Камери в смартфонах: чи так важливі мегапікселі?

Смартфони вже давно вийшли за рамки звичайних «дзвонилок» і перетворилися на мобільний інтерактивний пристрій, можливості якого можна сміливо прирівняти до кишенькового комп’ютера. Зі смартфонів ми не тільки робимо дзвінки й використовуємо їх як засіб для зв’язку, але й слухаємо музику, дивимося відео, вирішуємо поточні робочі завдання і, звичайно ж, робимо фото.

Завдяки своїй універсальності, ці гаджети виштовхнули з ринку такі пристрої, як MP3-плеєри та фотоапарати типу «мильниця», які сьогодні вже майже не знайти на прилавках магазинів. І нехай до професійної фототехніки камери смартфонів ще не доросли, але амбіції у них прямо-таки грандіозні.

З виходом кожного нового смартфона на ринок, камери обростають все більшими можливостями й технологіями, в яких вже на цьому етапі розібратися не так просто. Сьогодні ми спробуємо висвітлити основні нюанси камер сучасних мобільних гаджетів. Чи потрібна смартфону камера на 64 Мп? Що таке матриця камери та розмір пікселя й чому на це важливо звертати увагу? Як працює штучний інтелект в камерах? Чи потрібні насправді смартфонам кілька камер? Відповіді на ці (і не тільки ці) питання можна знайти нижче.

Мегапікселі: чим більше – тим краще?

Давним-давно в далекій-далекій Галактиці… Ну, не так вже й давно та не в такій вже й далекій. На зорі епохи смартфонів камери в них були аж ніяк не найважливішою складовою. Тоді в розробників мобільних пристроїв і без камер вистачало «головного болю»: як підвищити продуктивність смартфона, обсяг постійної та оперативної пам’яті, як зробити так, щоб, при наявності ненажерливішого «заліза», гаджет міг спокійно пропрацювати весь день і не попроситися до розетки, як зробити дисплей побільше й не таким зернистим та інше.

У ті часи мегапіксельність камери була дефіцитним параметром. Більшість девайсів мали роздільну здатність 0,5 Мп, 1,3 Мп або 2 Мп. Це ви, напевно, пам’ятаєте. А щасливі володарі смартфонів з 5 Мп на основній камері відразу сприймалися солідніше та статусніше. І це цілком природно, адже різниця зображення між 2 Мп і 5 Мп була просто колосальною.

У міру того, як смартфонобудування набирало обертів і мобільні пристрої обростали все серйознішими характеристиками, виробники камер паралельно розвивали й фотосенсори. Вже за якийсь час багато смартфонів обзавелися «дорослішою» кількістю мегапікселів: 8, 12, 16 та ін. Але, оскільки ми говоримо про досить компактні пристрої, куди ніяк не розміщуються сенсори, властиві «дзеркалкам», настав той момент, коли кількість мегапікселів дійшла до своєї стелі й подальше збільшення цифр у графі «Камера» втратило всякий практичний сенс. Погодьтеся, між двома схожими смартфонами, один з якого володіє камерою на 10 Мп, а другий – на 20 Мп, привабливішим виглядає другий. Але на ділі не все так однозначно: у випадку з другим смартфоном ви не отримаєте фотографії у два рази кращі, ніж на першому. Тому що на якість фото в кінцевому підсумку впливає безліч факторів, про які кажуть не всі.

Що потрібно знати про матрицю камери

Матрицею камери називають пластину, на якій розміщені світлочутливі елементи, які ми називаємо пікселями. Власне, поняття «мегапіксельною камерою» відноситься саме до матриці. Щоб не вдаватися в нетрі конструкції проведемо аналогію – в плівкових фотоапаратах роль матриці грала плівка. У цифрових камерах матриця відповідає за перетворення світлового сигналу, що подається лінзи камери, в електричний. І чим більше інформації (читай – світла) вона може вважати, тим якіснішу картинку ми побачимо в результаті. Але і тут теж є свої нюанси.

Багато пікселів – це добре. Але якщо їх занадто багато, то ефект буде зворотним, оскільки при більшій щільності пікселів зменшується їх розмір і, відповідно, то кількість світла, яке вони можуть вловити. А якість фото безпосередньо залежить від освітленості.

Уявіть собі звичайний аркуш паперу в клітинку розміром 20 × 20 см. Це буде наша уявна матриця для камери на 12 Мп (і тут у нас 12 млн точок). При такому розкладі кількість і розмір пікселів цілком придатний для того, щоб вловлювати достатньо світла для гарного зображення. А тепер уявіть, ніби цей же лист 20 × 20 см має 20 млн точок, що справедливо для камери з роздільною здатністю 20 Мп. Кількість клітин (тобто пікселів) збільшилася, а їх розмір пропорційно зменшився і світла вони «ловлять» менше. Значить, за умов однакового розміру матриці 12 Мп зможуть забезпечити кращу якість зйомки (що особливо помітно в умовах слабкої освітленості), ніж привабливіші 20 Мп.

Тобто для того, щоб приблизно розуміти, якими будуть знімки в конкретному смартфоні, важливо враховувати не тільки кількість мегапікселів, але також розмір (діагональ) матриці і розмір пікселя, що вимірюється в мкм (або μm на латиниці). Правда, є тут одна заковика – виробники якщо зараз і почали вказувати розмір пікселя в своїх камерах, то розмір матриці в більшості випадків ігнорується як клас. І все тому, що цей параметр часто вже не настільки привабливий, щоб побудувати на ньому рекламну кампанію.

Наприклад, в 12-мегапіксельною камері Sony IMX386, яку можна було побачити в Xiaomi Mi Mix 2, діагональ матриці становить 6,2 мм (1 / 2,9 “), а розмір пікселя – 1,25 мкм. Якщо доступні повні характеристики камери до того чи іншого смартфону, то, чим більше діагональ матриці в мм (або чим менше друга цифра в дробовому параметрі, після одиниці) і чим більше піксель, тим краще.

Як працює технологія Super Pixel або «4-в-1»

Вдосталь награвшись з кількістю мегапікселів, виробники помітили, що просто астрономічне дозвіл камери (48 Мп, 64 Мп і більше) перестало мотивувати користувачів робити вибір на користь їх гаджетів. Тому в сучасних смартфонах застосовується Біннінг пікселів або технологія Super Pixel / Quad Pixel. А іншими словами – об’єднання чотирьох малих пікселів в один великий.

Такий «хід конем» зчитує світло, отриманий чотирма пікселями, і об’єднує їх в одну точку. Це позначається на освітленості кадру і фотографії з такою технологією виглядають дуже гідно. Але варто розуміти, що це досягається при допомозі не апаратної, а програмної частини. Тобто технологія Біннінг – це алгоритм обробки фото, який, «витягує» зображення при поганому освітленні.

Логічно припустити, що об’єднання квадрата з чотирьох пікселів на кінцевому фото зменшує його фактичний дозвіл. Тобто камера на 24 Мп з технологією Super Pixel видасть картинку з реальним дозволом в 6 Мп. На камерах з відносно невеликим (а точніше – з достатнім) кількістю мегапікселів рідко можна побачити таку фішку. А ось смартфони з 40, 48 і 64 Мп з великою часткою ймовірності використовують технологію Біннінг, оскільки скромний розмір матриці в мобільному пристрої не дозволяє в повній мірі використовувати весь потенціал «серйозних» модулів камер. Загалом, такий собі програмний «милиця», значимість якого до кінця не зрозуміла.

Що таке апертура або розмір діафрагми?

Нехай розмір матриці виробники вказують рідко, зате про діафрагму вже говорять практично всі. Розмір діафрагми, який також називають світлосилою або апертурою – це параметр «відкритості» об’єктива камери, завдяки чому через нього може проникати більше світла. Зазвичай позначається буквою «f» з подальшим за нею числом. Його позначення можна побачити, наприклад, у вигляді f/2.2 або F2.2. У будь-якому випадку, в смартфонах від способу написання нічого не змінюється.

Щоб не помилитися і вибрати смартфон з камерою, яка пропускає більшу кількість світла і, відповідно, може робити освітленіші знімки, то, чим менше цифра після букви, тим менше розмір діафрагми і, відповідно, світлосила у камери вище. На зображенні зверху, яка характерніша для професійної фототехніки, це як раз наочно зображено. Тому між камерами з апертурою f/2.4 і f/1.7 кращий результат покаже остання. І, так, на це теж важливо звертати увагу.

Навіщо смартфонам кілька камер?

Можна було б подумати, що 2, 3 і більше камер у смартфонах – це такий же маркетинг, як і 64-мегапіксельні сенсори. Але, насправді, немає. Кілька модулів камери має своє цілком здорове обгрунтування і на практиці це зовсім не даремний перипетії. Вже минули ті часи, коли камери в гаджетах були чимось дорогим і суттєво впливає на кінцеве ціноутворення. Ось чому декількома камерами можуть похвалитися навіть досить бюджетні смартфони.

У чому взагалі сенс декількох камер? А суть вся в тому, що кожен модуль має свої характеристики і краще підходить для тієї чи іншої зйомки. Їх ролі в більшості розподіляються так: є основний модуль з найбільшою кількістю мегапікселів, який умовно можна назвати універсальним, а всі інші – це додаткові сенсори, які мають, наприклад, ширший кут огляду (широкоугольники), пристойний цифровий зум для наближення віддалених об’єктів з меншими втратами якості, або служать для розмиття фону і так далі. Список досить великий. Але, якщо провести проміжний підсумок, то другорядні модулі по суті роблять те, що з натяжкою може робити основний, тільки в рази краще, оскільки функціональність у них переважно одна.

Розглянемо на прикладі свіженького Xiaomi Mi A3, який якраз має на борту три камери. Основний модуль тут на 48 Мп з апертурою f / 1.79 (і, до речі, з технологією Super Pixel). І це той самий сенсор-універсал, за допомогою якого знімається основна частина фото. Другий об’єктив – це 8-мегапіксельний широкоугольник з діафрагмою f/2.2 з кутом огляду 118°, який потрібен для того, щоб охоплення кадру був ширше. З його допомогою добре виходять пейзажні знімки – простору в фото поміщається більше, але при цьому це і не панорамний кадр, при якому робиться безліч знімків по траєкторії руху камери, а потім «склеюється» в один. І третій – телеоб’єктив зі скромними 2 Мп. Потрібен він для того, щоб визначати відстань до об’єкта зйомки і домагатися популярного ефекту боке в портретних фото. Так, ефект боке застосовується і в смартфонах з однією камерою, проте досягається він там не за рахунок камер, а за рахунок програмної обробки. Якщо алгоритми працюють правильно, то розмиття виходить там, де потрібно. Але іноді алгоритми в однокамерних смартфонах не досконалі і фон може вийти за принципом «тут розмито, а тут – чітко». З додатковою камерою, нехай і всього на 2 Мп, ця проблема вирішується.

Оптична стабілізація – потрібно чи ні?

OIS або оптична стабілізація зображення в камерах – це своєрідний «амортизатор», який нівелює рух камери під час зйомки, для покращення якості фотографії чіткішими навіть в русі. При цьому мова йде не про чіткій передачі об’єкта, що рухається в кадрі, а про якість фото (і відео), якщо в русі перебуває сам фотограф. До слова, ця фішка «перекочувала» в смартфони з професійної апаратури.

Для того, щоб зробити хороший кадр, потрібно «прицілитися» і секунду-дві почекати, поки камера сфокусується і «зловить» об’єкт найкращим чином. Здавалося б, що може бути простіше, ніж утримувати навісу досить легкий смартфон якихось кілька секунд? Але насправді завдання це не найпростіша. Навіть ледь вловиме «тремтіння» руки, на яке можна і зовсім не звернути увагу, для камери може означати «збитий приціл», в результаті чого їй доведеться за новою вибудовувати кадр і ловити фокус.

Механізм (а це саме механізм) оптичної стабілізації згладжує тремтіння рук при фотографуванні, а під час зйомки відео може згладити ваше рух (ходьбу, наприклад), якщо ви знімаєте ролик, перебуваючи в русі. На відео присутність OIS помітніша – переміщення оператора в кадрі помітно, але в кінцевому підсумку ролик виходить плавнішим і «рівнішим». Тобто, чисто технічно, оптична стабілізація служить своєрідною заміною штатива в ті моменти, коли скористатися ним немає можливості. А це відбувається практично постійно, оскільки в більшості випадків ми робимо досить спонтанні знімки або ролики. Та й тягати з собою штатив буде далеко не кожен фотолюбитель.

У оптичної стабілізації є програмний аналог – цифрова стабілізація, яку широко застосовують в недорогих смартфонах. В цьому випадку амортизує механізму в самому модулі камери немає, а підвищення чіткості фото домагається за рахунок алгоритму, який «згладжує кути» при змазаних кадрах. Але цифрове рішення – це лише аналог, який не можна в повній мірі назвати заміною, а на відео його присутність чи можна помітити. Тому, якщо хочете знімати плавніші відео для сторіз або сімейного архіву, без оптичної стабілізації не обійтися.

Чи так важлива програмна частина?

Усе, про що ми говорили вище, по суті, має відношення до можливостей самих модулів камери (за винятком технології 4-в-1). Але й застосунок камери теж має значення. І справа тут не в інтерфейсі, а в тому, чи може програмна частина розкрити потенціал апаратної чи ні. Іноді буває так, що камери в смартфонах дуже багатообіцяючі, але робочі алгоритми, що застосовуються в них, лише частково задіють усі їх можливості. І якщо у флагманських смартфонах або «середнячків» з цим проблем зазвичай не виникає, то у випадку з бюджетними гаджетами – іноді має місце бути.

Повернемося до вищезазначеного Xiaomi Mi A3. Камери в ньому дійсно добротні, а ось до алгоритмів виникають деякі питання. Особливо під час портретного режиму, коли, маючи телеоб’єктив для ефекту боке, можна помітити, як розмиття фону іноді досягає за рахунок програмної обробки. А іноді і в режимі нічної зйомки деякі ділянки «розмиваються», хоча цього, по ідеї, відбуватися не повинно. Тобто розробники не поскупилися на цілком пристойний «комплект» камер, а ось сам застосунок ще потребує доопрацювання. Тому, відповідаючи на питання «чи важлива програмна підтримка в камерах або і так зійде?» Відповідь очевидна – важлива. Без практичного досвіду визначити наскільки добре опрацьований застосунок навряд чи вийде. Але поки втішає той факт, що деяку невідповідність у більшості випадків можна спостерігати тільки в недорогих гаджетах.

Кілька слів про штучний інтелект

І наостанок хочеться приділити трохи уваги штучного інтелекту, який сьогодні застосовується в багатьох смартфонів. По суті, ШІ (або AI – Artificial intelligence) в камерах – це сукупність програмних алгоритмів, які допомагають робити найзбалансованші фото. В його основі лежить аналіз мільйонів знімків і машинне навчання, завдяки чому смартфон може самостійно «побачити» і пізнати б тоді, що знаходиться в кадрі, і запропонувати найпідходящий до цього фото настройки кольору, контрасту, глибини й тому подібне.

У буквальному сенсі штучний інтелект служить антиподом ручних налаштувань. Користувачеві не потрібно занурюватися в нетрі ручного режиму, гуглити, як впливає на кадр баланс білого або показник ISO, а відразу отримувати якісні знімки. А ще ШІ можна порівняти з вбудованим динамічним Photoshop`ом, який обробляє фото прямо під час зйомки.

Але в різних смартфонах цей алгоритм може працювати по-різному. І, як й у випадку із застосунками камер, це залежить від виробника, а точніше того, як в тих чи інших гаджетах реалізований ШІ. Наприклад, в тому ж Xiaomi Mi A3 штучний інтелект є, але принцип його роботи ще не досконалий. Іноді з його допомогою можна отримати класний знімок, а іноді – ні. Загалом, цього інтелекту ще є чому «повчитися». Але якщо порівняти ШІ в Mi A3 і в торішньому Honor 8X, то в останньому він працює якісніше. Тобто, роблячи фото на Honor 8X в режимі AI, не виникає бажання зняти повторно або «відкотити» запропонований варіант до исходника (в ньому якраз є така можливість і з її допомогою оцінити старання ШІ можна наочно). І це навіть незважаючи на те, що смартфони від Xiaomi і Honor знаходяться в одному ціновому діапазоні. Загалом, цей параметр теж індивідуальний і без практики складно оцінити його можливості.

Подводячи підсумки

Завдяки тому, що камери в сучасних смартфонах вже мають досить серйозні параметри, з’явилося таке поняття, як мобільна фотографія, яке існує нарівні з фотографією в класичному її розумінні. З їх допомогою можна робити по-справжньому добротні знімки, домагатися цікавих фотоефектів і навіть робити конкурсні роботи. Однак для того, щоб вибрати смартфон з дійсно якісною камерою, одного поняття про кількість мегапікселів буде явно замало.

На якість смартфоних фото впливає безліч факторів – від розміру пікселя й матриці, інформацію про яку знайти ой як непросто, до того, як влаштований застосунок самої камери. Щоб оцінити всі можливості камери без практичного ознайомлення не обійтися. Однак будь-який смартфон на тривалий тест-драйв отримати важко, але «поклацати» у магазині й зробити пару-трійку тестових фото в різних режимах можна. Цьому сприяють й огляди смартфонів, в яких характеристики камери зазвичай виведені в окремий великий розділ. І чим більше джерел інформації, тим об’єктивнішу думку можна скласти про камери в тому чи іншому гаджеті.

У будь-якому випадку, гнатися тільки за великою роздільною здатністю матриці, за цими багатообіцяючими мегапікселямі, як ви розумієте, не так багато сенсу. На смартфоніна цьому етапі його розвиткуви не отримаєте реальні знімки на 48 Мп. А ось 10-13 Мп – цілком. І деталізацією знімків ви не будете розчаровані.

За зображення дякуємо: phoenixunion.org, akeybanget.com, pandudroid.com, hiveminer.com, consomac.fr, mojandroid.sk, onemachi.com, smartphonus.com, heraldspot.com, isoeh.com