждая спецификация. Тогда вы выберите смартфон, фотокамера в котором удовлетворит ваши потребности.
В этой статье мы углубимся в значения многих функций, чтобы вы могли судить о возможностях камеры, читая описание или обзор технических характеристик.
Диафрагма
Диафрагма объектива — это отверстие, через которое свет проходит к датчику и оно обозначено числовой величиной F (например, f/2.0 или F/2.8). Чем меньше диафрагменное число, тем крупнее отверстие и тем больше света проходит через объектив, и тем лучше производительность фотокамеры во время съёмки в условиях с низким освещением. Число F, которое вы видите в спецификациях, это максимально возможное значение диафрагмы для данного фокусного расстояния (о фокусном расстоянии ниже).
К примеру, если камера снимает при F/5.6, то она захватывает меньше света, чем при F/2.0. Объектив 29 мм F/2.2 в iPhone 6 можно назвать «светосильным», это означает, что с ним вы сможете снимать при более высокой скорости затвора. Чем выше светосила объектива (чем меньше диафрагменное число), тем лучше он приспособлен для съёмки недостаточно освещённых сцен. Поэтому выбирайте фотокамеру, у которой наименьшее диафрагменное число (F/2.2 лучше, чем F/2.8).
В таких зуммирующих фотокамерах как в смартфонах Galaxy K Zoom и Galaxy S4 Zoom, чаще всего вы получаете две пары чисел с фокусным расстоянием. При этом иногда в них указана постоянная апертура, но это больше характерно для обычных цифровых фотоаппаратов, а не для смартфонов.
Фотокамера в Samsung Galaxy K Zoom оснащена объективом 24-240 мм F/3.1-6.4. Это называется переменная диафрагма. Первое диафрагменное число (F/3.1) означает максимальную диафрагму при съёмке с максимально широким углом (24 мм), а второе значение F (F/6.4) говорит о максимальном открытии диафрагмы при съёмке на теле-конце (240 мм). При масштабировании, изменении фокусного расстояния, диафрагма тоже изменяется.
Так же важно отметить, что в фотокамерах с большим датчиком, значение диафрагмы влияет на глубину резкости. Так на большой диафрагме можно получить небольшую глубину резкости, сделав таким образом красивый размытый фон, так называемое «боке». К сожалению, с маленьким датчиком, который в большенстве мобильных устройств, такой эффект получить практически невозможно.
Диафрагма F/2.8.
При увеличении диафрагменного числа до F/11, отверстие уменьшается и глубина резкости увеличивается, как на примере ниже.
Фокусное расстояние
Фокусным называют расстояние от оптического центра объектива до плоскости изображения, в телефонных камерах это означает до датчика изображения.
При масштабировании изменяется оптический центр зум-объектива, поэтому изменяется и значение фокусного расстояния. ФР также говорит нам об угле зрения, что особенно важно. Для простоты, смотрите на эквивалентное фокусное расстояние объектива, которое учитывает размер датчика и даёт вам ФР в 35 мм эквиваленте. Такой показатель можно сравнить среди различных фотокамер.
Эквивалентное фокусное расстояние говорит о том, насколько широк объектив. Вы можете использовать этот конвертер, чтобы понимать о каком угле обзора идёт речь при определённом ФР в 35-мм эквиваленте. Чем короче фокусное расстояние, тем шире поле зрения.
Так, например:
• iPhone 6 / iPhone 6 Plus: 29 мм (в 35 мм эквиваленте)
• Galaxy S5: 31 мм ( в 35 мм эквиваленте )
Можно сказать, что с iPhone 6 и iPhone 6 Plus поле зрения шире, так как 29 мм переводится в 73.4 градуса, а 31 мм – в 69.8 градусов.
При меньшем значении фокусного расстояния фотокамера может охватывать более широкую область сцены (по вертикали и горизонтали). Это очень удобно для съёмки групповых кадров, интерьеров, архитектуры, селфи и т.д. Вот почему производители смартфонов наделяют объектив фронтальной камеры меньшим фокусным расстоянием, – чтобы сделать её более подходящей для автопортретов.
Объективы с фиксированным фокусным расстоянием называют «фиксами». Это означает, что в фотокамере нет масштабирования.
В смартфонах Galaxy Zoom переменное фокусное расстояние. Например, Galaxy S4 Zoom оснащён объективом 24-240 мм F/3.1-6.4. Таким образом, 24 мм – это фокусное расстояние на широком угле, а 240 мм – на теле-конце. Конечно, диафрагма, как мы упоминали выше, максимально открыта в широкоугольном положении и минимально на теле-конце.
К слову, оптический зум рассчитывают путём деления максимального фокусного расстояния на кратчайшее. Например, в случае S4 Zoom мы делим 240 на 24 и получаем 10. Другими словами, S4 Zoom обладает 10-кратным оптическим зумом.
Размер датчика
Размер сенсора играет ключевую роль в производительности фотокамеры. Принято считать, что чем больше датчик, тем выше качество изображения. Почти всегда так оно и есть. К крупному сенсору производители могут применить больше технологических достижений, которые невозможно либо дорого внедрить в небольшие датчики. Тем не менее, среди исключительно важных спецификаций сенсора находится размер пикселей.
Пиксели измеряются в микрометрах (мкм) или микронах (μ). Некоторые производители смартфонов предоставляют этот показатель, поскольку всё больше людей осознают влияние размера пикселя на качество изображения и производительность при низкой освещённости.
Чем больше размер пикселя (фотодиод, светосила пикселей), тем выше его способность собирать свет.
Вы можете найти две камеры, сенсоры которых одинакового размера, но с различным разрешением. Здесь вам нужно определиться, выбираете ли вы низкое разрешение с крупными пикселями (например, HTC One UltraPixel) или более высокое разрешение, но с пикселями помельче. В разных фотокамерах размеры датчиков и их разрешение будут различаться.
Возможно, вам попадётся фотокамера с большими пикселями, которая при этом будет уступать в производительности при низком освещении другой камере, так как здесь важное место занимают сенсорные технологии и обработка изображений.
Например, датчики с технологией задней подсветки BSI (Back Side Illuminated) используют уникальный дизайн, значительно повышающий чувствительность к свету. В датчике BSI проводки, ответственные за передачу данных, расположены позади светочувствительной области, что позволяет производителям создавать маленькие сенсоры с большим количеством пикселей. На датчиках FSI (Front illuminated) проводки находятся спереди, занимая пространство, на котором могли разместиться крупные фотодиоды.
Датчики нового поколения демонстрируют своё превосходство над более ранними, сенсорная технология продолжает улучшаться. Смартфон HTC One UltraPixel с пикселями в 2.0 микрона не всегда приводит к более высокой производительности при низком освещении по сравнению с датчиками, чьи пиксели мельче. В настоящее время первое место занимает iPhone 6 Plus с датчиком разрешением 8 Мп и пикселями в 1.5 мкм на DxOMark. TheHTC One M8 находится на 18-ом месте, значительно уступая даже фотокамере в Samsung Galaxy S5 (3-е место), в которой 16-мегапиксельный сенсор с пикселями размером 1.12 микрон.
Размер сенсора в связке с характеристиками объектива влияет на глубину резкости. При одинаковой диафрагме более крупный датчик даст возможность достигать меньшей глубины резкости, то есть более выраженного боке. Эффект расфокусированного фона поможет выделить объект съёмки от элементов заднего фона.
Чтобы получить более размытый фон, вам нужен смартфон, в фотокамере которого крупный сенсор и большая апертура.
Размер сенсора указывают в списке спецификаций, он может быть 1/2.3″, 1/2.5″, 2/3″ и т.д. Это означает, что такова его диагональ, но не всем легко таким образом сравнить размеры датчиков. Вы можете обратиться к онлайн-инструменту для сравнения размеров сенсоров cameraimagesensor.com или открыть статью на сайте Википедия, в которой перечислены самые популярные типы датчиков с их эквивалентной шириной и высотой в миллиметрах.
Вы можете увидеть, что Nokia Lumia 1020 имеет сравнительно очень крупный датчик (2/3-дюймовый = 8.80×6.60 мм); Nokia Lumia 720 (1/3.6-дюймовый = 4.00×3.00 мм).
В следующий раз, когда вы соберётесь покупать смартфон, просматривая спецификации фотокамеры, не забудьте взглянуть на размер пикселя и габариты сенсора. Большинство современных камерофонов оснащены сенсорами BSI. В некоторых более передовые технологии, чем в других.
Стабилизация изображения
Стабилизация изображения – один из важнейших аспектов многих современных телефонных камер. Есть цифровая стабилизация изображения и оптическая. С системой оптической стабилизации фотокамера компенсирует движения рук и дрожь путём смещения элементов объектива в сторону, противоположную направлению движения, что приводит к более чётким изображениям.
Изображения из патентной заявки от Apple, в которой описывается метод для интеграции оптической стабилизации в миниатюрных камерах.
При съёмке с рук неизбежны мелкие движения, которые могут привести к смазанному снимку. Если вы установите телефон на устойчивую поверхность, такое беспокойство отпадёт. Но с мобильным телефоном большую часть времени вы снимаете с рук. Для того, чтобы получить чёткое изображение, придерживайтесь эмпирического правила выдержки, которое гласит: знаменатель выдержки должен быть не меньше числа, обозначающего фокусное расстояние в 35-милиметровом эквиваленте. То есть, чтобы получить резкое изображение при съёмке с 30-мм объективом (в эквив.), вам нужно установить скорость затвора на 1/30 сек.
Ещё можно использовать специальные устройства для стабилизации, как на изображениях выше.
При съёмке в условиях с недостаточным освещением приходится замедлять скорость затвора, в автоматическом режиме фотокамера самостоятельно переключается на низкую скорость затвора, чтобы компенсировать недостаток света. Поскольку затвор теперь открыт в течение более длительного времени, растёт вероятность эффекта «шевелёнки» в изображении.
Цифровая стабилизация работает иначе. Она использует настройки программного обеспечения в режиме реального времени, чтобы компенсировать движения. Фото или видео записываются с меньшей площадью матрицы, а свободная область используется, чтобы перемещать изображение и компенсировать любое движение. Для фотоснимков предпочтительнее оптическая стабилизация изображения, так как она эффективнее и не приводит к каким-либо изменениям в разрешении кадра. Оптическая стабилизация изображения также прекрасно работает и для видео, но и цифровая стабилизация способна творить чудеса и очень положительно влияет на конечный результат.
Эффективность оптической стабилизации измеряют в шагах (например, 5 шагов или иногда пишут 5 остановок). В спецификациях телефонов такая информация о встроенной фотокамере, как правило, отсутствует, но мы надеемся, что производители начнут её указывать, так как она помогает сравнить эффективность между двумя или более камерофонами.
Видео, демонстрирующее разницу между Samsung Galaxy S5 с цифровой стабилизацией и LG G2 с оптической стабилизацией изображения. Сравнение от PhotoArena:
Мы углублённо рассмотрели диафрагму, фокусное расстояние, размер датчика и стабилизацию изображения, теперь вы больше знаете, что означают эти спецификации. В следующих статьях разберёмся в других важных характеристиках.
Снимай, как профи: изучаем режим PRO в камере смартфона
Обычно возможностей автоматического режима камеры смартфона хватает для получения приличных любительских фотографий. А вот в необычных условиях автоматика «пасует». Фото получается размытым, темным или с неестественными цветами. Часто проблему можно решить. Для этого надо вручную выставить параметры камеры в режиме PRO. Как это сделать? Подробности — в нашем материале.
Режим PRO (также часто называемый «ручным») позволяет самому выставить параметры съемки — ISO, фокус, экспозицию и баланс белого. Иногда еще диафрагму и выдержку. Но смартфоны смартфонам рознь. На одних фотографии получаются сочные и четкие, а на других — без слез не взглянешь. Даже при одних и тех же параметрах режима PRO.
От чего зависит качество снимка
Качество современной цифровой камеры складывается из трех составляющих.
- Оптика. Чем качественнее оптика, тем меньше размывается и искажается изображение — и тем больше света попадает на матрицу.
- Матрица. Чем больше размер матрицы, ее разрешение и динамический диапазон, тем ярче и четче будут фотографии. Даже в условиях плохого освещения. Чем больше быстродействие матрицы, тем более динамичные сцены можно снимать без размытия.
С процессором и ПО на большинстве смартфонов все более-менее неплохо. Если, конечно, мы исключим совсем уж бюджетные модели. А вот оптика и матрица могут сильно отличаться на разных моделях — даже у одного производителя.
У одних оптика представляет собой пару неподвижных пластиковых линз. У других — набор стеклянных линз с изменяемым фокусным расстоянием, с диафрагмой и механической стабилизацией. Качество снимков будет отличаться соответственно.
Чтобы определить качество камеры смартфона, можно воспользоваться сторонним рейтингом DXOMARK. Составители рейтинга проводят комплексные испытания смартфонов. В своих тестах они оценивают параметры камер: экспозицию, цветопередачу, скорость и точность автофокуса, шумность. Из полученных баллов формируется рейтинг камеры смартфона. Правда, попадают в этот рейтинг далеко не все модели.
Впрочем, качество снимка зависит не только от камеры. Чем больше света попадает на матрицу, тем более детальным и контрастным будет изображение. Так, низкую светочувствительность матрицы иногда можно компенсировать хорошим освещением сцены.
Добавьте света — и даже бюджетный смартфон покажет неплохие результаты в автоматическом режиме съемки.
Чем хуже освещение, тем сильнее показатели камеры влияют на качество снимка. В автоматическом режиме при низкой освещенности фотографии часто выходят плохими. Ручной режим иногда может помочь. Но надо понимать, какой параметр за что отвечает.
Этот параметр отвечает за качество фотографии при плохом освещении. Термин перешел от пленочных фотоаппаратов. В них использовались пленки разной светочувствительности. От ISO40 для съемки в яркий день на открытом воздухе, до ISO1600 для съемки в темных помещениях. Чем выше светочувствительность пленки, тем крупнее были частицы нанесенной на нее фотоэмульсии. И тем зернистее получались фотографии.
В цифровых камерах фотоэмульсии нет. Значение ISO говорит лишь о степени усилении сигнала с матрицы. Но все-таки некоторое сходство с пленкой есть. Чем выше усиление, тем больше проявляются шумы матрицы. Изображение становится зернистым и нечетким. Насколько сильными будут шумы — зависит от изначальной светочувствительности самой матрицы. Чем она больше, тем выше максимальное ISO камеры. Это влияет на качество фотографий, сделанных при плохом освещении. Профессиональные камеры имеют максимальное ISO на уровне сотен тысяч.
У камеры обычного смартфона максимальное ISO редко превышает 400. У камерафонов может доходить до нескольких тысяч.
Увеличение ISO может помочь при плохом освещении. Но тогда шумы на фотографии становятся хорошо различимы. Если это неприемлемо, лучше попробовать другие способы «осветления» фотографии.
Выдержка (S)
Выдержка — это время, в течение которого происходит съемка кадра. Выдержка измеряется в секундах и в долях секунды. Например, ½, 1/16, 1/1000 и т.д.
На многих полноразмерных камерах выдержка регулируется механическим затвором, открывающимся на короткий промежуток времени. На смартфонах затвор обычно электронный. Это значит, что считывание информации с матрицы идет в течение какого-то отрезка времени.
Чем меньше выдержка, тем меньше успеет за это время измениться окружающий мир. Поэтому маленькая выдержка хороша для съемки динамических сцен.
Еще маленькая выдержка позволяет снимать с рук без штатива. Изображение просто не успевает смазываться. Но у маленькой выдержки есть недостатки:
- Чем меньше выдержка, тем меньше света успевает попасть на матрицу. Если светочувствительно матрицы слабая, изображения получатся темными.
- Электронный затвор при маленькой выдержке искажает фотографии. Считывание с матрицы не происходит мгновенно. Пока оно идет, сцена может немного измениться. Эффект особенно сильно проявляется на медленных недорогих матрицах.
При долгой выдержке все наоборот. Света попадает больше, некоторые камеры позволяют снимать даже ночью. Но любые движения (что объектов, что самой камеры) смазывают изображение.
Долгая выдержка может выручить при недостатке освещения. Но лучше снимать с помощью штатива или стабилизатора, а движение в кадре исключить вовсе.
С другой стороны, иногда размытие при долгой выдержке используется в качестве художественного приема.
А еще очень долгая выдержка позволяет «убрать» из кадра все движущиеся объекты.
Апертура и диафрагма (F)
Апертура объектива определяет световой поток, попадающий на матрицу. Чем она больше, тем больше света попадет на матрицу за один и тот же промежуток времени. Проще говоря, это размер отверстия, через которое свет проникает в камеру. У топовых камерофонов размер этого отверстия можно менять — изменять диафрагму. При слабом освещении ее можно открыть максимально. При сильном, наоборот, прикрыть. Это позволяет добиться стабильного результата в различных условиях. Кроме того, изменение диафрагмы меняет глубину резкости. Чем больше диафрагма, тем сильнее размываются предметы, которые не в фокусе.
Экспозиция (EV)
Экспозиция — это количество света, попадающего на матрицу. Она зависит и от выдержки, и от диафрагмы.
Немалая часть мастерства фотографа заключается в том, чтобы правильно подобрать выдержку, диафрагму и экспозицию.
Изменение одного параметра ведет к изменению других. Иначе кадр станет слишком темным или слишком светлым. То есть, недоэкспонированным или переэкспонированным. В автоматическом режиме экспозиция выставляется по центру экрана или по заданной области, если ткнуть в нее пальцем.
В ручном режиме экспозиция фиксированная, но ее можно корректировать. Нужно нажать «+» или «-».
Камера сама подберет нужные значения параметров. Можно заблокировать один из параметров для проявления какого-то эффекта. Например, короткую выдержку для съемки динамической сцены. Тогда экспокоррекция будет менять только ISO и диафрагму, оставив выдержку нетронутой.
Но у многих смартфонов диафрагмы нет, поэтому при заблокированной выдержке меняться будет только ISO.
Фокус (AF/MF)
Применительно к камерам фокус обозначает фокусировку. То есть — выделение объекта съемки, который должен получиться максимально четким. В автоматическом режиме камера сама выбирает этот предмет — обычно из находящихся в центре экрана. Если в фокусе должен быть другой предмет, можно помочь камере, указав его на экране пальцем. Так работает режим автофокуса (AF).
В ручном режиме фокусное расстояние можно менять вручную (MF). Это может потребоваться для получения художественного эффекта — если нужно размытое изображение.
Еще ручной фокус пригодится при съемке предметов с однотонной неконтрастной поверхностью. Автофокус не может «зацепиться» за такой предмет и фокусируется на чем-нибудь другом с большей контрастностью.
Баланс белого (WB)
При искусственном освещении цвета на фотографии часто становятся неестественными. Кадр желтеет при освещении лампами накаливания и синеет при освещении светодиодами холодного цвета.
Изменение баланса белого позволяет убрать этот эффект. В автоматическом режиме камера сама выставляет этот параметр, но иногда ей это не удается. Тогда можно скорректировать баланс белого вручную, убрав нежелательный оттенок.
Использование ручного режима в разных условиях
Спорт
Спортивные съемки — это, прежде всего, высокодинамичные сцены. Чтобы движения в кадре не смазывались, выдержка должна быть минимальной. Экспозицию лучше «ловить» другими доступными параметрами. К счастью, со светом на спортивных мероприятиях обычно проблем нет.
Съемка ночью
Ночные съемки производятся на долгой выдерже. Насколько долгой — зависит от чувствительности матрицы и максимальной выдержки смартфона.
ISO лучше выставить по минимуму (для снижения шумов). Выдержку увеличивать до тех пор, пока кадр не станет достаточно светлым. Снимать только со штатива — выдержка может занимать до нескольких минут. В это время любое движение камеры смажет кадр.
Съемка при слабом освещении
Здесь на помощь может прийти ручной режим. Если съемка происходит с рук (или в кадре много движения) попробуйте уменьшить выдержку, а экспозицию поправить с помощью ISO.
Если же снимаете со штатива и желаете уменьшить шум — снимайте с меньшим ISO, увеличивая выдержку.
Съемка при достаточном освещении
Если кадры статичны — поставьте минимальное ISO. Это даст наилучшее качество кадра. Если кадры получаются смазанными, увеличьте ISO. Выдержку можете оставить на автомате.
Портрет и макро при достаточном освещении
Автоматический режим хорошо «заточен» под съемку отдельных объектов (особенно — портретов). Попытки ручного выставления настроек скорее испортят кадр. Если камера фокусируется «не туда», помогите ей, указав пальцем объект съемки.
Выводы
При достаточном освещении автоматический режим обычно справляется со съемкой неплохо. Но при необычных условиях или для создания специальных эффектов ручной режим может помочь.
Камера смартфона для «чайников» №1. Диафрагма. Как свет проникает внутрь камеры?
В каждом обзоре смартфона перед тем, как перейти к детальному обсуждению камеры, я всегда привожу ее краткие технические характеристики, в частности, указываю параметры объектива и матрицы. Выглядит это примерно следующим образом:
- Основная камера: 108 Мп, 1/1.33″, f/1.8, 26 мм, 0.8 мкм, PDAF
- Телеобъектив: 12 Мп, 1/3.4″, f/2.0, 52 мм, 1.0 мкм, PDAF, OIS
Если вы далеки от мира фотографии, все эти буквы и цифры совершенно ни о чем вам не говорят. И в этой серии статей я постараюсь подробно и доступно объяснить каждое из этих понятий. Но простого объяснения здесь недостаточно, оно должно быть корректным. Дело в том, что многие, кто якобы разбираются в «обычной» фотографии, привнесли целый ряд мифов и заблуждений в «мобильную» фотографию.
Даже на самых авторитетных ресурсах сплошь и рядом встречается мнение, будто размер матрицы смартфона напрямую влияет на глубину резкости кадра. Другие, видя диафрагму f/1.6 и сравнивая ее со своим большим фотоаппаратом, не понимают, почему смартфон не дает такого же красивого эффекта боке (размытия фона), как и зеркалка.
О фокусном расстоянии, размерах матрицы и кроп-факторах даже говорить не стоит — здесь заблуждений еще больше.
В общем, мы начинаем целую серию статей, которая на очень простых и понятных примерах позволит вам разобраться во всех характеристиках современных камерофонов, проследив за тем, как обычный лучик света превращается в фото-шедевр.
Уверяю вас, после этих статей вы будете разбираться в данной теме лучше многих профессиональных фотографов, даже в том случае, если до этого ничего не понимали в фотографии.
И в первой части мы поговорим о диафрагме. Но прежде нам нужно понять, как вообще свет «переносит» картинку, ведь это не настолько банальное явление, как может кому-то показаться.
Волшебство в темном ящике!
Представьте себе небольшой ящик из очень плотного картона, внутрь которого не проникает свет:
Давайте проделаем в стенке этого ящика большое круглое отверстие:
Даже маленький ребенок понимает, что в ящике стало светло и мы можем видеть всё, что в нём находится.
А теперь я задам простой вопрос, на который многие не смогут ответить правильно. Как вы думаете, что произойдет, если мы значительно уменьшим диаметр этого отверстия? Внутри коробки просто станет темнее? Не совсем.
В реальности случится то, что одни посчитают настоящим волшебством, а другие и вовсе не поверят! На противоположной стенке появится цветное изображение всего того, что находится перед отверстием:
И это будет работать не только с маленькими коробками. Вы даже можете закрыть окна в своей комнате каким-то непрозрачным материалом, проделать в нем небольшое (пару сантиметров) отверстие и на стене появится цветное изображение всего, что происходит за окном. Примерно, как на этом снимке:
Я думаю, вы обратили внимание на то, что изображение парка перевернуто вверх ногами, как и картинка внутри ящика на предыдущей иллюстрации. Но что здесь вообще происходит? Почему вместо обычного света в комнате или ящике появляется изображение, будто кто-то включил проектор? И почему эти изображения перевернуты?
Ответив на поставленные вопросы, мы поймем самый базовый принцип работы камеры смартфона.
Итак, вернемся к ящику. Свет, исходящий от солнца (или другого источника) попадает на все предметы и отражается от каждой их точки в разные стороны. Давайте проследим, как и куда будут падать лучи света, отраженные от штанов и головы парня из нашего примера:
Как видите, от одной конкретной точки на голове или штанах исходит множество лучей света в разные стороны. Часть из них ударяется в ящик, а другие проходят сквозь отверстие и попадают на внутреннюю стенку.
Так как это отверстие очень большое, через него проходит множество лучей, каждый из которых падает в разные места под своим углом. В результате мы не видим никакого четкого изображения, все цвета смешаны в один. Получается, внутри ящика просто стало больше света.
Но если сделать это отверстие очень маленьким, бо́льшая часть отраженных лучей просто окажутся заблокированными внешней стенкой ящика и не попадут на внутреннюю стенку, а те лучи, что отразились от одной точки и прошли сквозь отверстие, соберутся примерно и в одной точке на стенке:
Конечно, отверстие не настолько мало, чтобы пропускать буквально по одному лучику света. Но даже если на стенку будет попадать несколько лучей, отраженных от одной и той же точки, мы все равно увидим относительно резкие очертания предметов.
К сожалению, нельзя просто взять и поместить в смартфон маленькую коробочку с микроскопическим отверстием. Туда будет попадать очень мало света, снимки будут очень темными и смазанными. Дело в том, что с уменьшением отверстия, четкость изображения с определенного момента начнет снижаться. Связано это с таким физическим явлением, как дифракция света (мы не будем подробно останавливаться на этом явлении, просто знайте, что сильно уменьшать отверстие нельзя).
Что же делать? Логика подсказывает, что отверстие нужно оставлять большим, чтобы света было много. Но в то же время, нужно сделать так, чтобы все лучи, отраженные от одной конкретной точки предмета и прошедшие через большое отверстие, не падали куда попало, а собирались в такую же конкретную точку на стенке.
Сделать это можно только одним способом. Нужно как-то изменить направление лучей света, чтобы они в итоге всегда пересекались в одной точке. Другими словами, необходимо для каждого лучика света установить в отверстие ящика крохотную призму, которая и будет преломлять свет, изменяя направление его движения. Если луч света проходит через верхнюю часть отверстия, он должен отклониться вниз, если проходит по центру — пусть так и дальше идет, а если — внизу, тогда пусть отклоняется вверх:
В итоге, все три луча, несмотря на то, что прошли через разную часть отверстия, сошлись в одной единственной точке, что дало нам резкое и четкое изображение. Но в реальности лучей-то не 3 и не 300, а бесчисленное множество! Поэтому использовать миллионы маленьких призм — не выход. Нам нужна одна призма такой формы, чтобы лучи света отклонялись тем сильнее, чем дальше они проходят от центра (выше или ниже). И такое устройство придумали — это всем нам знакомая линза.
Давайте вставим такую линзу в ящик с большим отверстием и посмотрим, что произойдет теперь:
Как видите, изображение на стенке получилось очень ярким и четким. Четким — потому что каждый лучик света, отраженный от одной и той же точки, оказался в одном месте на стенке ящика (линза собрала все лучи в одну точку). А яркий — по той причине, что мы сделали большое отверстие и собрали очень много света, то есть, множество лучей.
Вот теперь можно говорить о камере смартфона, которая и является по сути маленькой коробочкой с большим отверстием, в котором установлена линза (объектив):
Конечно, в объективе любого смартфона используется много линз (чем больше — тем лучше) и причин для этого несколько:
- Камера должна как-то уметь фокусироваться и для этого нужна дополнительная линза, которая бы двигалась вперед-назад.
- Оптическая стабилизация (в основном) также реализована при помощи дополнительных линз, которые могут свободно двигаться вверх-вниз и влево-вправо. Если хорошенько потрясти смартфон, можно услышать дребезжащий звук, издаваемый этими линзами.
- Также изображение, полученное при помощи одной линзы, будет не очень качественным из-за различных цветовых и геометрических искажений. Дополнительные линзы и разное их покрытие значительно улучшают качество картинки.
Что интересно, наши глаза — это такие же «коробочки», в которые свет проникает через маленькие отверстия, в точности, как в примере с ящиком!
Зрачок — это и есть отверстие, через которое свет проникает внутрь глаза. Сразу за ним расположена «линза» (хрусталик), которая фокусирует все лучи света в одну точку, чтобы построить резкое изображение на «стенке» (сетчатке):
Как видите, везде используется один и тот же принцип! И теперь, когда мы понимаем, как лучи света переносят изображение и что делает его резким, перейдем к главному вопросу.
Что такое диафрагма (f/1.8) камеры смартфона и на что она влияет?
На самом деле, у каждого смартфона размер отверстия, через которое свет проникает в камеру, может сильно отличаться. И это значительно влияет на качество фотографий.
Размер отверстия всегда указывается в технических характеристиках смартфона в виде буквы f с каким-то числом через дробь, например, f/1.6 или f/2.3. Это число называется диафрагменным числом.
Само отверстие в камере (объективе) называется апертурой. То есть, чем больше апертура, тем больше отверстие. А диафрагма — это непрозрачная преграда вокруг апертуры (отверстия). Просто взгляните на следующую картинку и вам всё станет понятно:
Чем сильнее мы закрываем диафрагму (на картинке — f/16), тем меньше становится отверстие (апертура) и тем меньше света проникает внутрь камеры. И наоборот, чем сильнее открыта диафрагма (f/2.8), тем больше отверстие и тем больше света попадает в камеру.
В основном диафрагма на смартфонах фиксирована. Она не может изменяться так, как на больших камерах. То есть, если в характеристиках сказано, что диафрагма f/2.3, вы никак не сможете открыть ее до значения, скажем, f/1.8. Но бывали и исключения, в частности, на некоторых флагманах от Samsung диафрагма могла изменяться.
Итак, диафрагма сообщает нам, насколько светосильным является объектив, то есть, какое количество света он способен пропустить за определенный промежуток времени. Чем сильнее она открыта — тем больше света.
Но это не единственное (и для многих даже не главное) свойство диафрагмы. Размер отверстия напрямую влияет на глубину резкости кадра. Если вы хотите снять портрет с красивым размытием фона, нужно сильнее открыть диафрагму (например, f/2.8). И наоборот, чем сильнее закрываете диафрагму (например, f/16), тем большая область сцены будет резкой. Соответственно, с маленьким отверстием часто снимают пейзажи и архитектуру, когда хотят, чтобы максимальная часть кадра была в фокусе.
Почему же это происходит? Как размер отверстия может влиять на степень размытия фона?
В реальности, только размер отверстия и расстояние от камеры до объекта съемки влияют напрямую на этот параметр. Всё остальное (размер матрицы, фокусное расстояние) связано с размытием фона лишь косвенно. Но давайте разберемся подробнее!
Для простоты, нарисуем лучи света, отраженные от дерева и прошедшие через линзу. На следующей картинке показано то, что происходит внутри объектива (только в реальности изображение дерева на матрице перевернуто вверх ногами, но для удобства восприятия упустим эту деталь):
Все лучи пересекутся только в одной точке и именно в этой точке изображение будет по-настоящему в фокусе. Если здесь мы разместим матрицу камеры, то получим резкую фотографию дерева.
Но наши глаза далеко не идеальны и мы не можем увидеть разницу между маленькой точкой на пересечении лучей и чуть большим пятном, которое бы получилось перед или за фокусом. Благодаря этому, мы видим в фокусе не только дерево, но и другие объекты, находящиеся сзади или спереди дерева.
То есть, мы будем видеть резкими и те предметы, лучи от которых не сошлись в одной точке, а находятся на небольшом расстоянии друг от друга (показано синими стрелками на картинке выше). В фокусе получается сам объект съемки, а также небольшая область до и после схождения лучей. Всё вместе это называется глубиной резкости (показано красной стрелкой на картинке выше).
Посмотрите, что будет, если мы начнем изменять размер диафрагмы, то есть, увеличивать размер отверстия в объективе:
Угол схождения лучей будет изменяться, а вместе с ним изменится и глубина резкости. Ведь, как я уже сказал выше, мы воспринимаем резкими все предметы, если расстояние между лучами света, отраженного от предмета, небольшое. На картинке выше это расстояние показано синими стрелочками и оно не меняется, но так как угол лучей другой, в фокус попадает меньше пространства.
Надеюсь, теперь вы понимаете, каким образом диафрагма влияет на светосилу объектива и на глубину резкости.
Так почему же моя зеркальная камера с объективом f/2.8 размывает фон намного лучше, чем телефон с диафрагмой f/1.8?
Всё дело в том, что физический размер отверстия в крупном объективе гораздо больше, чем отверстие в объективе маленького смартфона. Вот как выглядят диафрагмы смартфона и объектива зеркального фотоаппарата с идентичным диафрагменным числом f/1.8:
Несмотря на одинаковые диафрагмы (f/1.8) и эквивалентные фокусные расстояния (28 мм), реальный диаметр отверстия в объективе зеркалки составляет примерно 15 мм, в то время, как диаметр отверстия в объективе iPhone SE 2020 составляет около 2 мм!
Получается, глубина резкости камеры iPhone SE 2020 с объективом f/1.8 примерно соответствует глубине резкости зеркальной камеры с объективом f/14 при аналогичном фокусном расстоянии.
С такой диафрагмой ни о каких портретах даже речи быть не может, так как для этих целей на зеркалках используется диафрагма f/2.8 или около того. Именно поэтому за красивое размытие фона в портретном режиме отвечает не физика, а искусственный интеллект смартфона. Подробнее об этом я рассказывал в статье о вычислительной фотографии.
Но тогда получается, что диафрагма ни о чем нам не говорит, так как на разных устройствах она означает совершенно разные физические размеры? Нет.
Диафрагменное число — это относительная величина. Зная эту характеристику смартфона, можно очень легко высчитать реальный размер отверстия любого объектива. Для этого достаточно фокусное расстояние объектива (f) разделить на диафрагменное число. Именно поэтому диафрагма и записывается, как f деленное на число.
Но здесь мы сталкиваемся уже с другим понятием — фокусным расстоянием. И в следующей части я подробно расскажу о том, что это такое, на что оно влияет, как узнать настоящее фокусное расстояние объектива и как по этим параметрам можно реально оценивать качество камеры того или иного смартфона с точки зрения физики.
Подытожим первую часть
В этой статье мы разобрались с тем, как вообще свет формирует изображение на любой поверхности, будь-то стенка ящика, сетчатка глаза или матрица камеры.
Также мы подробно разобрались с тем, что такое диафрагма и почему размер отверстия, через которое свет попадает внутрь камеры, является очень важной характеристикой.
При выборе смартфона следует всегда обращать внимание на диафрагменное число (f/1.8, f/2.2 и т.д.). Ведь чем оно меньше, тем больше света будет захватывать камера и можно получить меньшую глубину резкости, а значит, более красивые снимки с художественной точки зрения.
Но, к сожалению, оценивать камеру только по диафрагменному числу нельзя и пример с объективом зеркального фотоаппарата очень наглядно это показал. Чтобы объективно сравнить камеры двух смартфонов, нам нужно учитывать 3 параметра: диафрагму (то, что мы сегодня разобрали), фокусное расстояние и размер матрицы.
Что такое диафрагма в камере смартфона
Нередко в сети можно встретить суждения о том или ином гаджете, мол, диафрагма у него получше, или наоборот – похуже.
Кому-то понятно, о чем речь, а кто-то просто не представляет, что же такое эта самая диафрагма, и для чего она нужна в смартфоне.
Мы постараемся внести в вопрос максимальную ясность.
Диафрагма и диафрагменное число
Для начала – немного буквоедства. Обычно, когда говорят о диафрагме, подразумевают именно диафрагменное число – оптическую меру светопропускания объектива камеры. Именно она обозначается в спецификациях, например, f/2.0.
Сам же конструктивный элемент в большинстве случаев никакого интереса не представляет, поскольку в камерах смартфонов он статичный – просто пластина с отверстием, в отличие от фотоаппаратов, в которых предусмотрено изменение апертуры.
Правда, буквально в последние несколько месяцев появилась модель Samsung, в которой диафрагма тоже способна менять светопропускание, но об этом мы поговорим позже.
Смысл диафрагменного числа
Следует понимать, что диафрагменное число – величина относительная, т.е., к конкретному устройству не привязанная. Занудную математику мы опустим, кому интересно – всегда может открыть учебник.
Для нас важно то, что оно соответствует относительному отверстию объектива. Чем это отверстие больше, тем больше света может проходить сквозь диафрагму.
Поскольку мы имеем дело с дробью, то у камеры с f/1.7 светосила будет выше, чем, например, с f/2.4.
В общем случае, чем больше света попадает на сенсор, тем меньше необходимость в программном усилении сигнала от него, а значит – меньше будет разнообразных шумов. С другой стороны, важны условия освещенности, при которых ведется фотосъемка.
Ночью объектив со слабой светосилой будет бесполезен – на снимке получится почти однотонная чернота. Днем слишком большое количество света, проходящего через диафрагму, вызовет «засветку».
Конечно, программная обработка позволяет сгладить многие моменты, но общая тенденция примерно такова.